滑动构造的高分率地震探测效果.pdf

第 2 0卷 1 0期 2 0 0 8年 l 0月 中国煤炭地质 COAL GEOLOGY OF CH A Vo 1 ． 2 0 No ． 1 0 0 c t ． 2 o 0 8 文章编号 1 6 7 4 1 8 0 3 2 0 0 8 1 0 0 0 5 6 0 2 滑动构造的高分辨率地震法探测效果 许德才 ， 尹俊清 ， 杨永群 1 ． 陕西省煤 田地 质局物探测量队 ， 陕西 西安 7 1 0 0 0 5 ； 2 ． 甘肃省煤 田地质局综合普查队 ， 甘肃 天水7 4 1 0 0 2 摘 要 滑动构造总是在较软弱 的地层 中形成 。 滑动 面的形成 ， 破坏了地层原有 的结构 ， 使得附近岩石破碎 ， 导致其与 周围岩层有明显的波阻抗差异 ， 具备 了地震反射波探测滑动面的地球物理前提 。河南豫西某勘查区 ， 黄 土层较厚且 无潜水位 ， 煤层反射波能量较弱 ， 滑动 面反射波的能量更弱， 为此 ， 采用大药量激发 3 k g 、 井深 1 6 ～ 3 0 m、 高复盖次数 3 0 4 5次 等施工参数， 保证 了野外原始数据 的采集质量。 针对原始资料干优强及地形变化大的特点 ， 资料处理采取 了以提高信噪 比为主的措施 。勘探结果表 明， 该 区的滑动面在煤层之上 ， 滑动面 以上 ， 地层结构严 重破坏 。 关键词 滑动构造 ； 滑动面； 波阻抗 ； 地震勘探 中图分类号 P 6 1 8 ． 1 1 0 ． 2 P 6 3 1 ． 4 文献标识码 A 滑动构造又称滑脱构造。马杏垣教授认为 “ 滑 脱构造 D e t a c h me n t 是一个 以相对低的强度和高的 剪 切应变为特征 的拆离层 d e c o u p l i n g l a y e r ， 常是 一 个断裂或一个断裂系，分隔着上下应变特征和力 学性质不同的两盘” [ 1 J 。河南豫西襄郑断裂以北豫西 地区基本上是重力滑动构造带 ， 北 至洛阳、 郑州 、 东 到京广铁路 ， 面积约1 O 0 0 k m ， 包括新密、 登封、 偃尤 等矿区闭 。由于滑动构造的作用 ， 这一地区原生沉积 煤厚和分布范围发生了很大变化 ， 局部煤层增厚、 变 薄或缺失 ， 使本区构造十分复杂 ． 严重影响这一地区 的钻孔施工 ， 给钻孔布署带来很大的风险。 为了查明豫西荥巩矿区三李深部的地质构造 ． 特别是隐伏于煤系中的滑动构造情况 ，查明主要可 采煤层的赋存范围， 合理部署钻孔 ， 最近在该 区开展 了高分辨率二维地震勘探。本文简要介绍了滑动断 层地质特征 ， 地球物理条件， 高分辨率二维地震数据 采集、 处理方法 ， 并介绍了利用所获高分辨率地震剖 面识别滑动构造的方法。可以看到高分辨率剖面能 以 5 m的点距反映煤层和煤系地层的变化 ，在确定 断层特别是地质部门关心的滑动构造的能力方面 ， 优于间距数 h m的钻孔地质剖面。 1 地质背景 勘查 区内地层 由老到新为奥 陶系 中统马家沟 组 。 石炭系中统本溪组、 上统太原组 ， 二叠系下统山 西组 、 下石盒子组 、 上统上石盒子组 和石千峰组 、 三 叠系下统刘家沟组 、 和尚沟组和新近系、 第四系 ， 其 中石炭 系上统 太原组 和二 叠系 下统 山西组 为主要 含 作者 简介 许德才 1 9 6 5 一 ， 男， 陕西耀县人 ， 高级工 程师 ， 主要从事 高分辨率地震勘探技术研究。 责任编辑 孙常长 煤地层。 本区总体构造为一单斜构造 ， 地层走向北西 向， 倾 向 1 5 。 5 5 。 ， 倾角 1 2 。 一 1 4 。 ； 测区南北边界发育 有 2条正断层 ， 即郭小寨断层、 贾峪断层。依据以往 资料推测在测区东部尚发育一个向斜和一个背斜组 成的褶皱构造 。 2 滑动面及其地球物理特征 滑动面又称脱离面、 滑脱面 ， 一般是地层的分界 面，有时是不整合面 ，或是地层中的岩性显著差异 面。滑动面上下岩层中构造变形 的样式不同【 3 ] ， 即上 下盘地层倾角不一致 ， 是识别滑动面很重要的标志。 