魏 健 杜繼國(guó)

(淮浙煤電有限公司顧北煤礦分公司,安徽省淮南市,232001)

1 引言

顧北煤礦位于淮南潘謝礦區(qū)中部,是國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)的淮南潘謝礦區(qū)總體規(guī)劃中新建的礦井之一。顧北井田共有8層可采煤層,平均總厚達(dá)22.56 m,其中13-1#、11-2#、8#、6-2#和1#煤層為主要可采煤層,平均總厚20.25 m,地質(zhì)資源量共有681054.4 kt,設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量286228.3 kt,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300萬(wàn)t/a,并預(yù)留600萬(wàn)t/a的配套設(shè)施。

通過(guò)將實(shí)際揭露的地質(zhì)異常現(xiàn)象(包括斷層、層滑及煤層變薄區(qū))與三維地震時(shí)間剖面進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)各種地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象在時(shí)間剖面上的波形特征以及如何在時(shí)間剖面上確定斷面和斷層落差進(jìn)行了詳細(xì)闡述,使斷層預(yù)測(cè)得到量化。以便今后更好地進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造的量化預(yù)報(bào)工作。

2 典型地質(zhì)構(gòu)造三維地震波形特征對(duì)比分析

2.1 斷層在三維地震時(shí)間剖面圖上的表現(xiàn)形式

通過(guò)對(duì)大量實(shí)見(jiàn)構(gòu)造與地震時(shí)間剖面的對(duì)比分析,認(rèn)識(shí)了幾種斷層引起的時(shí)間剖面異常特征。一般來(lái)說(shuō),大中型斷層通常會(huì)引起反射波同相軸錯(cuò)斷,由于斷層規(guī)模不同,表現(xiàn)為反射波組或波系的錯(cuò)斷。由于斷層錯(cuò)動(dòng)引起斷層兩側(cè)地層產(chǎn)狀突變或斷層面的屏蔽作用易造成反射波同相軸產(chǎn)狀突變,時(shí)間剖面上出現(xiàn)空白帶。反射波同相軸出現(xiàn)分叉、合并、扭曲、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)移、輔助波異常、反射波能量弱、波形異常、出現(xiàn)明顯的繞射波、斷面波等特殊波,這往往是由小斷層或其它小構(gòu)造造成的。以上這些都是在時(shí)間剖面上識(shí)別斷層的標(biāo)志。

(1)同相軸錯(cuò)斷。煤層反射波同相軸發(fā)生錯(cuò)斷,是斷層特別是大中型斷層在地震時(shí)間剖面上表現(xiàn)的基本形式,由于斷層規(guī)模的不同,可表現(xiàn)為波組或波系的錯(cuò)斷。所謂波組是指由鄰近的兩個(gè)或多個(gè)反射層形成的反射波,而由兩個(gè)或多個(gè)反射波組構(gòu)成的反射波系列則稱(chēng)為波系。由于斷層面的屏蔽作用,在斷層下盤(pán)經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)狀突變、反射雜亂及三角空白帶等,這時(shí)斷層下盤(pán)的反射層中斷點(diǎn)或產(chǎn)狀突變點(diǎn)不能準(zhǔn)確地反映斷層面位置,就要依據(jù)上盤(pán)反射標(biāo)準(zhǔn)層中斷點(diǎn)或產(chǎn)狀突變點(diǎn)來(lái)確定,一般來(lái)說(shuō),三角空白帶的斜邊即是斷層面。

至于斷層落差,在時(shí)間剖面上錯(cuò)斷的上、下盤(pán)反射波同相軸垂直深度差就是斷層落差,計(jì)算公式為:

式中:△h——斷層落差;

△to——斷層上、下盤(pán)同相軸斷點(diǎn)時(shí)差。

圖1為1212(3)工作面帶式輸送機(jī)巷FS24斷層實(shí)測(cè)剖面與地震時(shí)間剖面對(duì)比圖。圖1中T5反射波同相軸錯(cuò)斷,斷層面向下傾方向水平偏移8.3 m,在時(shí)間剖面上斷層上、下盤(pán)錯(cuò)斷點(diǎn)時(shí)間差為7 ms,計(jì)算時(shí)間剖面落差為6.3 m,與實(shí)見(jiàn)FS24斷層落差6.5 m吻合。

