三維地震勘探在天然焦解釋中的研究與應(yīng)用

鄒起陽，李武斐

（河南省地球物理空間信息研究院，河南鄭州450009）

為查明河南某煤礦煤層底板及天然焦發(fā)育情況，進(jìn)行了三維地震勘探。本文結(jié)合三維地震勘查成果，解釋了勘探區(qū)的斷層發(fā)育情況、煤層底板起伏以及天然焦發(fā)育的范圍等，為進(jìn)一步布設(shè)煤礦探礦工程提供可靠的依據(jù)。

該勘探區(qū)位于河南省商丘地區(qū)永城市。屬于黃淮沖積平原中部，地勢平坦，第四系全新統(tǒng)亞砂土夾粘土廣泛分布，松散沉積物厚度穩(wěn)定，地貌類型屬堆積地形。

1 勘探區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

在區(qū)域地層劃分上屬華北地層區(qū)魯西分區(qū)徐州小區(qū)，該井田為新生界所掩蓋，鉆孔揭露地層自下而上為：奧陶系、石炭系、二疊系、第三系和第四系。

二2煤層為本區(qū)主要可采煤層，賦存于山西組中部，煤層頂板巖性以砂質(zhì)泥巖為主，其余為砂巖和粉砂巖；底部大部分為泥巖和砂質(zhì)泥巖。大部分見可采煤層，部分?jǐn)嗍Щ蛞娞烊唤购惋L(fēng)化剝蝕。煤層厚度0.90~5.09m，平均2.67m。受巖漿侵入、斷層、河流沖刷等影響有所變化，有局部變薄或增厚現(xiàn)象。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

永夏煤田位于華北板塊內(nèi)魯西南隆起與華北坳陷東部交界處的永城斷隆，基地構(gòu)造為東西向的褶皺和平行軸向的壓性斷裂，后期受東部敥斷裂的影響非常強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)以北北東—北東向構(gòu)造次之，近東西向及北西向構(gòu)造次之，并伴有燕山期的巖漿活動。本區(qū)屬于嵩（箕）徐（淮）東西向隆起帶東部的伸展型構(gòu)造區(qū)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，褶皺次之。

永城復(fù)背斜為區(qū)內(nèi)的一級構(gòu)造，是永城礦區(qū)的主要控煤構(gòu)造，軸向近南北，軸部多為寒武—奧陶系地層，伴有巖漿活動。兩翼地層走向和軸向基本一致，地層傾角10°~20°，東翼較西翼陡，近南北向和北北東向次一級褶曲較發(fā)育。

該研究區(qū)煤礦位于永夏煤田東部，褶曲發(fā)育，地層傾角約10°，局部受褶曲影響傾角變大，褶區(qū)加斷層為本區(qū)的基本構(gòu)造特點(diǎn)。構(gòu)造復(fù)雜程度為較復(fù)雜（圖1）。

圖1 勘探區(qū)構(gòu)造綱要圖

2 三維地震數(shù)據(jù)采集

2.1 地震地質(zhì)條件

（1）地表?xiàng)l件?？碧絽^(qū)位于豫東平原，地形區(qū)劃屬黃淮海沖積平原，地勢平坦，全區(qū)被第四系全新統(tǒng)砂質(zhì)粘土所覆蓋，地勢平坦，地面標(biāo)高為+32~+36m，基本為耕地，溝坎較少，勘探區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村道路縱橫，交通方便，有利于地震勘探野外施工，但勘探區(qū)內(nèi)村莊較多，有些面積相當(dāng)大，還有魚塘、經(jīng)濟(jì)作物等給地震勘探工作帶來較大的困難。

（2）淺層地震地質(zhì)條件?？碧絽^(qū)由第三系、第四系地層所覆蓋，潛水位7~8m左右，其下粘土及砂質(zhì)粘土發(fā)育，具有良好的激發(fā)條件，淺層地震地質(zhì)條件較好。

（3）深層地震地質(zhì)條件。本次地震勘探的主要目的層有兩個：新生界底界面、二2煤。新生界底界面多為粘土、砂質(zhì)粘土、粉砂和砂，速度與密度較低，下伏基巖多為二疊系的泥巖、砂巖、泥砂巖等，具有速度與密度高的特點(diǎn)，兩套地層存在明顯的波阻抗差異，具有形成反射波的良好條件，在人工波場作用下可產(chǎn)生與該界面對應(yīng)的反射波。二2煤層位于二煤組中部，厚度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，具有速度低、密度低的特點(diǎn)，與高速度、高密度圍巖（泥巖、砂質(zhì)泥巖）相比具有顯著的波阻抗差異，具有形成強(qiáng)反射波的良好條件，在人工波場作用下可產(chǎn)生波形穩(wěn)定、能量強(qiáng)便于連續(xù)對比追蹤的反射波，有1~2個相位組成，稱之為T2波。

