孔德璽

（華亭煤業(yè)集團(tuán)赤城煤礦有限責(zé)任公司，甘肅 平?jīng)?744000）

赤城煤礦位于甘肅平?jīng)鍪谐缧趴h，地形屬高原丘陵溝壑區(qū)。礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地西緣斷褶帶的南端，褶皺和斷裂走向基本一致，斷裂和褶皺構(gòu)造伴生，斷裂則表現(xiàn)為高角度的壓性和壓扭性斷裂。由于受到南西～北東向擠壓效應(yīng)，總體構(gòu)造呈北北西向的“S”形構(gòu)造[1]。

作為一座新建設(shè)煤礦，赤城煤礦現(xiàn)有勘查工作對采區(qū)內(nèi)斷裂、褶曲的分布特征，陷落柱、采空區(qū)的發(fā)育情況，隱伏露頭、沖刷帶、煤層分叉等現(xiàn)象的控制程度無法滿足下一步煤礦的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安全等要求。通過開展三維地震勘探不僅可以對煤層分布范圍和特征有更為精細(xì)的控制，也可以查明各種異常地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育情況，從而為煤礦的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況與地震條件

1.1 地層

煤礦范圍內(nèi)地表出露及鉆孔揭露的地層自老而新有：中上三疊統(tǒng)延長組（T2-3y），下侏羅統(tǒng)富縣組（J1f），中侏羅統(tǒng)延安組（J2ya），中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z），中上侏羅統(tǒng)安定組（J2-3a），下白堊統(tǒng)六盤山群（K1L），新近系干河溝組（N2g）和第四系（Q）[2]。

1.2 構(gòu)造

赤城煤礦具體位置處于梁龍背斜的西翼或者赤城向斜的東翼，地層走向與主要構(gòu)造延展方向嚴(yán)格受梁龍背斜和赤城向斜的控制，東北為平銅逆斷層切割。圖1 為研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造綱要圖。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造綱要圖

梁龍背斜：背斜軸走向北偏西10°～20°，延伸長約30 km。其東翼傾角40°～45°，西翼傾角30°～40°。為研究區(qū)內(nèi)的重要構(gòu)造，控制著煤層厚度、展布方向及埋藏深度。

赤城向斜：位于研究區(qū)的西側(cè)，為一走向北北西—南南東向的寬緩向斜。向斜軸北高南低，向南傾伏，南北向延展長達(dá)10 余km。向斜內(nèi)含煤地層埋深超過1200 m，為研究區(qū)西側(cè)外圍的深部地帶。

唐帽山～狼窩壩逆斷層：位于安口—新窯向斜東北翼。走向與向斜軸大致平行，斷層面均為南西傾斜，傾角40°～60°，斷距大于300 m，長度分別為7 km 左右。該斷層是赤城煤礦的邊界斷層。

平銅逆斷層：位于研究區(qū)東部。該斷層對梁龍背斜的東翼煤系地層破壞較大，對煤礦內(nèi)的煤系地層影響較小。在煤礦內(nèi)，斷層走向北西25°，斷層面西傾，傾角大體為70°，上盤（西盤）上升，地層為下白堊統(tǒng)六盤山群和中侏羅統(tǒng)延安組的含煤地層，下盤（東盤）下降，地層為下白堊統(tǒng)保安群。受斷裂影響，中侏羅統(tǒng)延安組煤系地層逆覆于下白堊統(tǒng)保安群之上，其地層垂直斷距大于400 m[3]。

1.3 地震地質(zhì)條件

研究區(qū)為典型的山地地貌，地形復(fù)雜多變，溝谷兩側(cè)切割劇烈，梁垣陡立，高差變化較大，最大高差將近500 m，地形地表?xiàng)l件較差。

研究區(qū)大部分淺層巖性以黃土為主，一般厚度大于10 m，下伏地層為紅色的黏土，含鈣質(zhì)結(jié)核。該區(qū)域黃土較厚、松散干燥、速度低，對地震波的吸收衰減作用強(qiáng)烈，激發(fā)條件較差。煤5-2 層頂?shù)装鍘r性以泥巖為主，煤層與圍巖雖存在較大的波阻抗差異，但是巖煤層傾角較大，給地震反射波的傳播和接收造成困難。綜合來看，研究區(qū)內(nèi)地震地質(zhì)條件屬于特別復(fù)雜地區(qū)。

