鄒云超

(中煤科工集團(tuán) 西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

?

地質(zhì)與勘測

龍口礦區(qū)軟巖煤系斷裂構(gòu)造地震地質(zhì)特征研究

鄒云超

(中煤科工集團(tuán) 西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

[摘要]由于新生界煤田軟巖地層地震地質(zhì)構(gòu)造特征與中生—古生代煤田地震地質(zhì)特征的典型差異，根據(jù)龍口礦區(qū)北皂煤礦海域及臨近采區(qū)三維地震勘探結(jié)果，分析總結(jié)了龍口礦區(qū)早第三紀(jì)軟巖煤系斷裂構(gòu)造地震地質(zhì)特征及規(guī)律。

[關(guān)鍵詞]軟巖煤系；構(gòu)造特征；三維地震

以往煤田三維地震勘探的大量工作都是古生界石炭—二疊紀(jì)煤田或中生界侏羅紀(jì)煤田的資源勘探或礦井的采區(qū)勘探。山東省黃縣煤田是我國少有的早第三紀(jì)煤田之一，龍口礦區(qū)北皂煤礦海域三維地震勘探區(qū)位于山東省黃縣煤田西北隅，是黃縣煤田延伸到渤海的一部分[1-2]。以往勘探工作揭示了黃縣煤田區(qū)域構(gòu)造的展布規(guī)律，由此分析得到的黃縣煤田形成過程中的構(gòu)造運(yùn)動情況、盆地發(fā)生、發(fā)展過程、構(gòu)造應(yīng)力變遷過程可作為三維地震勘探資料解釋思路的有效參考[3]。本文將三維地震勘探用于研究該礦區(qū)第三紀(jì)軟巖煤系斷裂構(gòu)造的地質(zhì)特征及規(guī)律，取得了一定的效果。

1地質(zhì)與地球物理特征

1.1地層

北皂煤礦位于龍口向斜的北翼，地層整體呈走向近EW，向S傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角一般小于15°。礦區(qū)區(qū)域地層簡況如圖1所示。由于礦區(qū)多數(shù)鉆孔僅揭露早第三系煤4底板以上地層，且本文以煤系地震反射特征研究為主，故結(jié)合北皂礦區(qū)陸地、海域鉆孔資料及區(qū)域地質(zhì)資料，僅對早第三系以上地層自下而上詳述。

圖1　區(qū)域地層系統(tǒng)

(1)早第三系黃縣盆地早第三系為五圖群，角度不整合于下伏白堊系之上，被第四系覆蓋。五圖群為一套含煤和油頁巖的碎屑巖，從下到上分為3個(gè)組：早期河流相粗碎屑沉積形成了下部的朱壁店組的一套雜色砂礫巖；中期地殼下沉，沉積環(huán)境為泥炭沼澤相，在濕潤氣象條件下沉積了以泥巖為主含油頁巖、煤層的李家崖組；晚期下沉終止，沉積環(huán)境變?yōu)楹雍啵练e了細(xì)碎屑巖為代表的小樓組。李家崖組為主要含煤地層，平均厚122.99m，主要由鈣質(zhì)泥巖、泥巖、泥灰?guī)r、砂巖、黏土巖、炭質(zhì)泥巖、含油泥巖、煤和油頁巖組成。

(2)第四系可劃分為史家溝組、山前組、旭口組、臨沂組和沂河組。主要由黏土、砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)砂、砂及砂礫層組成。

(3)含煤地層礦區(qū)早第三系五圖群李家崖組為主要含煤地層，依據(jù)沉積特征、巖相旋回可分為上下兩個(gè)含煤段。共含煤1、煤2、煤3、煤4四層煤，平均總厚度12.95m，含煤系數(shù)9.8%，可采及局部可采煤層共3層(煤1、煤2、煤4)，平均厚度11.62m，占全部煤層總厚度的91%，煤系基底為中生界白堊系。另外，上含煤段頂部泥灰?guī)r呈灰白色—淺灰色，致密、堅(jiān)硬，厚2.95～15.00m，平均10.37m，由南向北變薄，也是勘探區(qū)可靠穩(wěn)定的對比標(biāo)志層，該層對應(yīng)的地震反射波同相軸可作為地震地質(zhì)解釋的標(biāo)準(zhǔn)層。

