三维地震资料在口孜东矿断层解释中的应用

李洪明

(中煤新集能源股份有限公司,安徽 淮南 232001)

1 地质概况

淮南煤田位于华北板块的南缘,整个煤田为一走向近东西的对冲构造盆地,其南北两侧均为推覆构造形成的迭瓦扇,内部次级褶曲及断裂构造发育。口孜东矿即位于次级构造——陈桥背斜南翼西部。

1.1 地层

口孜东井田为全隐蔽型井田,上覆厚层新生界松散层,地层层序与淮南各井田相同。二叠系山西组及下、上石盒子组是该矿区主要含煤地层,其总厚为763.90 m,含煤30 余层,总厚为41.14 m,含煤系数5.39%。其中,可采煤层10层,平均可采总厚27.66 m,占煤层总厚的67.3%,主要可采煤层1、5、8、11-2、13-1等5层,平均总厚21.79 m,占可采总厚78.8%;次要可采煤层4-2、9、11-1、16-1、17-1 等5 层,平均总厚5.87 m,占可采总厚21.2%,其它不可采煤层不稳定,常见尖灭或以炭质泥岩出现。

1.2 区域构造

本区位于淮南煤田的西部,淮南复向斜中的次级褶曲陈桥背斜的南翼西段,总体为一不完整向斜构造,南翼被F1 逆推断层切割。向斜总体轴向北西,向斜南翼地层倾角平缓,一般为5～10°,向斜北翼地层倾角稍陡,一般为20°左右。次一级褶曲不发育,仅在F1推覆体的断夹块内发育不对称紧密褶曲。井田内断层走向可分成三组,其中以北东向横切断层为主,北西向和近东西向为辅。本井田构造复杂程度中等。

1.3 地震地质条件

1.3.1 表浅层地震地质条件

本区为淮河冲积平原,地形平坦,村庄较密,沟塘较多,标高+25 m 左右。区内表层低速带的厚度与潜水面的深度吻合甚好,均在2～3 m 之内。区内大部分地段,距地表20 m 以内地层以粘土或沙质粘土为主,但在江口集一带局部有流沙层出现,激发条件总体良好。

1.3.2 深层地震地质条件

由于新生界地层与下伏地层存在较大的波阻抗差异,兼之区内煤组较多且稳定,故深层有效波甚为发育。特别是13-1煤层为一厚且稳定的强反射标志层,来自13-1煤层的反射波能量强,特征明显,易识别,是控制煤系地层构造形态的主要反射波[1-2]。本区浅表层及深层地震地质条件良好。区内主要反射波组有:

(1)T0反射波:是来自新生界底界(基岩顶界面)的反射波;

(2)T5反射波:是来自二叠系上石盒子组13-1煤层的反射波;

(3)T4反射波:对应于二叠系上石盒子组11-2煤层的反射波;

(4)T3反射波:对应于二叠系下石盒子组8煤层的反射波。

主要使用了T5反射波(13-1煤)、T3反射波(8煤)的三维地震反射波资料[3-4],其中13-1煤层厚且稳定,与其顶底板之间物性差异显著,波阻抗差异明显,形成的反射波波形突出,能量强,波形特征明显,能够全区连续追踪;8煤形成的反射波较为突出,基本上能全区追踪,是用于控制煤系地层起伏形态和构造变化的标准有效反射波。

2 断层探采对比情况

2.1 落差大于10 m 的断层

根据三维地震探采对比资料,选取口孜东煤矿5组断层进行分析,见表1。

表1 落差大于10 m 的断层

以口孜东矿西翼回风大巷为例,F5断层断距为135 m,倾角60°,F5-1断层断距为20 m,倾角为45°。F5断层在图1表现出明显的地震反射波同向轴错断、分叉,同向轴突然出现,反射凌乱,振幅能量衰减等明显的断层反应,在断层揭露位置的相干体属性水平切片上,也表现出明显的阴影区域;F5-1断层在图1表现为地震反射波分叉、振幅能量衰减的现象,同向轴形状突变、反射凌乱,断层揭露位置附近的同向轴连续性较差;在相干属性水平切片上,揭露断层附近位置表现为明显的阴影区。

图1 西翼回风大巷地震时间剖面探采对比

2.2 落差5～10 m 的断层

根据三维地震探采对比资料,选取口孜东煤矿6 组断层进行分析,见表2。以口孜东矿111302工作面风巷为例,DF1断层断距8.5 m,倾角62°。图2为口孜东矿111302工作面风巷和机巷揭露DF1断层的地震时间剖面探采对比结果。在图2的地震时间剖面探采对比结果中,111302工作面风巷对应的同向轴及13-1煤对应的同向轴连续性较好,未发生错断。但是,比T5 反射波(对应13-1煤)下侧的同向轴在断层揭露位置附近振幅能量加强,在相干属性水平切片中出现了沿断层走向的弱阴影区,反映了断层的存在。