2地層含煤性與主要煤層特征

2.1 煤層含煤性

煤礦區(qū)內(nèi)中侏羅統(tǒng)延安組地層厚度為124.62～221.48 m，平均厚度170.69 m，煤系地層共含煤4 層（組）：煤1、煤2、煤3、煤5，分別位于延安組的第四段、第三段、第二段和第一段，其中煤5 又分為2 層。

延安組由第一段到第四段含煤性由強(qiáng)到弱，下部含煤性好，中部含煤性較好，上部含煤性最差。整個(gè)延安組地層平均厚度為170.69 m，各煤層平均總厚度為19.53 m，可采平均總厚度為16.72 m，相應(yīng)的含煤系數(shù)是：總含煤系數(shù)11.44%，可采含煤系數(shù)9.80%。

2.2 主要煤層特征

區(qū)內(nèi)主要可采煤層為煤5-2 層，也是本次三維地震勘探工作的主要目的層之一，煤層厚度在0.01～40.84 m之間，平均14.60 m，可采厚度0.7～33.18 m 之間，平均可采厚度為12.19 m。等厚線與底板等高線走向基本一致，厚煤帶展布方向?yàn)楸蔽飨颍c煤層走向基本一致。在走向方向上，中部煤層厚，向南向北煤層變薄；在傾向上，中部煤層厚，向東向西煤層變薄?？傮w上屬厚煤層。

煤層走向?yàn)楸蔽?2°，向西傾斜，北部煤層傾角一般為29°，最北端小范圍達(dá)46°，中部煤層傾角較陡，淺部40°～50°，深部31°左右，南部煤層較緩，一般在29°～30°之間。

3 資料采集與處理

3.1 采集參數(shù)

研究區(qū)共分為兩個(gè)區(qū)域，研究區(qū)東南為重點(diǎn)研究區(qū)域。為提高重點(diǎn)區(qū)域的勘探精度，在重點(diǎn)區(qū)采用5 m×10 m 的面元，其他區(qū)域采用10 m×10 m的面元。具體采集參數(shù)如下：

方案：12L×8S×全排列×2R 束狀觀測系統(tǒng)。

觀測方向65°；面元大小10 m×10 m（重點(diǎn)研究區(qū)域?yàn)? m×10 m）；覆蓋次數(shù)＞60 次；接收道距20 m（重點(diǎn)研究區(qū)域?yàn)?0 m）；接收線距80 m；炮點(diǎn)點(diǎn)距20 m；炮點(diǎn)線距160 m（重點(diǎn)研究區(qū)域?yàn)?20 m）；排列片橫向滾動(dòng)距離160 m。

由于研究區(qū)地震地質(zhì)條件特別復(fù)雜，因此在數(shù)據(jù)采集過程中，對常規(guī)三維地震滾動(dòng)施工方式進(jìn)行了改進(jìn)，采用炮點(diǎn)按照設(shè)計(jì)進(jìn)行滾動(dòng)激發(fā)，接收排列采用了固定排列，既每一束炮點(diǎn)激發(fā)時(shí)，使用束內(nèi)接收測線所有檢波器進(jìn)行了接收。采用這種生產(chǎn)方式，不僅全區(qū)覆蓋次數(shù)有了明顯的提高，而且在采集過程中更兼顧了淺中深等地層的信息。

3.2 資料處理

工作區(qū)處于低山丘陵區(qū)，地形變化大，淺表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，基巖裸露區(qū)、薄黃土沉積區(qū)、厚黃土沉積區(qū)的同時(shí)存在導(dǎo)致了激發(fā)條件的巨大差異，也給地震波傳播和接收帶來困難。這些因素造成了激發(fā)地震子波的不同和接收信息的頻帶不同。

