李洪明

(中煤新集能源股份有限公司,安徽 淮南 232001)

1 地質(zhì)概況

淮南煤田位于華北板塊的南緣,整個煤田為一走向近東西的對沖構造盆地,其南北兩側均為推覆構造形成的迭瓦扇,內(nèi)部次級褶曲及斷裂構造發(fā)育?？谧螙|礦即位于次級構造——陳橋背斜南翼西部。

1.1 地層

口孜東井田為全隱蔽型井田,上覆厚層新生界松散層,地層層序與淮南各井田相同。二疊系山西組及下、上石盒子組是該礦區(qū)主要含煤地層,其總厚為763.90 m,含煤30 余層,總厚為41.14 m,含煤系數(shù)5.39%。其中,可采煤層10層,平均可采總厚27.66 m,占煤層總厚的67.3%,主要可采煤層1、5、8、11-2、13-1等5層,平均總厚21.79 m,占可采總厚78.8%;次要可采煤層4-2、9、11-1、16-1、17-1 等5 層,平均總厚5.87 m,占可采總厚21.2%,其它不可采煤層不穩(wěn)定,常見尖滅或以炭質(zhì)泥巖出現(xiàn)。

1.2 區(qū)域構造

本區(qū)位于淮南煤田的西部,淮南復向斜中的次級褶曲陳橋背斜的南翼西段,總體為一不完整向斜構造,南翼被F1 逆推斷層切割。向斜總體軸向北西,向斜南翼地層傾角平緩,一般為5～10°,向斜北翼地層傾角稍陡,一般為20°左右。次一級褶曲不發(fā)育,僅在F1推覆體的斷夾塊內(nèi)發(fā)育不對稱緊密褶曲。井田內(nèi)斷層走向可分成三組,其中以北東向橫切斷層為主,北西向和近東西向為輔。本井田構造復雜程度中等。

1.3 地震地質(zhì)條件

1.3.1 表淺層地震地質(zhì)條件

本區(qū)為淮河沖積平原,地形平坦,村莊較密,溝塘較多,標高+25 m 左右。區(qū)內(nèi)表層低速帶的厚度與潛水面的深度吻合甚好,均在2～3 m 之內(nèi)。區(qū)內(nèi)大部分地段,距地表20 m 以內(nèi)地層以粘土或沙質(zhì)粘土為主,但在江口集一帶局部有流沙層出現(xiàn),激發(fā)條件總體良好。

1.3.2 深層地震地質(zhì)條件

由于新生界地層與下伏地層存在較大的波阻抗差異,兼之區(qū)內(nèi)煤組較多且穩(wěn)定,故深層有效波甚為發(fā)育。特別是13-1煤層為一厚且穩(wěn)定的強反射標志層,來自13-1煤層的反射波能量強,特征明顯,易識別,是控制煤系地層構造形態(tài)的主要反射波[1-2]。本區(qū)淺表層及深層地震地質(zhì)條件良好。區(qū)內(nèi)主要反射波組有:

(1)T0反射波:是來自新生界底界(基巖頂界面)的反射波;

(2)T5反射波:是來自二疊系上石盒子組13-1煤層的反射波;

(3)T4反射波:對應于二疊系上石盒子組11-2煤層的反射波;

(4)T3反射波:對應于二疊系下石盒子組8煤層的反射波。

主要使用了T5反射波(13-1煤)、T3反射波(8煤)的三維地震反射波資料[3-4],其中13-1煤層厚且穩(wěn)定,與其頂?shù)装逯g物性差異顯著,波阻抗差異明顯,形成的反射波波形突出,能量強,波形特征明顯,能夠全區(qū)連續(xù)追蹤;8煤形成的反射波較為突出,基本上能全區(qū)追蹤,是用于控制煤系地層起伏形態(tài)和構造變化的標準有效反射波。

2 斷層探采對比情況

2.1 落差大于10 m 的斷層

根據(jù)三維地震探采對比資料,選取口孜東煤礦5組斷層進行分析,見表1。

表1 落差大于10 m 的斷層

以口孜東礦西翼回風大巷為例,F5斷層斷距為135 m,傾角60°,F5-1斷層斷距為20 m,傾角為45°。F5斷層在圖1表現(xiàn)出明顯的地震反射波同向軸錯斷、分叉,同向軸突然出現(xiàn),反射凌亂,振幅能量衰減等明顯的斷層反應,在斷層揭露位置的相干體屬性水平切片上,也表現(xiàn)出明顯的陰影區(qū)域;F5-1斷層在圖1表現(xiàn)為地震反射波分叉、振幅能量衰減的現(xiàn)象,同向軸形狀突變、反射凌亂,斷層揭露位置附近的同向軸連續(xù)性較差;在相干屬性水平切片上,揭露斷層附近位置表現(xiàn)為明顯的陰影區(qū)。

圖1 西翼回風大巷地震時間剖面探采對比

2.2 落差5～10 m 的斷層

根據(jù)三維地震探采對比資料,選取口孜東煤礦6 組斷層進行分析,見表2。以口孜東礦111302工作面風巷為例,DF1斷層斷距8.5 m,傾角62°。圖2為口孜東礦111302工作面風巷和機巷揭露DF1斷層的地震時間剖面探采對比結果。在圖2的地震時間剖面探采對比結果中,111302工作面風巷對應的同向軸及13-1煤對應的同向軸連續(xù)性較好,未發(fā)生錯斷。但是,比T5 反射波(對應13-1煤)下側的同向軸在斷層揭露位置附近振幅能量加強,在相干屬性水平切片中出現(xiàn)了沿斷層走向的弱陰影區(qū),反映了斷層的存在。

