地震勘探在伊川程子溝一帶找煤中的應(yīng)用

宋 凱,蔡蘭花,郭 佳，杜婉怡

(河南省航空物探遙感中心,鄭州 450053)

1 項目概況

勘查區(qū)地處箕山西端,屬箕山山系,地貌為低山丘陵區(qū),海拔多在300 m～500 m,相對高差小于200 m。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為新近系洛陽組和三疊系下統(tǒng)劉家溝、和尚溝組、中統(tǒng)二馬營組和上統(tǒng)椿樹腰組,次為二疊系上統(tǒng)石千峰組,新近系大安組及第四系全新統(tǒng)。該區(qū)東南暴雨山井田出露有寒武系中統(tǒng)毛莊組、徐莊組、張夏組,上統(tǒng)崮山組及含煤、鐵、鋁、粘土礦巖系的石炭系上統(tǒng)本溪組、太原組及二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組,上統(tǒng)上石盒子組和石千峰組[1]。地層總體走向北東東向(50°～55°),傾向北西,傾角15°～26°。

該區(qū)位于區(qū)域性近東西向的穎陽—大金店向斜西端南翼,其北面為北西向的楊店斷層,南面臨近東西向的紙房斷層,東面臨近北西向的大郭溝平移斷層,四者構(gòu)成了該區(qū)區(qū)域構(gòu)造的基本格局。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育,地層基本呈北西緩傾的單斜構(gòu)造,地表未見斷裂,未見侵入巖漿活動產(chǎn)物。

該區(qū)主要可采煤層為二1煤,全區(qū)可采,位于二疊系山西組下部,層位穩(wěn)定,頂板為砂質(zhì)頁巖,底板為砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)頁巖,區(qū)內(nèi)埋藏深度800 m～1 500 m,平均厚度3.91 m～4.65 m,最厚15.90 m～18.96 m,煤層結(jié)構(gòu)簡單,為本次尋找的主要煤層。

2 地震地質(zhì)條件

勘查區(qū)屬低山丘陵區(qū),地勢東南高西北低,海拔標(biāo)高245.3 m～764.8 m,地形起伏明顯。特別是勘查區(qū)東南部地形起伏劇烈,局部地段在一個接收排列內(nèi),地形可出現(xiàn)兩三次大的起伏,在不到300 m的距離內(nèi),高差可達近百米。地表多為農(nóng)田,多呈臺階狀,面積大小不等。區(qū)內(nèi)淺部主要為新近系、第四系地層,巖性為淺黃色粉土質(zhì)亞粘土、紫紅色粘土,部分區(qū)段土中含有卵石、碎石,大部分區(qū)域有鈣質(zhì)結(jié)核層。第四系厚度分布不均,巖性不一,變化無常,規(guī)律難尋，北部有少部分三疊系基巖出露,局部存在很薄的覆土或碎石層。因此,區(qū)內(nèi)淺部地震地質(zhì)條件特別復(fù)雜。區(qū)內(nèi)深部地層呈單斜構(gòu)造,目的層二1煤層埋藏深度南東小、北西大,傾角15°～22°,煤單層厚度3.91 m～4.65 m,最厚18.96 m,但沿走向及傾向均有較大的變化,局部可形成較厚煤層,煤層與其頂?shù)装鍑鷰r存在較大的波阻抗差異,是很好的反射界面。因此,深層地震地質(zhì)條件尚好。

3 工作方法

3.1 工程布置

全區(qū)布置主測線9條,聯(lián)絡(luò)線2條,剖面總長44 km。主測線大致垂直于地層走向,方位角約為318°左右,線距1 km～2 km;聯(lián)絡(luò)測線與主測線垂直,方位角約為48°。由于區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育,為了減少丟炮,在規(guī)范允許范圍內(nèi),施工時對設(shè)計測線的位置與方位有所變動,測線位置如圖1所示。

圖1 測網(wǎng)布置及構(gòu)造示意圖Fig.1 Layout and structure of measuring network

3.2 施工參數(shù)選擇

施工參數(shù)的確定通過試驗選擇,依據(jù)的原則是:確保目的層反射波有較好的質(zhì)量,干擾波得到較好的壓制,并有利于提高水平疊加效果。根據(jù)勘查區(qū)的淺層地震地質(zhì)條件,正式施工前,首先布置了試驗工作,進行了干擾波調(diào)查、激發(fā)藥量、井深試驗。