2.2 三維地震觀測系統(tǒng)

根據(jù)地震勘探規(guī)范要求結(jié)合現(xiàn)有資料的分析，煤層走向近北東東，觀測系統(tǒng)設(shè)計測線采用近北西西向布設(shè)。

選擇10線8炮制規(guī)則線束狀三維觀測系統(tǒng)，它在每一個CDP點(diǎn)上各疊加道方向特性和炮檢距分布較均勻，有利于提高信噪比。

采集參數(shù)：覆蓋次數(shù)16次，接收線距40m，接收道距10m，橫向炮點(diǎn)距20m，CDP網(wǎng)格：5m×10m。

3 三維地震資料解釋

3.1 構(gòu)造解釋

共解釋斷層12條（表1）。12條均為正斷層，部分?jǐn)鄬勇洳钶^大，最大可達(dá)245m。所解釋的落差大于或等于50m的斷層2條，大于或等于10m小于50m的斷層4條，大于或等于5m小于10m的斷層1條，小于5m的斷層4條。

表1 三維地震解釋斷層特征一覽表

3.2 煤層底板形態(tài)

勘探區(qū)二2煤層總體形態(tài)為一單斜形態(tài)，煤層傾角在13°~22°。大部分傾角在13°~17°之間。在勘探區(qū)的西北部，由于受到斷層的影響，二2煤層角度相對較大，可達(dá)22°。二2煤的埋深總體上西北部淺，最淺部底板值為-375m。由于受到斷層的影響，煤層底板向東南部越來越深,最深部底板值為-1020m。

3.3 天然焦的識別

3.3.1 天然焦的成因分析

井田巖漿巖巖性以花崗巖—花崗斑巖類、閃長巖—閃長玢巖類、輝長巖—輝綠巖類，酸性至基性均有，種類繁多。其空間展布和形態(tài)特征受華力西晚期和燕山晚期兩期構(gòu)造運(yùn)動控制。巖漿巖活動區(qū)以石盒子組和山西組地層為主要侵入對象，對礦區(qū)內(nèi)煤系地層、煤層和煤質(zhì)均有影響，對井田的水文地質(zhì)條件也有影響。

從井田侵入體分布情況可以看出，巖漿體以侵入石盒子組和山西組地層為主，使其二2煤層大面積變?yōu)樘烊唤?。對煤層、煤質(zhì)影響較大。

在已知鉆孔中，有多個孔穿見巖漿巖，從基性巖到酸性巖類均有發(fā)現(xiàn)。巖漿巖的侵入，對本區(qū)的礦產(chǎn)資源影響較大，各類巖漿巖均對煤層起穿插、吞蝕等破壞作用，并將接觸帶附近的煤烘烤變質(zhì)成天然焦，大大降低了煤炭資源的利用價值。在本次勘探區(qū)內(nèi)鉆孔中，山西組僅西部4601孔穿見巖漿巖，巖體穿插位置為二2煤層，受其影響本孔二2煤層下部烘烤變質(zhì)為天然焦。另4301孔因附近熱液影響，二2煤層存在弱變質(zhì)現(xiàn)象。

3.3.2 天然焦的地震反射特征及范圍

由于天然焦與煤層在反射波上存在較大差異，煤層經(jīng)過焦化后，密度變低，使強(qiáng)振幅的煤層反射波發(fā)生改變。這為三維地震勘探識別天然焦提供了理論基礎(chǔ)。

在本次三維地震勘探中，在地震剖面上表現(xiàn)為二2煤反射波突然中斷，凌亂或不正常錯斷。在振幅切片上，表現(xiàn)為低振幅、能量弱的特征。依據(jù)此特征，對巖漿巖侵入范圍進(jìn)行了圈定。同時勘探區(qū)鉆孔3609二2煤下部見天然焦（圖2），對于天然焦的反射特征也進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖2 天然焦在時間剖面上的特征

4 結(jié)論

根據(jù)井田的地質(zhì)特征，通過地質(zhì)、物探、鉆探、測井等資料綜合分析，圈定了勘探區(qū)天然焦的范圍?？碧絽^(qū)二2煤受巖漿侵入影響，天然焦范圍主要在勘探區(qū)東南部。通過三維地震勘探圈定了天然焦的范圍，為后續(xù)的采掘工作提供了依據(jù)。對井田開發(fā)建設(shè)，具有明顯的意義。