三維地震資料在口孜東礦斷層解釋中的應(yīng)用

李洪明

(中煤新集能源股份有限公司,安徽 淮南 232001)

1 地質(zhì)概況

淮南煤田位于華北板塊的南緣,整個(gè)煤田為一走向近東西的對(duì)沖構(gòu)造盆地,其南北兩側(cè)均為推覆構(gòu)造形成的迭瓦扇,內(nèi)部次級(jí)褶曲及斷裂構(gòu)造發(fā)育。口孜東礦即位于次級(jí)構(gòu)造——陳橋背斜南翼西部。

1.1 地層

口孜東井田為全隱蔽型井田,上覆厚層新生界松散層,地層層序與淮南各井田相同。二疊系山西組及下、上石盒子組是該礦區(qū)主要含煤地層,其總厚為763.90 m,含煤30 余層,總厚為41.14 m,含煤系數(shù)5.39%。其中,可采煤層10層,平均可采總厚27.66 m,占煤層總厚的67.3%,主要可采煤層1、5、8、11-2、13-1等5層,平均總厚21.79 m,占可采總厚78.8%;次要可采煤層4-2、9、11-1、16-1、17-1 等5 層,平均總厚5.87 m,占可采總厚21.2%,其它不可采煤層不穩(wěn)定,常見尖滅或以炭質(zhì)泥巖出現(xiàn)。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

本區(qū)位于淮南煤田的西部,淮南復(fù)向斜中的次級(jí)褶曲陳橋背斜的南翼西段,總體為一不完整向斜構(gòu)造,南翼被F1 逆推斷層切割。向斜總體軸向北西,向斜南翼地層傾角平緩,一般為5～10°,向斜北翼地層傾角稍陡,一般為20°左右。次一級(jí)褶曲不發(fā)育,僅在F1推覆體的斷夾塊內(nèi)發(fā)育不對(duì)稱緊密褶曲。井田內(nèi)斷層走向可分成三組,其中以北東向橫切斷層為主,北西向和近東西向?yàn)檩o。本井田構(gòu)造復(fù)雜程度中等。

1.3 地震地質(zhì)條件

1.3.1 表淺層地震地質(zhì)條件

本區(qū)為淮河沖積平原,地形平坦,村莊較密,溝塘較多,標(biāo)高+25 m 左右。區(qū)內(nèi)表層低速帶的厚度與潛水面的深度吻合甚好,均在2～3 m 之內(nèi)。區(qū)內(nèi)大部分地段,距地表20 m 以內(nèi)地層以粘土或沙質(zhì)粘土為主,但在江口集一帶局部有流沙層出現(xiàn),激發(fā)條件總體良好。

1.3.2 深層地震地質(zhì)條件

由于新生界地層與下伏地層存在較大的波阻抗差異,兼之區(qū)內(nèi)煤組較多且穩(wěn)定,故深層有效波甚為發(fā)育。特別是13-1煤層為一厚且穩(wěn)定的強(qiáng)反射標(biāo)志層,來(lái)自13-1煤層的反射波能量強(qiáng),特征明顯,易識(shí)別,是控制煤系地層構(gòu)造形態(tài)的主要反射波[1-2]。本區(qū)淺表層及深層地震地質(zhì)條件良好。區(qū)內(nèi)主要反射波組有:

(1)T0反射波:是來(lái)自新生界底界(基巖頂界面)的反射波;

(2)T5反射波:是來(lái)自二疊系上石盒子組13-1煤層的反射波;

(3)T4反射波:對(duì)應(yīng)于二疊系上石盒子組11-2煤層的反射波;

(4)T3反射波:對(duì)應(yīng)于二疊系下石盒子組8煤層的反射波。

主要使用了T5反射波(13-1煤)、T3反射波(8煤)的三維地震反射波資料[3-4],其中13-1煤層厚且穩(wěn)定,與其頂?shù)装逯g物性差異顯著,波阻抗差異明顯,形成的反射波波形突出,能量強(qiáng),波形特征明顯,能夠全區(qū)連續(xù)追蹤;8煤形成的反射波較為突出,基本上能全區(qū)追蹤,是用于控制煤系地層起伏形態(tài)和構(gòu)造變化的標(biāo)準(zhǔn)有效反射波。