根據(jù)試驗結(jié)果采集參數(shù)確定為:道距20 m,炮距20 m,偏移距60 m,60—96道接收,單邊或中間放炮;雙井組合井中激發(fā),井深1.5 m～2.0 m,藥量1.0 kg～1.5 kg;記錄長度2 s,采樣間隔1 ms,全頻帶接收,前放增益12 db,每道2串2并4個檢波器,沿測線以線性組合方式埋置,組內(nèi)距1.5 m,組合基距4.5 m;當(dāng)?shù)匦蝺A斜時,檢波器沿等高線放置，特殊地點無法按組合要求放置時,則采用堆放。

上述選定的采集參數(shù),在生產(chǎn)過程中隨時進行質(zhì)量監(jiān)控,以確定所選參數(shù)對不同地段的適應(yīng)性。

4 資料處理及質(zhì)量評價

勘查區(qū)主要采用的資料處理技術(shù)有：①認真做好炮、道編輯；②使用振幅恢復(fù)，疊前地表一致性反褶積，均衡深部反射波的能量，提高反射波的分辨率[2]；③速度譜與自動剩余靜校正進行迭代處理，取得較好的速度譜，然后進行多次速度拾取，保證選取正確的疊加速度；④使用有限差分偏移進行疊后偏移。通過多次處理試驗，確定的處理流程如圖2所示。

圖2 資料處理流程圖Fig.2 Data processing diagram

本次共完成二維地震勘探主測線9條,聯(lián)絡(luò)線2條,地震剖面長度44.95 km,物理點1 957個。經(jīng)驗收評價生產(chǎn)記錄甲級率占55.84%,乙級率占44.09%,廢品率占0.07%,總合格率為99.93%,滿足規(guī)范和設(shè)計要求。對剖面的評價結(jié)果Ⅰ類剖面占68.7%,Ⅱ類剖面占15.8%,Ⅲ類剖面占15.6%,Ⅰ、Ⅱ類合計占84.4%,符合規(guī)范要求。

5 資料解釋

5.1 地震反射波特征及地質(zhì)解釋

該區(qū)地震勘探的主要任務(wù)是初步了解二1煤埋深和構(gòu)造輪廓,因而波的對比主要是在分析、認識反射波組特征的基礎(chǔ)上,確定二1煤層反射波T2,而后根據(jù)波的強度、相位、連續(xù)性特征進行對比追蹤各個特定波,在時間剖面上確定特定反射層的起伏和錯斷情況[3-4]。本次對比追蹤既注意了波的相位特征,又注意了波組的強度、頻率及連續(xù)性特征,T2波的對比均從DZ15線與DL1線交點(位置見圖1)開始,再與其它主測線間進行閉合,向其他主測線延伸。

該區(qū)地震原始資料品質(zhì)普遍較好,反映二1煤層特征的T2波組在時間剖面上特征明顯、能量強而且連續(xù)。區(qū)內(nèi)新生界覆蓋層很薄,剖面上基本追蹤不到覆蓋層底板反射。在DZ15時間剖面上,除T2波特征明顯外,其上還有三個較強波組即TP21波、TP22波、TT1波,見圖3。依據(jù)區(qū)內(nèi)地層展布厚度變化規(guī)律和區(qū)內(nèi)已知鉆井資料(如表1所示)對各波組地質(zhì)屬性作出解釋。

圖3 時間剖面上地震反射波特征的顯示Fig.3 Display of reflected wave features in time section

鉆井編號見煤深度/m見煤厚度/m 11 149.792.09 21 251.4810.47 3771.961.76 4825.775.66

二1煤埋深與地震剖面上的T2反射界面出現(xiàn)的深度相當(dāng),故將T2波解釋為來自二1煤層附近的反射,其強度變化及連續(xù)性反映出二1煤層厚度變化及穩(wěn)定性。將TP22與T2波之間的解釋為煤系;將TP21波解釋為上石盒子底板反射,推測為田家溝砂巖底界;其下地層為二疊系下統(tǒng)下石盒子組和山西組,厚約350 m。將TP22波解釋為石千峰組底板反射,推測為平頂山砂巖底界,其下地層為二疊系上統(tǒng)上石盒子組,厚約350 m。將TT1波解釋為三疊系下統(tǒng)金斗山組底板反射,其下地層為石千峰組和平頂山組,厚約400 m。推測勘查區(qū)覆蓋層下普遍有三疊系下統(tǒng)金斗山組。

5.2 構(gòu)造解釋

在地震勘探找煤工作中,控制斷裂構(gòu)造和褶皺形態(tài)是主要地質(zhì)任務(wù)之一[5]。該區(qū)共解釋斷點17個,組合F1、F2、F3、F4斷層4條,現(xiàn)對可靠斷層F2、F3作以簡要介紹。

