三維地震勘探數(shù)據(jù)體反演分析方法預測小斷層研究

王錦平

（鐵法煤業(yè)（集團）有限責任公司小青煤礦，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1 前言

小青煤礦先后在西二、南二、東一、北二、南三等采區(qū)采用三維地震勘探技術(shù)補勘，通過勘探獲取許多新的斷層，而新的斷層又與原采區(qū)內(nèi)的斷層區(qū)別較大，特別是落差5 m 以下小斷層。落差5 m以下小斷層在地震剖面上特征不明顯，因此分析預測的難度大，誤差也大。根據(jù)采、掘工作面實見落差5 m 以下小斷層情況，應(yīng)用煤礦三維地震數(shù)據(jù)動態(tài)解釋系統(tǒng)對三維地震勘探數(shù)據(jù)體數(shù)據(jù)進行反演分析，預測小斷層發(fā)育情況對采掘工作面的影響，對回采工作面的設(shè)計、掘進、回采工作有著重要的指導作用?，F(xiàn)以E1409 回采工作面為例說明三維地震勘探數(shù)據(jù)體反演方法預測分析小斷層。

2 E1409 工作面概況

2.1 工作面的范圍和鄰區(qū)關(guān)系

E1409 工作面位于東一采區(qū)北部西側(cè)，工作面西側(cè)為E1410 工作面，東側(cè)為E1408 工作面(已回采)，北部為東風井保安煤柱，南部為東一集中軌道運輸石門、東一專用回風石門、東一集中皮帶運輸石門。工作面走向長1278 m，傾向長165/230 m。

2.2 工作面內(nèi)煤（巖）層及頂?shù)装迩闆r

（1）工作面煤層情況

E1409 工作面回采4-2 煤層，為復雜結(jié)構(gòu)煤層，黑色，油脂、瀝青光澤。上部煤分層煤質(zhì)較好，以亮型煤為主，中部煤分層為以泥巖為主的煤泥巖互層，下部分層是以煤為主的煤泥巖互層。煤層數(shù)一般在3～5 層，夾矸2～4 層，整個煤層結(jié)構(gòu)復雜，煤質(zhì)較差，內(nèi)在灰分較高。煤層純煤厚度1.70～2.50 m，平均2.11 m；夾矸厚度0.20～0.65 m，平均0.39 m；煤層厚度1.90～3.15 m，平均2.50 m。

（2）工作面煤層頂?shù)装迩闆r

工作面頂板泥巖偽頂厚度0.15～1.20 m，平均0.52 m，水平層理，松軟易碎，易冒落，節(jié)理、裂隙發(fā)育。

直接頂為細砂巖，成分以石英、長石為主，厚度一般在5 m 左右，老頂是以粗砂巖、砂礫巖為主的砂巖互層。

煤層偽底為泥巖，厚度0.10～0.60 m，其下為粉砂巖。

2.3 工作面內(nèi)煤（巖）層產(chǎn)狀及地質(zhì)構(gòu)造情況

工作面煤層為一寬緩單斜構(gòu)造，煤層走向0°～35°，傾向270°～305°，煤層傾角最大12°，最小2°，平均3°。

工作面區(qū)域內(nèi)的斷層共有14 條，其中落差大于5 m 大斷層有三條：FWE15、FWE112、F87，落差小于5 m 斷層有11 條：FWE115、FWE16、f409-1、f409-2、f409-3、f409-4、f409-5、f409-6、f409-7、f409-8、f409-9。斷層參數(shù)見表1

表1 工作面區(qū)域斷層一覽表

3 E1409 工作面小斷層預測與回采實見情況

3.1 E1409 工作面小斷層預測

根據(jù)E1409 工作面掘進實見FWE15 等小斷層情況，使用三維地震解釋系統(tǒng)對實見點數(shù)據(jù)進行反演分析，對回采工作面過小斷層區(qū)域進行重新解釋預測。

FWE15 斷層：三維地震勘探確定斷層走向5°～15°，傾向275°～285°，傾角65°～75°，落差0～6 m。該斷層在E1409 回風聯(lián)絡(luò)巷A1 測點前1.1 m 實見，斷層走向1°，傾向271°，傾角41°，落差2 m。A1 測點前8.4 m 實見該斷層，實見點斷層走向14°，傾向284°，傾角33°，落差0.8 m（見圖1）。

