地震勘探建模与研究在山西长治某矿区的应用

周 南 李 鹏 张淼鑫 吕 继

（石家庄经济学院，河北 石家庄 050031）

山西长治及附近地区尚未存在区域三维地质地球物理模型，必须根据已有的研究成果，建立该煤矿及其邻区的深、浅部三维构造模型[1-3]。解决煤田勘探中的地质问题，包括煤系地层的埋深、起伏变化、断裂展布、煤层厚度以及可能存在的灾害地质问题。

1 区域地质背景

本区域广为第四系黄土所覆盖，仅在局部地带有二叠系下石盒子组、山西组零星出露地表，北界文王山地垒有中奥陶世峰峰组出露地表。本区域主要含煤地层位于二叠系下统的山西组和石炭系上统太原组。漳村井田位于潞安矿区中部东缘，地层总体呈一走向NS、倾向W的单斜构造，地层倾角一般为3°～7°，井田北部局部受文王山南断层引起的拖曳影响，地层走向由NS转为NEE向，倾向NNW，倾角可达15°左右。井田内主要断层为北部的文王山南断层及其派生的断层，走向NEE向。褶皱多为一些近EW～NEE向的宽缓波状起伏，北部由文王山南断层引起的拖曳褶曲较为紧密。区内陷落柱比较发育，有多个规模较大的陷落柱。本井田范围内无岩浆岩侵入。

2 三维地震剖面构造精细解释

在煤田三维地震资料解释中，准确解释断层、陷落柱十分重要。因此，三维地震资料需要利用计算机进行精细构造解释。

2.1 本区三维地震数据体

2.2 断层解释

本次三维地震勘探共解释断层15条，其中新发现断层14条,全部为正断层。断层编号采用自西向东、自南向北的原则，为避免和以往资料断层编号重复，本次新发现断层编号以DF冠名，修订断层与原来位置基本重合的仍采用原编号。

勘探区内北部受文王山南断层的影响，断层走向以近EW向为主，测区南北断层以走向SN为主。

按断层落差大小划分，落差≥5m的10条，落差<5m的断层4条；按断层控制程度划分（只对落差≥5m的进行了评价），可靠断层2条，较可靠断层6条，控制程度较差断层2条（应该说明的是，地震勘探中断层可靠程度是根据断层断点在时间剖面显示情况划分的，对所确定的可靠断层其实际位置、落差等仍会存在一定的误差）。现将区内能反映本勘探区特点的断层情况简述如下：

1）DF8 正断层

位于勘探区中西部,走向NNW～NW,倾向SWW～SW，倾角约66°,延伸长度约500m，落差为0～12m。该断层由ILN492～576及XLN214～266时间剖面控制，错断3#、15#煤层。评价煤层断点11个，其中A级断点7个，B级断点3个，C级断点1个，为可靠断层。

2）DF9 正断层

位于测区东北部,走向EW,倾向N，倾角约65°，延伸长度约120m，落差为0～3m。该断层由XLN384～402时间剖面控制。共评价煤层断点3个，其中B级断点2个，C级断点1个，断层落差小于5米，未对断层可靠程度进行评价。

2.3 陷落柱解释

陷落柱是可溶性岩层在地下水强径流作用下，经过漫长的历史时期，被溶蚀形成空洞、孔隙或裂隙，随着溶蚀作用加强，孔洞不断增多、扩大，最终受重力和构造力影响，导致上部岩层失去支撑，垮塌陷落而形成的一种特殊地质构造。

本次三维地震勘探区内共解释陷落柱8个，都为新发现陷落柱。陷落柱编号采用自西向东、自南向北的原则，本次新发现陷落柱编号以DX冠名，编号从DX1～DX8。

按陷落柱控制程度级别划分，可靠陷落柱3个，较可靠陷落柱5个。按陷落煤层分，陷落全部煤层3#～15#的有7个，仅陷落15#煤层的有1个。现将本区内能反映本区特点的陷落柱情况简述如下：

位于测区中部，近似圆形，在勘探区内3#煤层中直径160m，陷落面积约20855m2。由ILN480～520及XLN362～386时间剖面控制，共评价陷落点9个，其中A级陷落点5个，B级陷落点4个，为可靠陷落柱。