結(jié)合區(qū)內(nèi)的地震地質(zhì)條件以及地質(zhì)任務(wù)，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行了試處理，根據(jù)試處理結(jié)果確定最佳處理流程和參數(shù)。關(guān)鍵處理技術(shù)有：

1）靜校正技術(shù)

研究區(qū)地表起伏較大，近地表情況復(fù)雜，高差達(dá)500 m，相應(yīng)地引起單炮初至起伏變化，淺表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，薄黃土沉積區(qū)、厚黃土沉積區(qū)交互，地震記錄初至波“崎嶇”不齊，煤層反射波不再遵循雙曲線規(guī)律，靜校正問題嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了目的層的成像精度。只有做好靜校正，才能實(shí)現(xiàn)同相疊加，才能提高地震資料的分辨率。

2）多域聯(lián)合疊前去噪技術(shù)

地震數(shù)據(jù)中存在著多種干擾，不同的干擾需要采用不同的處理手段進(jìn)行去除，在去除干擾的過程中要遵循合理的步驟[4]。實(shí)際處理過程中需要采用不同的方法，在時(shí)間域、空間域、頻率域等多域采用不同方法聯(lián)合，才能更好地去除地震數(shù)據(jù)中的干擾。

3）振幅補(bǔ)償技術(shù)

為了彌補(bǔ)地震波在傳播過程中受擴(kuò)散和地層吸收等引起的振幅損失，主要采用了球面擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償和剩余振幅補(bǔ)償?shù)仁侄巍?/p>

4）反褶積技術(shù)

研究區(qū)內(nèi)厚黃土對地震波頻率衰減嚴(yán)重，反褶積技術(shù)可以通過壓縮地震子波，在提高地震反射波頻率的同時(shí)也提高了垂向的分辨率[5]。

5）速度分析

為了提高速度分析精度和準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提高地震資料的成像品質(zhì)，在開展速度交互分析時(shí)，將動(dòng)校正切除、地表一致性靜校正與其相結(jié)合[6]。

6）DMO 疊加

研究區(qū)目的層傾角較大，且斷層發(fā)育，采用水平疊加，對傾角較大的反射層成像不利，采用DMO 疊加，剖面信噪比明顯提高。

7）疊后偏移

對不同百分比速度進(jìn)行偏移掃描，比較不同速度的偏移效果，最終選擇繞射波收斂好、斷點(diǎn)的刻畫更清晰的偏移速度。

4 成果解釋

4.1 解釋方法

三維地震資料解釋是利用不同的解釋方法，把地震勘探工作所取得的時(shí)間域的數(shù)據(jù)體與實(shí)際地質(zhì)情況相結(jié)合，并最終將其轉(zhuǎn)變?yōu)榈刭|(zhì)成果的過程。根據(jù)由已知到未知，由簡單到復(fù)雜，由點(diǎn)到面，由大到小的原則[7]，充分利用解釋工作站的靈活、高效、直觀的特性，綜合已知地質(zhì)測井資料進(jìn)行綜合解釋。

1）層位標(biāo)定。利用區(qū)內(nèi)現(xiàn)有鉆孔、測井資料，通過制作人工地震合成記錄，結(jié)合實(shí)際地震剖面，來確定地震反射波與地質(zhì)層位的對應(yīng)關(guān)系[8]。

2）層位追蹤。根據(jù)層位標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行全區(qū)目的層位的對比追蹤，由聯(lián)井時(shí)間剖面開始解釋，根據(jù)合成地震記錄標(biāo)定的層位，實(shí)現(xiàn)井與井之間的連續(xù)追蹤，然后根據(jù)反射波的波組特征外推，形成80 m×80 m 的粗網(wǎng)格解釋成果。解釋過程中要做到全區(qū)層位閉合，同時(shí)觀察時(shí)間剖面上的反射波的特征變化，尤其是特殊地質(zhì)現(xiàn)象的反射波特征，要從多個(gè)方向上同時(shí)對比確定。