1.2地球物理特征

1.2.1地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)施工位置主要在海域，少量位于海岸，水深變化為0～15m。灘涂和陸上多流沙，成孔困難，激發(fā)條件較差。海域部分無低降速帶影響，有利于地震波的激發(fā)與接收。

第四系與下伏第三系地層有較大的密度和速度差異，可形成明顯的波阻抗界面，具備形成反射波的前提條件。由于第四系與下伏第三系地層呈角度不整合接觸，且厚度不大，故第四系底界面反射波相對煤層反射波品質(zhì)會有所下降。

早第三系縱向巖層物性變化明顯，故深部反射層次豐富，深層地震地質(zhì)條件優(yōu)越。

1.2.2主要地震反射波及其特征[4]

(1)TQ波第四系底界面反射波，相對其他目的層反射波同相軸其能量較弱，其動力學(xué)特征于地震數(shù)據(jù)體橫向上變化較大、穩(wěn)定性較差。與下伏地層反射波同相軸的接觸關(guān)系為角度不整合，TQ反射波同相軸雙程時(shí)間約80ms，可作為第四系底界面起伏形態(tài)及第四系厚度解釋的主要依據(jù)。

(2)Tg波與早第三紀(jì)煤系上部的標(biāo)志層——泥灰?guī)r的反射波對應(yīng)，其信噪比較高，同相軸連續(xù)性好，在時(shí)間剖面上多表現(xiàn)為一強(qiáng)一弱兩個(gè)相位，是煤系構(gòu)造解釋的標(biāo)準(zhǔn)層。

(3)T1波與煤1的反射波對應(yīng)，能量較強(qiáng)且穩(wěn)定，在時(shí)間剖面上表現(xiàn)為一個(gè)正相位。

(4)T2波與煤2的反射波對應(yīng)，煤2反射波在地震時(shí)間剖面上一般表現(xiàn)為一強(qiáng)一弱兩個(gè)，波形特征明顯，波形穩(wěn)定，能量強(qiáng)，連續(xù)性好，易于識別，全區(qū)可連續(xù)追蹤。T2波是該區(qū)的主要標(biāo)準(zhǔn)波，是解釋區(qū)內(nèi)煤2賦存情況和構(gòu)造的主要依據(jù)。T2波上距T1波約20～25ms。

(5)T4波對應(yīng)于煤4層位的反射波，主要來自煤4以及煤4附近油頁巖反射波的復(fù)合波，大部分連續(xù)性好，但信噪比偏低。T4波距T2波約70ms。

圖2為主要反射波在時(shí)間剖面上的反映，圖中從上至下依次為TQ波、Tg波、T`1波、T2波和T4波。

圖2　主要反射波在地震時(shí)間剖面上的反映

2野外施工參數(shù)及成果分析

2.1野外施工參數(shù)

本文數(shù)據(jù)主要來源于北皂煤礦海域西翼三維地震勘探成果，該區(qū)三維地震勘探總體上為8線12炮制的束狀規(guī)則觀測系統(tǒng)?？紤]到勘探區(qū)的南部、北西部目的層偏淺，因而排列長度和覆蓋次數(shù)視目的層深度不同而有所調(diào)整，最終在工區(qū)不同位置采用3種觀測系統(tǒng)參數(shù)施工，具體情況如表1所示。

表1　野外施工觀測系統(tǒng)參數(shù)

2.2成果分析

根據(jù)北皂煤礦海域及其鄰近區(qū)域的三維地震勘探結(jié)果，可知龍口礦區(qū)軟巖煤系斷裂構(gòu)造的地震地質(zhì)特征及規(guī)律如下：