表2 落差大于5 m 小于10 m 的斷層

圖2 111302工作面風巷地震時間剖面探采對比

2.3 落差小于5 m 的斷層

根據(jù)新集礦區(qū)提供的三維地震探采對比資料,選取口孜東煤礦16組斷層進行分析,見表3。

表3 落差小于5 m 的斷層

以口孜東礦111304工作面為例,DF6-3斷層斷距4 m,傾角30°;DF6-4斷層斷距0.7 m,傾角48°;DF16斷層斷距1 m,傾角53°。圖3為口孜東煤礦111302 工作面揭露DF6-3、DF6-4、DF16斷層的地震時間剖面探采對比。在圖3的地震時間剖面探采對比結果中,DF6-3在地震時間剖面上均表現(xiàn)出同向軸連續(xù),但斷層揭露位置上方或下方的地震反射波同向軸出現(xiàn)較小的變化,如振幅出現(xiàn)正負變化、振幅能量減弱、臨近同向軸分叉等現(xiàn)象,在相干屬性水平切片上均表現(xiàn)出較為明顯的陰影區(qū)域。DF6-4 和DF16 在地震時間剖面和相干屬性水平切片中,基本不能發(fā)現(xiàn)斷層的存在。

圖3 111304工作面地震時間剖面探采對比

3 不同落差斷層在三維地震時間剖面中反射波特征

一般情況下,斷層在三維地震時間剖面中的識別標志[5]如下:

(1)反射波同相軸錯斷;

(2)反射波同相軸數(shù)目突然增減或消失,波組間斷突然變化;

(3)反射波同相軸形狀突變,反射零亂或出現(xiàn)空白帶;

(4)反射波同相軸發(fā)生分叉、合并、扭曲、強相位轉換;

(5)異常波的出現(xiàn)(繞射波、斷面波)。

經(jīng)過統(tǒng)計描述分析,發(fā)現(xiàn)斷層斷距大于10 m時,利用斷層在三維地震時間剖面中的識別標志,可以完成斷層識別工作,見表4。

表4 落差大于10 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計

表5為落差5～10 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計表。從中可以看出,揭露的斷層大部分為高角度小斷層,在這種情況下,使用一般情況下的斷層在地震時間剖面反射波中的識別特征來進行斷層識別,效果并不是很好,在充分運用斷層在地震時間剖面中反射波特征的基礎之上,應該重點考慮以目標層位及鄰近目標層位的反射波振幅能量的變化特征來進行斷層識別工作。比如FS1 斷層和DF6斷層,見圖4。通過地震時間剖面反射波特征未發(fā)現(xiàn)同向軸的錯斷、分叉、突變等明顯的斷層識別標志,但是鄰近目標層位的反射波中,出現(xiàn)了明顯的地震反射波振幅能量減弱的情況。

表5 5～10 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計

圖4 FS1斷層和DF6斷層

表6為口孜東煤礦落差小于5 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計表。從中可以看出,在斷層落差小于3 m 時,從地震時間剖面中基本無法識別出斷層,特別是斷頂斷層和斷底斷層,沒有明顯的特征可用于斷層識別。同時,相干屬性切片中也無法顯示斷層的存在,僅有f5-6和DF14兩條斷層在地震反射波中表現(xiàn)出了臨近同向軸消失、增加或合并的特征,在相干屬性切片中斷層表現(xiàn)明顯。kf111303-7斷層上方同向軸出現(xiàn)分叉、合并的現(xiàn)象,但是在相干屬性切片中斷層表現(xiàn)不明顯。

表6 落差小于5 m 的斷層反射波特征統(tǒng)計表

在斷層落差在3～5 m時,大部分斷層能夠在地震時間剖面中表現(xiàn)出相應的反射波特征,如同向軸消失、同向軸增加、臨近的同向軸振幅能量加強或減弱等,在相干屬性水平切片中能夠發(fā)現(xiàn)斷層存在的陰影區(qū)。但是kf111303-02等高角度小斷層在地震時間剖面和相干屬性水平切片中沒有明顯的反應。

通過對不同斷層的反射波特征、斷層特征、相干屬性特征進行歸類分析:

(1)斷層斷距大于10 m 時,可以利用斷層在三維地震時間剖面中的反射波特征進行斷層的識別;

(2)斷層斷距在5～10 m 之間時,在充分運用斷層在地震時間剖面中反射波特征的基礎之上,應該重點考慮以目標層位及鄰近目標層位的反射波振幅能量的變化特征來進行斷層識別工作;

(3)斷層斷距在3～5 m 之間時,應綜合考慮使用反射波特征及相干屬性水平切片來識別斷層。首先,利用斷層能夠在地震時間剖面中表現(xiàn)出相應的反射波特征進行斷層識別,如同向軸消失、同向軸增加、臨近的同向軸振幅能量加強或減弱等;然后,使用相干屬性水平切片來判斷斷層是否存在。需要注意的是,這種方法對高角度小斷層的識別效果較差。

(4)斷層斷距小于3 m 時,可以考慮綜合使用反射波特征及相干屬性水平切片來識別斷層,但是效果較差。

4 結 論

整理了口孜東礦已揭露斷層的位置、產(chǎn)狀、性質(zhì)資料,結合三維地震原始數(shù)據(jù)在揭露斷層處的地震時間剖面、相干屬性切片資料,綜合分析了不同斷層落差在地震時間剖面上產(chǎn)生的不同響應特征。

通過本次研究,主要形成了口孜東礦區(qū)不同斷層落差在三維地震時間剖面中的反射波特征及相應的構造識別方法,在礦區(qū)三維地震工作站地震資料解釋工作中能夠起到指導性的作用。