1)F2斷層:由3個斷點組成,T2波表現(xiàn)為相位錯動,錯動時間為0.08 s～0.10 s,圖4為F2斷層在時間剖面上的顯示。該斷層走向北東東向,傾向北北西,傾角76°～81°,斷距110 m～216 m,為正斷層。該斷層下降盤煤層埋深相對加大。

圖4 F2斷層在時間剖面上的顯示Fig.4 Display of fault F2 in time section

2)F3斷層:由3個斷點組成,DZ08線與DL1線T2波表現(xiàn)為相位錯動,錯動時間為0.08 s～0.10 s,圖5為F3斷層在時間剖面上的顯示。該斷層走向北東向,斷層面傾向為北西向,傾角53°～80°,斷距128 m～232 m。區(qū)內(nèi)延伸約4 km,為正斷層。斷層下降盤二1煤埋深加大。

圖5 F3斷層在時間剖面上的顯示Fig.5 Display of fault F3 in time section

5.3 速度研究

地震波傳播速度是地震資料處理和解釋過程中的一個重要參數(shù)[6]。為了提高解釋精度,在資料處理時做了較多的速度譜,取得了不同時間段的速度值,利用這些速度進行動校正做出迭加時間剖面。由于該區(qū)新生界覆蓋層很薄,且三疊系下統(tǒng)為致密砂巖具有相當(dāng)厚度,因此,由速度譜求取的迭加速度從起始深度就較大,并隨著深度增加而加大,時深轉(zhuǎn)換速度如表2所示。利用該速度計算的0.1 s～1.0 s的層速度為4 200 m/s,與區(qū)域上煤系的層速度相當(dāng)。

表2 時深轉(zhuǎn)換速度一覽表Table 2 Velocity in time-depth conversion

5.4 地質(zhì)解釋成果

地震地質(zhì)解釋取得的主要成果:1)初步查明了覆蓋層的厚度變化情況,勘查區(qū)新生界覆蓋層薄,厚度在幾十米至150 m(已知鉆孔揭示覆蓋層厚度只有幾十米);2)初步查明了主要煤層的分布范圍及埋深變化,區(qū)內(nèi)二1煤層較厚,產(chǎn)生的T2反射波能量強,全區(qū)基本可追蹤,二1煤層在全區(qū)較為穩(wěn)定,構(gòu)造形態(tài)較為簡單,基本為一向北西傾斜的單斜層,埋深800 m～1 500 m,1 500 m以淺的面積約有16 km2;3)初步查明了區(qū)內(nèi)基本構(gòu)造輪廓,解釋的F2、F3斷層較為可靠,F1、F4斷層可靠性稍差;4)勘查區(qū)所獲地震資料品質(zhì)好,資料解釋可靠,經(jīng)驗證推斷解釋的二1煤埋深精度較高。

5.5 鉆探驗證孔解釋精度對比

驗證孔1見二1煤埋深1 149.79 m,煤厚2.09 m,

地震勘探資料解釋深度為1 128.51 m;驗證孔2見二1煤埋深1 251.48 m,煤厚10.47 m,地震勘探資料解釋深度為1 250.07 m。兩個驗證孔地震勘探解釋精度較高(解釋精度對比見表3),均遠優(yōu)于規(guī)范中對普查精度的要求(普查限差允許值為9%)[7]。

表3 地震解釋二1煤埋深精度對比一覽表Table 3 Seismic interpretation 2: comparison of coal burial depth

6 結(jié)束語

1)通過正式施工前的試驗工作,優(yōu)選了合理的施工參數(shù)及資料處理流程,獲得了較好的地震時間剖面,結(jié)合已知地質(zhì)資料進行了綜合解釋,提供的兩個鉆探驗證孔,資料解釋精度較高,取得了較好的地質(zhì)解釋效果。

2)從勘查區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料及二1煤底板等高線圖(如圖1所示)分析,區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單,煤炭資源豐富,煤層較厚且較穩(wěn)定,具有較好的找煤前景,且位于暴雨山井田外延部位,可以成為該井田的接續(xù)資源。因此,建議在本次找煤的基礎(chǔ)上開展進一步的煤田勘查工作,運用加密二維地震測線、鉆探、數(shù)字測井相結(jié)合的方法,查明煤層構(gòu)造、厚度變化規(guī)律,取得更好的找煤成果。

3)通過地震勘探方法在該區(qū)的應(yīng)用,取得了很好的找煤效果,為同類地區(qū)找煤提供了良好的參考。