(1)煤系斷層走向以NE或NEE為主，其次為NW向，如圖3所示，圖中勘探邊界內(nèi)的虛線為煤層露頭線，其他線條為斷煤交線。

圖3　北皂海域西翼勘探區(qū)煤2斷層平面展布規(guī)律示意

(2)斷層差長比大，延展長度小。此特征典型例證如圖3所示，U字形的煤層缺失區(qū)是一個(gè)特殊地壘構(gòu)造。該構(gòu)造源于早喜馬拉雅亞旋回的喜馬拉雅運(yùn)動第一幕，測區(qū)在近NW向擠壓力的作用下，以煤層露頭為支點(diǎn)，使得西南部成西向鼻狀隆起，經(jīng)歷巖體塑變后應(yīng)力釋放并斷裂(HF-2，HF-1)，斷裂形成的地壘緩慢抬升后被風(fēng)化剝蝕，在平面上呈U字型。

圖4　圖3平面圖左下煤層剝蝕區(qū)情況示意

構(gòu)成地壘的大斷層在很短距離上尖滅、消失，地層構(gòu)造由斷層急劇變化為褶曲。圖3中剝蝕區(qū)的放大情況如圖4所示，圖中HF-2，HF-1，HF-1A，HF-13斷層，落差分別為：150m，150m，98m，60m。此現(xiàn)象發(fā)生的原因主要有：軟巖對應(yīng)力釋放能量吸收快；構(gòu)造形成時(shí)期上覆地層較小的壓力；本區(qū)在構(gòu)造形成過程中塑變應(yīng)力分布狀態(tài)也決定了落差大的斷層尖滅快。如勘探區(qū)西南U形煤層剝蝕區(qū)兩側(cè)的HF-1和HF-2在斷裂的同時(shí)，因U形底部應(yīng)力特別集中，HF-1A和HF-13也迅速斷裂，釋放了HF-1和HF-2向東延展的斷裂應(yīng)力，所以HF-1和HF-2迅速尖滅。(3)斷層上下落差變化大，常表現(xiàn)為上斷下不斷、下斷上不斷、上下不斷中間斷等斷裂特征(圖5、圖6)。早第三系的成巖性差(或半成巖)，相對侏羅系或石炭—二疊系煤田的硬巖地層，在同樣的受力狀態(tài)下，軟巖地層對力的吸收衰減能力強(qiáng)，斷層的延展長度短。因此，在張力作用下，受力最大部位的地層會產(chǎn)生錯(cuò)斷，而在切割方向上的其他部位的應(yīng)力可能會迅速衰減、消失，所以軟巖地層中常常發(fā)現(xiàn)上斷下不斷或上下不斷中間斷的現(xiàn)象。此現(xiàn)象在平面上還可以表現(xiàn)為同一條斷層在不同地段斷開的層位不相同，導(dǎo)致同一條斷層在不同層位上的延伸長度不同。

圖5　斷層上下落差變化大(上下不斷中間斷)在地震時(shí)間剖面上的反映

圖6　斷層上下落差變化大(下斷上不斷)在地震時(shí)間剖面上的反映

(4)常見逆牽引現(xiàn)象[4]。這是正斷層下降盤一側(cè)的一種重力滑動構(gòu)造。正斷層下降盤(斷層上盤)在拉張的機(jī)制下下滑時(shí)，由于水平距離不斷加大，斷面附近的巖層受重力作用而下落，彌合拉張形成的縫隙，從而使地層下垂，并形成與斷層牽引方向相反的傾斜，即逆牽引現(xiàn)象(圖7)。

圖7　逆牽引現(xiàn)象在地震時(shí)間剖面上的反映

(5)龍口礦區(qū)地震勘探數(shù)據(jù)分辨率能夠識別的斷層均為正斷層，無逆斷層。龍口礦區(qū)近幾十年開采過程中從未發(fā)現(xiàn)落差大于2m的逆斷層，據(jù)此經(jīng)驗(yàn)結(jié)合軟巖地層力學(xué)性質(zhì)推斷地震勘探時(shí)間剖面上表現(xiàn)逆斷層特征應(yīng)解釋為不同層位上的獨(dú)立正斷層。軟巖地層受剪切力或推力的作用，地層傾向于產(chǎn)生形變，而不容易被逆向錯(cuò)斷，因而在軟巖地層中極少或不易產(chǎn)生逆斷層。