2 斷層探采對(duì)比情況

2.1 落差大于10 m 的斷層

根據(jù)三維地震探采對(duì)比資料,選取口孜東煤礦5組斷層進(jìn)行分析,見表1。

表1 落差大于10 m 的斷層

以口孜東礦西翼回風(fēng)大巷為例,F5斷層斷距為135 m,傾角60°,F5-1斷層斷距為20 m,傾角為45°。F5斷層在圖1表現(xiàn)出明顯的地震反射波同向軸錯(cuò)斷、分叉,同向軸突然出現(xiàn),反射凌亂,振幅能量衰減等明顯的斷層反應(yīng),在斷層揭露位置的相干體屬性水平切片上,也表現(xiàn)出明顯的陰影區(qū)域;F5-1斷層在圖1表現(xiàn)為地震反射波分叉、振幅能量衰減的現(xiàn)象,同向軸形狀突變、反射凌亂,斷層揭露位置附近的同向軸連續(xù)性較差;在相干屬性水平切片上,揭露斷層附近位置表現(xiàn)為明顯的陰影區(qū)。

圖1 西翼回風(fēng)大巷地震時(shí)間剖面探采對(duì)比

2.2 落差5～10 m 的斷層

根據(jù)三維地震探采對(duì)比資料,選取口孜東煤礦6 組斷層進(jìn)行分析,見表2。以口孜東礦111302工作面風(fēng)巷為例,DF1斷層斷距8.5 m,傾角62°。圖2為口孜東礦111302工作面風(fēng)巷和機(jī)巷揭露DF1斷層的地震時(shí)間剖面探采對(duì)比結(jié)果。在圖2的地震時(shí)間剖面探采對(duì)比結(jié)果中,111302工作面風(fēng)巷對(duì)應(yīng)的同向軸及13-1煤對(duì)應(yīng)的同向軸連續(xù)性較好,未發(fā)生錯(cuò)斷。但是,比T5 反射波(對(duì)應(yīng)13-1煤)下側(cè)的同向軸在斷層揭露位置附近振幅能量加強(qiáng),在相干屬性水平切片中出現(xiàn)了沿?cái)鄬幼呦虻娜蹶幱皡^(qū),反映了斷層的存在。

表2 落差大于5 m 小于10 m 的斷層

圖2 111302工作面風(fēng)巷地震時(shí)間剖面探采對(duì)比

2.3 落差小于5 m 的斷層

根據(jù)新集礦區(qū)提供的三維地震探采對(duì)比資料,選取口孜東煤礦16組斷層進(jìn)行分析,見表3。

表3 落差小于5 m 的斷層

以口孜東礦111304工作面為例,DF6-3斷層斷距4 m,傾角30°;DF6-4斷層斷距0.7 m,傾角48°;DF16斷層斷距1 m,傾角53°。圖3為口孜東煤礦111302 工作面揭露DF6-3、DF6-4、DF16斷層的地震時(shí)間剖面探采對(duì)比。在圖3的地震時(shí)間剖面探采對(duì)比結(jié)果中,DF6-3在地震時(shí)間剖面上均表現(xiàn)出同向軸連續(xù),但斷層揭露位置上方或下方的地震反射波同向軸出現(xiàn)較小的變化,如振幅出現(xiàn)正負(fù)變化、振幅能量減弱、臨近同向軸分叉等現(xiàn)象,在相干屬性水平切片上均表現(xiàn)出較為明顯的陰影區(qū)域。DF6-4 和DF16 在地震時(shí)間剖面和相干屬性水平切片中,基本不能發(fā)現(xiàn)斷層的存在。

圖3 111304工作面地震時(shí)間剖面探采對(duì)比

3 不同落差斷層在三維地震時(shí)間剖面中反射波特征

一般情況下,斷層在三維地震時(shí)間剖面中的識(shí)別標(biāo)志[5]如下:

(1)反射波同相軸錯(cuò)斷;

(2)反射波同相軸數(shù)目突然增減或消失,波組間斷突然變化;

(3)反射波同相軸形狀突變,反射零亂或出現(xiàn)空白帶;

(4)反射波同相軸發(fā)生分叉、合并、扭曲、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換;

(5)異常波的出現(xiàn)(繞射波、斷面波)。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)描述分析,發(fā)現(xiàn)斷層斷距大于10 m時(shí),利用斷層在三維地震時(shí)間剖面中的識(shí)別標(biāo)志,可以完成斷層識(shí)別工作,見表4。

表4 落差大于10 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計(jì)