2.4 褶曲的解释

褶曲在三维数据体上比较容易识别，其在时间剖面上一般表现为反射波同相轴下凹、上凸；在时间水平切片上表现为反射波等时线走向发生弯曲，曲率越大，则褶曲越紧闭，曲率越小，则褶曲越开阔。

3 第四系厚度及其变化

本次三维地震勘探基本查明了区内第四系厚度，绘制了第四系等厚线图。资料表明，本区第四系厚度变化较大，厚度变化范围在0～60m之间，平均厚度30m左右，区内第四系最厚处在测区的南部漳-88孔以西200m附近（厚约60m）,最薄处在中部近东西横贯测区的冲沟中，厚度小于5m，其中在沟里不同部位有零星基岩露头。

4 煤层赋存深度及形态

区内3#煤层的总体构造形态为一走向NS、倾向W的单斜构造，在单斜构造上发育有规模大小不等的起伏，地层倾角一般为3°～7°，井田北部局部受文王山南断层引起的拖曳影响，煤层走向由NS转为NEE向，倾向NNW，倾角可达15°左右。井田内主要断层为北部的文王山南断层及其派生的断层，走向NEE向。

区内3#煤层底板标高变化较大，在370～530m之间，煤层赋存最浅部位于勘探区东部边界附近，底板标高值为530m。最深部位于勘探区北部文王山南断层测区内中段附近，煤层底板标高370m（见下图）。

5 挠曲

挠曲和断层有很大的相似性，地震资料两者不容易分别，特别是小断层和挠曲，更不容易分别，因此本区解释了一些小断层，没有解释挠曲。

6 勘探前后构造对比

三维地震勘探后，对勘探区内目的层地质构造的控制程度有了很大提高，对3#煤层和15#煤层赋存状态和构造发育情况进行了精细控制，从3#煤层构造对比图可以看出，其总体形态与三维地震勘探前基本一致。但新发现断层、陷落柱较多，且对原有断层进行了修改，具体对比情况如下：

6.1 修订断层1条

本次三维地震勘探对原文王山南断层（编号为F—wwsn）做了进一步控制，测区内断层上盘和3#煤层交线东段位置和原位置移动不大，但西段向南偏移。其它要素变化不大。

6.2 新发现断层14条

本次三维地震勘探新发现断层共14条。其中错断3#煤层和15#煤层的断层4条，只错断3#煤层的断层5条，只错断15#煤层的断层5条。

6.3 新发现陷落柱8个

三维地震勘探前区内没有已知陷落柱，测区外围东南边界附近有一个陷落柱（X8），本次三维地震勘探新发现陷落柱8个。

6.4 解释15#煤层反射波异常区1处

本次三维地震勘探解释15#煤层反射波异常区1处，位于勘探区西部边界附近漳-86孔西北200m附近。

6.5 测区的西部中间部位，原煤层底板为向向西倾斜的单斜，勘探后为一走向近南北，褶幅近20m的向斜。

7 结语

三维地震资料具有数据量大、信息丰富、空间分辨率高等特点。基于这些特点，用三维地震数据构建地质模型能够比较准确反映勘探区内地质构造特征，为综采设计及安全生产提供更可靠的地质依据。

但是，由于地震资料处理技术的局限，在煤田地质资料解释中，关于小断层 （通常指断距小于10m的断层或在地震上接近地震分辨率(λ/4)的断层）的解释还不能达到较精确的程度，对陷落柱的解释还是存在争议。

对于建立更加精确的地质模型，只有大量研究前人地质成果，运用综合勘探技术，降低单一勘探技术的多解性，提高勘探目标的勘探精度和勘探数据处理技术。

［1］煤炭三维地质建模信息系统的研制及关键技术[J].煤炭学报，2011,36（7）：1117-1123.

［2］刘军旗，毛小平.矿产资源勘查定量化表达的集成模式与关键技术[J].地球科学：中国地质大学学报，2009，34(2):375-381.

［3］姜在炳.煤层动态建模技术及应用[J].煤炭学报，2006，31(1):40-44.