表2 落差大于5 m 小于10 m 的断层

图2 111302工作面风巷地震时间剖面探采对比

2.3 落差小于5 m 的断层

根据新集矿区提供的三维地震探采对比资料,选取口孜东煤矿16组断层进行分析,见表3。

表3 落差小于5 m 的断层

以口孜东矿111304工作面为例,DF6-3断层断距4 m,倾角30°;DF6-4断层断距0.7 m,倾角48°;DF16断层断距1 m,倾角53°。图3为口孜东煤矿111302 工作面揭露DF6-3、DF6-4、DF16断层的地震时间剖面探采对比。在图3的地震时间剖面探采对比结果中,DF6-3在地震时间剖面上均表现出同向轴连续,但断层揭露位置上方或下方的地震反射波同向轴出现较小的变化,如振幅出现正负变化、振幅能量减弱、临近同向轴分叉等现象,在相干属性水平切片上均表现出较为明显的阴影区域。DF6-4 和DF16 在地震时间剖面和相干属性水平切片中,基本不能发现断层的存在。

图3 111304工作面地震时间剖面探采对比

3 不同落差断层在三维地震时间剖面中反射波特征

一般情况下,断层在三维地震时间剖面中的识别标志[5]如下:

(1)反射波同相轴错断;

(2)反射波同相轴数目突然增减或消失,波组间断突然变化;

(3)反射波同相轴形状突变,反射零乱或出现空白带;

(4)反射波同相轴发生分叉、合并、扭曲、强相位转换;

(5)异常波的出现(绕射波、断面波)。

经过统计描述分析,发现断层断距大于10 m时,利用断层在三维地震时间剖面中的识别标志,可以完成断层识别工作,见表4。

表4 落差大于10 m 的断层反射波特征统计

表5为落差5～10 m 的断层反射波特征统计表。从中可以看出,揭露的断层大部分为高角度小断层,在这种情况下,使用一般情况下的断层在地震时间剖面反射波中的识别特征来进行断层识别,效果并不是很好,在充分运用断层在地震时间剖面中反射波特征的基础之上,应该重点考虑以目标层位及邻近目标层位的反射波振幅能量的变化特征来进行断层识别工作。比如FS1 断层和DF6断层,见图4。通过地震时间剖面反射波特征未发现同向轴的错断、分叉、突变等明显的断层识别标志,但是邻近目标层位的反射波中,出现了明显的地震反射波振幅能量减弱的情况。

表5 5～10 m 的断层反射波特征统计

图4 FS1断层和DF6断层

表6为口孜东煤矿落差小于5 m 的断层反射波特征统计表。从中可以看出,在断层落差小于3 m 时,从地震时间剖面中基本无法识别出断层,特别是断顶断层和断底断层,没有明显的特征可用于断层识别。同时,相干属性切片中也无法显示断层的存在,仅有f5-6和DF14两条断层在地震反射波中表现出了临近同向轴消失、增加或合并的特征,在相干属性切片中断层表现明显。kf111303-7断层上方同向轴出现分叉、合并的现象,但是在相干属性切片中断层表现不明显。

表6 落差小于5 m 的断层反射波特征统计表

在断层落差在3～5 m时,大部分断层能够在地震时间剖面中表现出相应的反射波特征,如同向轴消失、同向轴增加、临近的同向轴振幅能量加强或减弱等,在相干属性水平切片中能够发现断层存在的阴影区。但是kf111303-02等高角度小断层在地震时间剖面和相干属性水平切片中没有明显的反应。

通过对不同断层的反射波特征、断层特征、相干属性特征进行归类分析:

(1)断层断距大于10 m 时,可以利用断层在三维地震时间剖面中的反射波特征进行断层的识别;

(2)断层断距在5～10 m 之间时,在充分运用断层在地震时间剖面中反射波特征的基础之上,应该重点考虑以目标层位及邻近目标层位的反射波振幅能量的变化特征来进行断层识别工作;

(3)断层断距在3～5 m 之间时,应综合考虑使用反射波特征及相干属性水平切片来识别断层。首先,利用断层能够在地震时间剖面中表现出相应的反射波特征进行断层识别,如同向轴消失、同向轴增加、临近的同向轴振幅能量加强或减弱等;然后,使用相干属性水平切片来判断断层是否存在。需要注意的是,这种方法对高角度小断层的识别效果较差。

(4)断层断距小于3 m 时,可以考虑综合使用反射波特征及相干属性水平切片来识别断层,但是效果较差。

4 结 论

整理了口孜东矿已揭露断层的位置、产状、性质资料,结合三维地震原始数据在揭露断层处的地震时间剖面、相干属性切片资料,综合分析了不同断层落差在地震时间剖面上产生的不同响应特征。

通过本次研究,主要形成了口孜东矿区不同断层落差在三维地震时间剖面中的反射波特征及相应的构造识别方法,在矿区三维地震工作站地震资料解释工作中能够起到指导性的作用。