圖1 1212(3)工作面帶式輸送機(jī)巷FS24斷層實(shí)測(cè)剖面與地震時(shí)間剖面對(duì)比圖

(2)同相軸分叉、合并、扭曲。發(fā)生反射波同相軸扭曲往往是小斷層引起的,但也要視具體情況具體分析,要根據(jù)反射波組特征結(jié)合地層巖性組合變化綜合分析,層滑構(gòu)造及煤層變薄區(qū)同樣會(huì)引起反射波同相軸發(fā)生扭曲,有時(shí)僅僅是煤層產(chǎn)狀的變化也能造成同相軸發(fā)生扭曲。在時(shí)間剖面上,反射波同相軸的分叉與合并往往是由于斷層引起一盤(pán)煤層厚度變化或巖性組合發(fā)生變化造成的,當(dāng)然,其它原因也能造成反射波同相軸的分叉與合并,但根據(jù)實(shí)際揭露資料分析,總是由于煤層變薄或巖性變化引起的。圖2為11-2#煤層下采區(qū)FS56斷層實(shí)測(cè)剖面與地震時(shí)間剖面對(duì)比圖。其中,T4反射波同相軸發(fā)生分叉,同相軸分叉處與實(shí)見(jiàn)斷層下盤(pán)斷點(diǎn)較為一致,斷層在時(shí)間剖面中表現(xiàn)為同相軸的分叉與合并現(xiàn)象計(jì)算斷層落差較為困難,這是因?yàn)榉植嫣幉ㄐ屋^亂。如果在距分叉稍遠(yuǎn)處反射波趨于正常時(shí)認(rèn)為是斷層一盤(pán)的正常煤層,這樣與分叉前正常反射波同相軸就有一個(gè)時(shí)差,可以視為該處與斷層另一盤(pán)的時(shí)差,據(jù)此可以計(jì)算出高差,再減去由于煤層傾角引起的高差即可認(rèn)為是斷層落差。本例中同相軸分叉處與測(cè)點(diǎn)△23反射波正常時(shí)差為11 ms,再減去由于煤層傾角引起的高差3.6 m,這樣可以計(jì)算出斷層落差為6.3 m,與實(shí)際揭露基本吻合。

圖2 11-2#煤層下采區(qū)FS56斷層實(shí)測(cè)剖面與地震時(shí)間剖面對(duì)比圖

(3)同相軸稀疏、零亂、輔助波異常。相距較近的兩個(gè)以上反射波組合在一起構(gòu)成復(fù)合波。當(dāng)?shù)刭|(zhì)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定時(shí),復(fù)合波的干涉特征很少改變,容易識(shí)別,稱(chēng)為“波組”,相鄰的穩(wěn)定波組稱(chēng)為“波系”。小斷層、煤層厚度的變化會(huì)造成波形、復(fù)合波甚至波組的異常,這些輔助波的異常是識(shí)別地質(zhì)異常的標(biāo)準(zhǔn)。如圖3所示,11-2#煤層反射波同相軸僅稍有扭曲,反射波能量稍弱,僅從11-2#煤層反射波情況很難判斷有斷層或其它構(gòu)造存在,但我們注意到T11的輔助波同相軸稀疏,波形異常,可以推斷該處存在構(gòu)造,實(shí)際揭露該處斷層落差達(dá)4.3 m。

圖3 北一(11-2)上采區(qū)帶式輸送機(jī)上山FS109斷層實(shí)測(cè)剖面與地震時(shí)間剖面對(duì)比圖

2.2 變薄區(qū)在三維地震時(shí)間剖面圖上的表現(xiàn)形式

煤層變薄區(qū)的形成有多種原因,沉積、斷層、褶曲、層滑等都有可能形成煤層變薄區(qū),在時(shí)間剖面上反映也是形式多樣,較為復(fù)雜。同相軸分叉、扭曲、稀疏、出現(xiàn)空白帶、輔助波異常等都是在時(shí)間剖面上識(shí)別煤層變薄區(qū)的標(biāo)志。圖4所示實(shí)例是一個(gè)煤層變薄區(qū),T4反射波同相軸雖稍有扭曲,但主要表現(xiàn)在T4同相軸稀疏、出現(xiàn)空白帶,反射波能量弱。