表5為落差5～10 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計(jì)表。從中可以看出,揭露的斷層大部分為高角度小斷層,在這種情況下,使用一般情況下的斷層在地震時(shí)間剖面反射波中的識(shí)別特征來(lái)進(jìn)行斷層識(shí)別,效果并不是很好,在充分運(yùn)用斷層在地震時(shí)間剖面中反射波特征的基礎(chǔ)之上,應(yīng)該重點(diǎn)考慮以目標(biāo)層位及鄰近目標(biāo)層位的反射波振幅能量的變化特征來(lái)進(jìn)行斷層識(shí)別工作。比如FS1 斷層和DF6斷層,見圖4。通過地震時(shí)間剖面反射波特征未發(fā)現(xiàn)同向軸的錯(cuò)斷、分叉、突變等明顯的斷層識(shí)別標(biāo)志,但是鄰近目標(biāo)層位的反射波中,出現(xiàn)了明顯的地震反射波振幅能量減弱的情況。

表5 5～10 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計(jì)

圖4 FS1斷層和DF6斷層

表6為口孜東煤礦落差小于5 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計(jì)表。從中可以看出,在斷層落差小于3 m 時(shí),從地震時(shí)間剖面中基本無(wú)法識(shí)別出斷層,特別是斷頂斷層和斷底斷層,沒有明顯的特征可用于斷層識(shí)別。同時(shí),相干屬性切片中也無(wú)法顯示斷層的存在,僅有f5-6和DF14兩條斷層在地震反射波中表現(xiàn)出了臨近同向軸消失、增加或合并的特征,在相干屬性切片中斷層表現(xiàn)明顯。kf111303-7斷層上方同向軸出現(xiàn)分叉、合并的現(xiàn)象,但是在相干屬性切片中斷層表現(xiàn)不明顯。

表6 落差小于5 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計(jì)表

在斷層落差在3～5 m時(shí),大部分?jǐn)鄬幽軌蛟诘卣饡r(shí)間剖面中表現(xiàn)出相應(yīng)的反射波特征,如同向軸消失、同向軸增加、臨近的同向軸振幅能量加強(qiáng)或減弱等,在相干屬性水平切片中能夠發(fā)現(xiàn)斷層存在的陰影區(qū)。但是kf111303-02等高角度小斷層在地震時(shí)間剖面和相干屬性水平切片中沒有明顯的反應(yīng)。

通過對(duì)不同斷層的反射波特征、斷層特征、相干屬性特征進(jìn)行歸類分析:

(1)斷層斷距大于10 m 時(shí),可以利用斷層在三維地震時(shí)間剖面中的反射波特征進(jìn)行斷層的識(shí)別;

(2)斷層斷距在5～10 m 之間時(shí),在充分運(yùn)用斷層在地震時(shí)間剖面中反射波特征的基礎(chǔ)之上,應(yīng)該重點(diǎn)考慮以目標(biāo)層位及鄰近目標(biāo)層位的反射波振幅能量的變化特征來(lái)進(jìn)行斷層識(shí)別工作;

(3)斷層斷距在3～5 m 之間時(shí),應(yīng)綜合考慮使用反射波特征及相干屬性水平切片來(lái)識(shí)別斷層。首先,利用斷層能夠在地震時(shí)間剖面中表現(xiàn)出相應(yīng)的反射波特征進(jìn)行斷層識(shí)別,如同向軸消失、同向軸增加、臨近的同向軸振幅能量加強(qiáng)或減弱等;然后,使用相干屬性水平切片來(lái)判斷斷層是否存在。需要注意的是,這種方法對(duì)高角度小斷層的識(shí)別效果較差。

(4)斷層斷距小于3 m 時(shí),可以考慮綜合使用反射波特征及相干屬性水平切片來(lái)識(shí)別斷層,但是效果較差。

4 結(jié) 論

整理了口孜東礦已揭露斷層的位置、產(chǎn)狀、性質(zhì)資料,結(jié)合三維地震原始數(shù)據(jù)在揭露斷層處的地震時(shí)間剖面、相干屬性切片資料,綜合分析了不同斷層落差在地震時(shí)間剖面上產(chǎn)生的不同響應(yīng)特征。

通過本次研究,主要形成了口孜東礦區(qū)不同斷層落差在三維地震時(shí)間剖面中的反射波特征及相應(yīng)的構(gòu)造識(shí)別方法,在礦區(qū)三維地震工作站地震資料解釋工作中能夠起到指導(dǎo)性的作用。