3）構(gòu)造解釋。主要包括褶曲解釋、斷層解釋和特殊地質(zhì)現(xiàn)象解釋。認(rèn)識(shí)區(qū)域構(gòu)造發(fā)育規(guī)律與研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育規(guī)律的關(guān)系，建立構(gòu)造框架。分別利用走向剖面、傾向剖面和水平切片三個(gè)維度的數(shù)據(jù)對斷層的落差、水平斷距、傾向等進(jìn)行相互印證，同時(shí)也能提高斷層的組合和平面延伸的控制程度。對于小型構(gòu)造、河流沖刷、陷落柱等特殊地質(zhì)現(xiàn)象的解釋，可以結(jié)合地震屬性技術(shù)來提高解釋精度和可靠性。

4）綜合解釋。利用解釋工作站的多種數(shù)據(jù)顯示功能，通過人機(jī)聯(lián)作對區(qū)內(nèi)多種資料進(jìn)行綜合對比分析，可以提高資料解釋的精度和可靠程度，從而確定最終解釋方案，對區(qū)內(nèi)煤5-2 層賦存形態(tài)和構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行了解釋。

4.2 地質(zhì)成果

1）在研究區(qū)內(nèi)煤5-2 層總體構(gòu)造為一傾向南西、走向北西向的單斜。研究區(qū)內(nèi)次級褶皺較為發(fā)育，自北向南有連續(xù)的向斜背斜交替出現(xiàn)。

2）煤層隱伏露頭解釋。目的煤層的反射波和白堊系底界面的反射波的不整合交點(diǎn)處即為各目的煤層的隱伏露頭，研究區(qū)內(nèi)隱伏露頭表現(xiàn)為上覆白堊系地層與下伏侏羅系地層角度不整合接觸面，隱伏露頭在研究區(qū)內(nèi)控制長度為3.2 km。

3）斷點(diǎn)解釋。本次地震勘探在區(qū)內(nèi)組合解釋斷層3 條，如圖2 所示。斷點(diǎn)解釋時(shí)以波形變面積時(shí)間剖面為主，結(jié)合彩色顯示剖面及各種屬性切片識(shí)別斷點(diǎn)，圖3 為DF1 斷層在振幅屬性圖上的顯示。落差較大斷層斷點(diǎn)的主要標(biāo)志為：多組反射波同相軸發(fā)生錯(cuò)斷，強(qiáng)弱相位發(fā)生明顯轉(zhuǎn)換，同相軸相位的突然增多或減少、分叉合并，斷點(diǎn)繞射波的出現(xiàn)。落差較小的斷層斷點(diǎn)主要標(biāo)志為：反射波同相軸扭曲，同相軸的產(chǎn)狀發(fā)生突然變化，同相軸連續(xù)性、光滑程度及振幅強(qiáng)弱變化。

圖2 研究區(qū)構(gòu)造圖

圖3 DF1 斷層在振幅屬性圖上的顯示

Fx 斷層，逆斷層，位于研究區(qū)南部，向北延伸至研究區(qū)中部，基本貫穿重點(diǎn)研究區(qū)，區(qū)內(nèi)延伸長度3.2 km，走向由北北東向（N7°E）轉(zhuǎn)為北北西向（N18°W），傾向由97°轉(zhuǎn)為72°，傾角60°～80°，落差0～200 m。

DF1 斷層，逆斷層，位于研究區(qū)中部，區(qū)內(nèi)延伸長度700 m，走向北西向（N36°W），傾向54°，傾角60°～80°，落差0～40 m。

DF2 斷層，正斷層，位于研究區(qū)北部，區(qū)內(nèi)延伸長度445 m，走向北東向（N43°E），傾向313°，傾角40°～50°，落差0～10 m。

4）褶皺解釋。褶皺在三維地震數(shù)據(jù)體上比較容易識(shí)別，在地震時(shí)間剖面上，反射波同相軸上凸反映背斜構(gòu)造，反射波同相軸下凹反映向斜構(gòu)造。圖4 為向斜在時(shí)間剖面上的顯示。