3結(jié)論

龍口礦區(qū)煤系斷裂和褶皺方面有許多特征是新生界煤田軟巖地層所獨(dú)有的，其特征與中生—古生代煤田構(gòu)造地震地質(zhì)特征存在明顯差異，在地震勘探解釋過程中應(yīng)特別注意。

第三系的沉積與黃縣煤田聚煤盆地的形成同時(shí)發(fā)生，聚煤盆地形成時(shí)間較晚，沉積物成巖程度低，此條件形成的軟巖地層在受力變形過程中塑性表現(xiàn)較多，故軟巖地層對力的吸收衰減能力強(qiáng)。這是新生界煤田軟巖斷裂構(gòu)造具備的諸多地震地質(zhì)特征及規(guī)律的重要前提。

通過三維地震勘探成果，并結(jié)合探采對比數(shù)據(jù)，證明此地震資料解釋思路適用于龍口礦區(qū)，通過該方法能較好地分析煤系斷裂構(gòu)造的地質(zhì)特征及規(guī)律。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張紹鑫.黃縣煤田黃縣組含煤巖系的沉積特征和環(huán)境[J].山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1987，6(2)，128-135.

[2]李增學(xué)，魏久傳，蘭恒星，等.黃縣盆地盆緣斷裂活動的階段性與沉積充填樣式[J].煤田地質(zhì)與勘探，1999，27(6)：4-8.

[3]韓仁橋，王蘭健.黃縣煤田地質(zhì)構(gòu)造力學(xué)分析與研究[J].煤礦開采，2007，12(4)：12-13，28.

[4]李鵬飛.龍口礦區(qū)地震地質(zhì)及構(gòu)造特征的分析與研究[J].西部探礦工程，2013，25(3)：117-120，122.

[5] 賈克讓.魯東古近紀(jì)煤田含煤地層特征及找煤方向分析[J].中國煤炭地質(zhì)，2010，22(S1)：1-3，28.

[6]勝利油田地球物理科技開發(fā)公司.北皂煤礦海域東一采區(qū)三維地震勘探報(bào)告[R].2004.

[7]煤炭科學(xué)研究總院西安研究院.北皂煤礦海域西翼三維地震勘探報(bào)告[R].2007.

[8]煤炭科學(xué)研究總院西安研究院.梁家西部海域三維地震勘探報(bào)告[R].2007.

[9]山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院.山東省黃縣煤田梁家煤礦西海域勘查報(bào)告[R].2008.

[10]山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院.山東省黃縣煤田北皂煤礦海域擴(kuò)大區(qū)補(bǔ)充勘探報(bào)告[R].2008.

[11]龍口礦務(wù)局梁家煤礦.龍口礦務(wù)局梁家煤礦生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告[R].2002.

[責(zé)任編輯：施紅霞]

Seismic Geological Characters of Fracture Tectonic in SoftCoal Measure Strata in Longkou Coal District

ZOU Yun-chao

(Xi’an Research Institute Co.，Ltd.，China Coal Technology & Engineering Group，Beijing 100013，China)

Abstract：As the typical difference of seismic geological tectonic characters in soft coal measurestrata between Cenozoic Group and Mesozoic-Paleozoic，based on 3D-seismic results of sea area of Beizao coal mine in Longkou coal district and nearby mining area，it analyzed and summarized the geological characters and law of fracture tectonic seismic in soft coal measure of the Paleogene period of Longkou coal district.

Keywords：soft coal measure；tectonic character；3D-seismic

[中圖分類號]TD166；P631.4

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1006-6225(2016)01-0021-04

[作者簡介]鄒云超(1983-)，男，黑龍江哈爾濱人，助理研究員，研究方向?yàn)槊禾锏卣鹂碧健?/p>

[基金項(xiàng)目]國家科技重大專項(xiàng)課題(2011ZX05040-002)

[收稿日期]2015-09-06

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.01.005

[引用格式]鄒云超.龍口礦區(qū)軟巖煤系斷裂構(gòu)造地震地質(zhì)特征研究[J].煤礦開采，2016，21(1)：21-24.