基于三维地震勘探技术对煤层赋存形态、构造及水文地质

王志刚

摘 要：为查明阳泉煤业（集团）有限责任公司五矿五采区东、西部煤层赋存形态和影响煤层开采的构造及水文地质情况，并认真分析研究本区的地表地形条件以及地下地质条件，细致研究了测区及邻区的各种已知地质资料，在充分掌握了这些情况后，根据甲方提供的三维地震勘探设计方案进行了本次三维地震勘探工作。

关键词：三维地震勘探；煤层赋存形态；构造及水文地质引言

五矿五采区勘查区，位于沁水煤田东北边缘，行政区划隶属于阳泉市管辖。勘探区内地形复杂，山高谷深。地势呈南北高，中部低。区内地形高差大，属中低山区。本次三维地震勘探的地质任务是：（1）圈定勘探区内的物探异常区，并对异常区做出定性解释。（2）查明勘探区内长轴直径大于20m的陷落柱，平面误差不大于15m。（3）查明、控制勘探区内8#、15#煤层埋深及起伏形态，编制出基本等高距为2m的煤层底板等高线图，标高相对误差不大于1.5%。（4）查明勘探区内落差大于5m的断层，解释出落差大于3m的断点，查明断层在8#、15#煤层中的性质、落差、延伸方向和范围。要求断层平面摆动误差不大于15m。（5）查明勘探区内8#、15#煤层中褶幅大于5m的挠曲；基本查明煤层倾角大于15度的区段，其平面控制误差不大于15m。（6）圈定奥灰顶界面起伏形态，编制等高距为5m的顶面高程等值线图。（7）探测15#煤层与奥陶系灰岩顶界面之间的厚度，厚度误差不超过5 m；并编制出等厚距为2m的等厚线图。（8）资料处理解释阶段增加属性体处理解释（包括方差、相干、谱分解、振幅、能量、主频、相位数据体），每种数据体包括沿煤层的顺层切片及沿煤层附近的时间切片。

1 地层

1.1 区域地层

本井田位于沁水盆地东北边缘，按地层区划属于华北地层区山西分区阳泉小区，地层走向北西南东，倾向南西。区域内除志留系、泥盆系、白垩系沉积缺失外，二叠系、三叠系、石炭系、奥陶系、寒武系地层，均有不同厚度的沉积。从东向西寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系等地层地表均有出露，第四系、第三系不整合覆盖于各时代地层之上。

1.2 井田地层

本井田位于沁水盆地东北边缘，地层走向北西南东，倾向南西。由东向西出露地层由老到新。本井田东部区外大面积出露奥陶系地层；石炭系本溪组、太原组、二叠系山西组地层分布零星；二叠系石盒子组地层广泛分布，二叠系石千峰组，三叠系刘家沟组地层出露于本井田西缘；新生界覆于各个时代基岩之上。

2 区内构造

勘探区西部地层总体为一轴向北北东向背斜构造，背斜轴的两翼为向斜构造，背斜轴的北部有一褶曲发育，地层倾角一般在4-10°之间。从已知的15#煤层底板等高线图上看，区内推断陷落柱较多。

勘探区的东部地层总体为一单斜构造，走向近北东东，倾向近北西，地层倾角4°-6°之间，倾角最大地段位于钻孔5-101的附近达到24°。从已知的15#煤层底板等高线图上看，区内推断陷落柱一个，断层一条。

3 地震地质条件

3.1 表层地震地质条件

勘探区大部为基岩裸露区，地形复杂，沟谷纵横，地形相对高差较大，此外，区内交通困难，道路较窄，行车条件差，不利于机械化施工，表层地震地质条件差。

3.2 浅层地震地质条件

本区浅层地层结构就岩性而言，主要分为四种类型：（1）黄土覆盖区。（2）基岩出露区：分布于测区的大部。（3）风化岩区：在泥岩或泥质含量较高的岩石出露地段风化程度较高，风化层较厚。风化岩约占全区分的30%。（4）坡积物区：主要分布在山脊两侧，厚度不等，通过现场钻孔施工了解一般在2-5m。约占全区面积的10%左右。復杂多变的浅层地层结构对地震波的激发、接收均不利。浅层地震地质条件差。