圖4 向斜在時(shí)間剖面上的顯示

研究區(qū)內(nèi)次級褶皺較為發(fā)育，自北向南有連續(xù)的向斜背斜交替出現(xiàn)，褶曲幅度較大，兩翼傾角都相對比較寬緩，查明區(qū)內(nèi)波幅≥10 m 的次級褶皺6個(gè)，其中背斜3 個(gè)，向斜3 個(gè)。

5）煤層分叉解釋。地震時(shí)間剖面上煤層反射波同相軸的分叉合并是識(shí)別煤層分叉合并現(xiàn)象的主要標(biāo)志。在分叉區(qū)段，地震時(shí)間剖面上反射波特征表現(xiàn)為：煤層反射波的相位分成兩個(gè)相位，其能量相對合并區(qū)較弱，振幅相對變?nèi)?，而頻率相對偏高，研究區(qū)內(nèi)的地震資料的信噪比較低，因此煤層分叉現(xiàn)象在部分時(shí)間剖面上顯示并不明顯，對煤層分叉現(xiàn)象反映較為明顯的振幅屬性來對煤層分叉現(xiàn)象進(jìn)行輔助解釋。

6）沖刷帶解釋。研究區(qū)西部，部分巖石碎屑中含絲炭和鏡煤不規(guī)則條帶，并與煤5-2 層底板粉砂巖和細(xì)砂巖為突變接觸，有明顯的沖刷現(xiàn)象。在解釋過程中，沖刷帶在時(shí)間剖面上表現(xiàn)為煤層反射波突然消失形成一個(gè)條帶狀的區(qū)域，部分時(shí)間剖面表現(xiàn)上部地層內(nèi)反射波向下凹陷，如圖5 所示。古河床沖刷作用在研究區(qū)的西部，由西北到東南貫穿全區(qū)，研究區(qū)內(nèi)控制沖刷面積約1.8 km2。

5 結(jié)論

1）研究區(qū)通過開展三維地震勘探，查明了主要可采煤層煤5-2 層的起伏形態(tài)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對不發(fā)育，共有3 條斷層，起伏大于10 m 的褶皺有6 個(gè)。在研究區(qū)圈出了古河床沖刷對煤層的影響范圍，對煤層分叉區(qū)域進(jìn)行了初步解釋，查明了煤5-2 層的隱伏露頭位置。這些成果為煤礦的下一步建設(shè)和開采工作都提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

2）當(dāng)今三維地震技術(shù)在煤田勘探中已經(jīng)較為成熟，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，要根據(jù)研究區(qū)地形、地質(zhì)條件、地質(zhì)任務(wù)等設(shè)計(jì)針對性強(qiáng)的觀測系統(tǒng)，通過試驗(yàn)確定最佳的采集參數(shù)，同時(shí)根據(jù)野外地震單炮數(shù)據(jù)特點(diǎn)，通過試處理、預(yù)處理確定合理的數(shù)據(jù)處理流程，并結(jié)合鉆孔、測井等地質(zhì)資料對三維地震成果進(jìn)行推測解釋，力求獲得可靠程度高的成果數(shù)據(jù)，從而為煤礦建設(shè)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

3）充分利用地震屬性提取技術(shù)，能夠較好地彌補(bǔ)常規(guī)地震時(shí)間剖面受分辨率影響而造成的小型構(gòu)造特征不明顯的缺點(diǎn)，為進(jìn)一步查明構(gòu)造發(fā)育提供依據(jù)。

綜上可知，三維地震勘探技術(shù)在煤田勘查中應(yīng)用雖較為成熟，實(shí)際應(yīng)用中須結(jié)合已有資料和地震地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)合理的觀測系統(tǒng)，通過完善的處理手段和成果解釋方法，才能最終控制煤層賦存特征以及構(gòu)造發(fā)育情況，查明各種異常地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象的分布特征，為煤礦生產(chǎn)提供可靠的依據(jù)。