圖4 1242(1)帶式輸送機(jī)巷變薄區(qū)實(shí)測(cè)剖面與地震時(shí)間剖面對(duì)比圖

2.3 層滑在三維地震時(shí)間剖面圖上的表現(xiàn)形式

層滑構(gòu)造是一種獨(dú)立的、特殊的構(gòu)造型式,它是指巖層在受到構(gòu)造應(yīng)力的作用下,沿某些軟弱的巖層面或?qū)永砻姘l(fā)生滑動(dòng)的一種地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象,目前顧北礦實(shí)際揭露的層滑構(gòu)造可以分為斷裂型層滑構(gòu)造、低角度順層滑動(dòng)及揉皺型層滑構(gòu)造三種,其在時(shí)間剖面上主要表現(xiàn)為同相軸分叉、同相軸稀疏、零亂、同相軸扭曲、輔助波異常等。

(1)同相軸分叉、合并。圖5所示實(shí)例是一個(gè)揉皺型層滑構(gòu)造,在時(shí)間剖面上表現(xiàn)為同相軸分叉,反射波形零亂。

圖5 1212(3)工作面帶式輸送機(jī)巷F8斷層實(shí)測(cè)剖面與地震時(shí)間剖面對(duì)比圖

(2)同相軸扭曲、稀疏、零亂、輔助波異常。圖6所示是一個(gè)斷裂型層滑構(gòu)造,其在時(shí)間剖面上都表現(xiàn)為同相軸稀疏、零亂,反射波能量弱。

圖6 1222(1)工作面帶式輸送機(jī)巷F18斷層實(shí)測(cè)剖面與地震時(shí)間剖面對(duì)比圖

3 結(jié)論

(1)生產(chǎn)過(guò)程中宜將三維地震時(shí)間剖面與工作面平面圖、實(shí)測(cè)剖面圖(預(yù)留位置隨著巷道掘進(jìn)填圖)相對(duì)應(yīng)起來(lái)放在一張圖上,一是方便通過(guò)時(shí)間剖面提前分析巷道前方構(gòu)造情況 進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào);二是將實(shí)際揭露構(gòu)造情況與時(shí)間剖面進(jìn)行對(duì)比分析,總結(jié)典型地質(zhì)構(gòu)造與地震波形特征對(duì)應(yīng)關(guān)系,并進(jìn)一步總結(jié)其規(guī)律,以便今后更合理的解釋地震資料。發(fā)現(xiàn)異常波形區(qū)域縱橫加密切地震時(shí)間剖面,對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的分析,并在月度地質(zhì)預(yù)報(bào)中進(jìn)行預(yù)報(bào)或及時(shí)給施工單位下達(dá)業(yè)務(wù)聯(lián)系書(shū)。

(2)在時(shí)間剖面中確定斷面,當(dāng)同相軸錯(cuò)斷時(shí),主要依據(jù)上盤(pán)斷點(diǎn)確定斷面,斷層落差依據(jù)時(shí)間剖面上斷層上、下盤(pán)同相軸錯(cuò)斷點(diǎn)時(shí)差進(jìn)行計(jì)算;當(dāng)同相軸沒(méi)有錯(cuò)斷而是發(fā)生扭曲、分叉、輔助波同相軸錯(cuò)斷時(shí),則根據(jù)同相軸扭曲點(diǎn)、分叉點(diǎn)、輔助波同相軸錯(cuò)斷點(diǎn)確定斷層面,斷層落差也要根據(jù)不同情況采用不同方法進(jìn)行計(jì)算。

(3)煤層變薄區(qū)在時(shí)間剖面上普遍特征是同相軸稀疏、出現(xiàn)空白帶,反射波能量弱,有的出現(xiàn)輔助波形異常。

(4)層滑構(gòu)造在時(shí)間剖面上主要表現(xiàn)為同相軸分叉、同相軸稀疏、零亂、同相軸扭曲、輔助波異常等,有時(shí)也存在同相軸錯(cuò)斷現(xiàn)象。

(5)發(fā)生反射波同相軸扭曲、分叉往往是小斷層引起的,但也要視情況具體分析,要根據(jù)反射波組特征結(jié)合地層巖性組合變化綜合分析,層滑構(gòu)造及煤層變薄區(qū)同樣會(huì)引起反射波同相軸發(fā)生扭曲、分叉,有時(shí)僅僅是煤層產(chǎn)狀的變化也能造成同相軸發(fā)生扭曲。這也正是時(shí)間剖面上反射波異常的多解性和不確定性

(6)小斷層、煤層厚度的變化會(huì)造成波形、復(fù)合波甚至波組的異常,這些輔助波的異常通常也是識(shí)別地質(zhì)異常的標(biāo)準(zhǔn),這一點(diǎn)在分析三維地震時(shí)間剖面時(shí)非常重要、不容忽視。