3.3 深层地震地质条件

本次勘探的主要目的层是15#煤层。15#煤层速度与密度与上下围岩有较大差异，15#煤层形成的反射波能量强，信噪比高、连续性好，全区发育比较稳定，均能连续追踪。8#煤层形成的反射波能量相对较强，连续性较好，部分地段不稳定，但可以连续追踪。奥灰顶界面形成的反射波大部分地段较好，可以进行追踪对比解释。本区深层地震地质条件良好，为圆满完成本次勘探任务打下良好的地质基础。

4 地震资料解释

三维地震数据体所反映的地质信息十分丰富，资料解释主要包括以下几个方面：地震地质层位的标定、地震反射波的对比及解释、地震资料的地质解释、解释后所得相关资料图件的制作。

5 地质成果

本次三维地震勘探进一步控制了8#煤层、15#煤层及奥灰顶界面的埋藏深度和起伏形态，编制了8#煤层、15#煤层的底板等高线图、奥灰顶界面等高线图和地震地质剖面图、15#煤层至奥灰顶界面厚度变化趋势图。全区总共解释了24条断层，其中正断层19条，逆断层5条，东、西两区总体以三条延展长度较长的逆断层为主，断层走向以NE向和NNE向为主，少数断层为NW向。全区共查出陷落柱37个，西部区发育有31个陷落柱；东部区发育6个陷落柱。其中西部区的东南及东北部发育比较集中；东部区的中部发育比较集中。陷落柱按长轴长度分类，陷落柱长轴在200m以上的有2个，其他的陷落柱长轴在27-200m之间。

本次三维地震勘探所获成果如下：（1）本次三维地震勘探控制面积为3.93km2（其中西部区控制面积3.15km2，东区不控制面积0.78km2）。完成生产线束11束（其中西部区7束，东部区4束）；完成总物理点3124个，其中试验物理点75个，表层调查点16个，完成生产物理点3033张，甲级品2052张，占67.66%，乙级品981张，占32.34%，空炮28个，占0.92%。（2）参加时间剖面品质抽查评级（40m×80m）的剖面长151.56km，Ⅰ类剖面长度为：119.37km，Ⅱ类剖面长度为：30.91km，Ⅲ类剖面长度为：1.28km。Ⅰ+Ⅱ类剖面长度为：150.28km，占评级剖面长度的99.16%。（3）本次三维地震勘探按《煤炭煤层气地震勘探规范》共解释断点138个，其中A级断点111个，占80.43%，B级断点23个，占16.67%，C级断点4个，占2.9%，A+B级134个，占97.1%。组合断层24条。按断层的性质划分，有正断层19条，逆断层5条。按断层的可靠程度划分，可靠断层12条，较可靠断层10条，控制程度较差断层2条。按断层的落差划分，落差在0～5m的断层7条，落差在5～10m的断层7条，落差大于10m的断层有10条。（4）控制了8#煤层和15#煤层的赋存深度和起伏形态；并查明了8#煤层倾角大于15°的区段4处、15#煤层倾角大于15°的区段4处。（5）对8#和15#煤层中发育的陷落柱进行了控制，全区共解释断陷点142个，其中A级断陷点91个，占64.09%；B级断陷点50个，占35.21%；C级断陷点1个，占0.7%。组合陷落柱37个，其中可靠陷落柱21个，较可靠陷落柱15个，控制程度较差陷落柱1个。（6）初步查明了勘探区内15#煤层至奥灰顶界面的厚度及变化趋势。（7）解释了异常区6处，其中8#煤层发育的异常区5个，15#煤层发育的异常区1个。（8）勘探内解释了3个较宽的挠曲条带，本次共解释挠曲26条，其中8#煤层发育有7条，15#煤层发育有19条。（9）定性的推断解释了8#煤层和15#煤层厚度变化趋势图。

6 结束语

本次三维地震勘探，从设计、试验到资料处理和解释，每一环节都进行了充分论证和严格把关。在有关人员的共同努力下，于2012年8月完成了报告的编制工作，在整个报告提交过程中，我们本着物探与地质相结合；定性解释与定量解释相结合的原则，本着由粗到细、由浅入深、由表及里、由易到难、由已知到未知的工作方法，本着严谨求实、精益求精，并对甲方负责的态度，对资料进行深入细致地分析和研究，利用现有资料，尽量提高解释精度，最大程度地满足矿区开采的需要。