通過對E1409 工作面多條實見小斷層的反演解釋，確定以下小斷層解釋原則：

（1）小層斷由于落差較小，在地震剖面時間軸部扭動不明顯。時間軸扭動明顯的，斷層落差一般大于5 m；時間軸無明顯扭動的斷層落差在2 m以下。

（2）地震剖面上小斷層一般表現(xiàn)在振幅值（Amp）的變化上。當振幅值的變化誤差在5%以下時，可不作解釋；振幅值的變化超過10%時，可以解釋為構(gòu)造變化。

（3）地震剖面上鄰近位置波形無變化，而目的層（煤層）波形有異常變化，可以作為預測構(gòu)造的依據(jù)，反之也可。

圖1 FWE15 斷層實見點素描及地震剖面

3.2 E1409 工作面FWE16 小斷層預測及回采實見

（1）E1409 工作面內(nèi)小斷層預測

根據(jù)反演解釋確定的小斷層解釋原則，對E1409 工作面內(nèi)的FWE16、FWE115、FWE15 斷層進行了重新解釋，分析走向延伸長度、落差，預測其對回采工作的影響程度。以FWE16 斷層為例，在斷層延伸范圍內(nèi)，平行E1409 工作面開切眼每隔10 m剖一條地震剖面。地震剖面見圖2。

通過重新對小斷層解釋分析，確定：

① FWE16 斷層在地震剖面上異常顯現(xiàn)存在，且時間軸扭動差達6 ms，斷層位置煤層波形振幅變化超過10%，延伸長度與地震勘探報告基本相符，預計其存在，且落差要大于4 m。

② FWE115斷層在地震剖面上異常顯現(xiàn)不明顯，該斷層可能為一局部煤層褶曲。

③ FWE15 斷層在地震剖面上異常顯現(xiàn)存在，時間軸扭動不明顯，斷層位置煤層波形振幅變化超過10%，預計其落差要小，其延伸長度也要小于地震勘探報告提供長度。

（2）E1409 工作面內(nèi)小斷層實見

小斷層回采實見情況見圖2。

① FWE115 回采至可見范圍時未實見該斷層，僅在斷層實見范圍煤層局部發(fā)育有小褶曲。

② FWE15 斷層工作面回采1240 m 處實見，落差1.3 m，比報告提供延伸長度短150 m。

③ FWE16 工作面回采660 m 處，實見FWE16 斷層（比報告提供位置提前30 m）。斷層實見區(qū)域煤層為一小背斜軸部位置，斷層為沿背斜軸部發(fā)育的雁行排列的2 條斷層。同時該區(qū)域還發(fā)育2 條與FWE16 斷層傾向相反的伴生小斷層，最大落差1.7 m。在E1409 工作面生產(chǎn)過程中，該斷層一直跟隨工作面推進，其落差最小0.8 m，最大7～8 m，給采煤工作造成較大困難。受斷層影響，工作面全巖區(qū)域最大時達36 m，最小時6 m 全巖。

圖2 FWE15、FWE16 斷層重新解釋地震剖面及斷層實點素描圖

4 結(jié)論

（1）小斷層解釋受地質(zhì)構(gòu)造復雜程度的影響較大，構(gòu)造復雜區(qū)域小斷層解釋難度加大，預測誤差變大，解釋時應(yīng)參考區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件進行分析。FWE16 所在區(qū)域地質(zhì)條件較復雜，該區(qū)域除發(fā)育有斷層外，還發(fā)育有1 條背斜褶曲，導致在地震剖面上該區(qū)域煤層波形變化大，給解釋增加了難度。

（2）小斷層分析解釋要進行差長比統(tǒng)計，通過對不同采區(qū)小斷層差長比統(tǒng)計分析，找出規(guī)律性，可減小斷層預報誤差。

（3）小斷層的分析解釋工作應(yīng)分采區(qū)專人負責，不同采區(qū)煤巖層巖、構(gòu)造應(yīng)力、褶曲發(fā)育等地質(zhì)條件均有不同，這些條件的變化對小斷層的解釋都會造成影響。

（4）反演解釋結(jié)果在實見地質(zhì)資料少時誤差大，但通過基礎(chǔ)地質(zhì)資料的大量積累可以降低該方法的誤差。

綜上所述，通過以東一采區(qū)E1409 工作面為例，使用三維地震勘探數(shù)據(jù)體反演分析方法，反演分析數(shù)據(jù)體實見點處地震剖面上的特征，分析解釋小斷層走向延伸長度、落差，預測其對回采工作的影響程度。經(jīng)過采掘?qū)嵺`驗證，其具有可行性。