低角度顺层滑动构造的滑动层面一般都在地层 组合中相对可塑性条件较好的层位 。研究区下石盒 子组 2煤层 ， 其本身煤质较软 ， 结构较简单 ， 而其顶 底板均为软岩且夹煤线 ，这些地层组合 中的软弱面 为低角度顺层滑动构造的形成提供了条件。且浅部 区地层倾角较大 ． 在重力因素和构造应力场作用下 ， 为低角度顺层滑动构造形成具备 了地质力学条件 ， 该区的滑动构造是在漫长的地质年代 中地应力加剧 与聚集产生的一种特殊构造现象 。 从滑动构造形成的机制来看 ，滑动构造总是在 较软弱的地层中形成 ，滑动面要么是在软弱 的煤层 中，要么是在相对更软弱煤层顶底板岩层中，如页 岩 、 泥岩、 炭质泥岩等； 同时滑动面的形成 ， 破坏了地 层原有的结构 ， 使得滑动面附近的岩石破碎 ， 密度变 低 。不仅地震波的传播速度慢 ，同时还具有散射作 用。 在滑动面的附近伴生有小揉皱、 小构造面以及沿 滑面发育的炭质页岩充填物。 因此滑动面附近地层与其周 围岩层有明显的波 阻抗差异 ， 能形成具有一定能量的滑动面反射波 。 具 有用地震反射波探测滑动面的地球物理前提。 l 0期 滑动构造的 高分辨率地震法探测效果许德 才。 等 5 7 3 地震资料采集与处理 3 ． 1野外数 据采 集 研究区属低山丘陵地貌 。 区内地势呈西南高 ， 最 大相对高差 8 9 m。区内冲沟发育，冲沟切割深度为 5 - 3 0 m， 野外施工难度大 ， 资料静校正处理工作难度 较大 。 研究区内黄土层较厚且无潜水位。煤层反射波 能量较弱 ， 滑动面反射波的能量更弱， 为了提高地震 剖面的分辨率 ．首要的任务是提高激发地震波的频 宽 ， 减少接收系统对高频分量的抑制作用[4 4 。 经过点 段系统试验工作， 本次采用 1 0 m道距 、 2 0 m炮距 、 ， I 、2为二 ， 煤层反射波 ； 滑动面用粗线表示 ； 异常区为顺煤层滑动范 围 图 2 D7 0线 时 间剖 面 Fi g u r e2 Li ne1 7 0 t i m e s e c tio n Fi g u r e 1 Ty pi c a l s i ng l e s h o t r e c o r d 后噪音压制技术 ，最大限度保护滑动面上下的真实 形态； ③使用动校及剩余静校正的多次迭代处理， 由 于滑动面上下信噪比较低 ，因此应注意参考计算时 窗的选取 ， 以及校正量的监测 ． 防止出现错误 的构造 形态 。 4 勘探效果 图2为 D 7 0线地震时间剖面的局部显示 。图上 c d p 2 0 0 ～ 5 0 0之问 。由于滑动面以上地层破坏严重 ， 上 ， 地层结构严重破坏 ， 地震波在其中传播时散射作 用较强 ， 反射波同想轴消失。 经 z k 2 8 0 1孔验证 ， z k 2 8 0 1 处煤层变薄 ，滑动面 在煤层上部 ， 与地震剖面显示一致 。 5 结论 利用地震勘探技术探测滑动构造具备地球物理 条件， 通过本次工作取得了明显的地质效果。在利用 高分辨率反射波法识别滑动构造时应注意以下几点 ① 由于滑动面是一个弱的反射面， 下转第 7 3 页 1 0期 张飞燕。 等 山西天池煤矿构造特征及 其形成机制 7 3 轴走 向 N WW、 N S和 N N E向为 主 ， 剖面上 ， 陷落柱 常呈对称或不对称的反漏斗状陷落柱常常成群 出 现， 常见于褶皱轴部并和断层构造分布相似。 ③矿井构造自三叠纪末期开始就一直受到区域 构造活动的控制作用 ． 印支期受到 S N向的水平挤压 应力场作用， 形成了一些近 E W 向的构造。燕山期经 历两期 N WWS E E方 向水平挤压应力作用 ， 井田内 地层及煤层主体呈 N E走向正是该期构造作用 的结 果。喜马拉雅运动早期构造应力场表现为 N E S W 方向的水平挤压 ， 从而导致 N E向断层的性质发生转 变。上新世开始， 地壳又趋活跃 。 形成了晋中、 临汾和 长治断陷盆地 ． 在太行山处岩浆 向上侵入 ． 从而使霍 山和太行山隆起 ， 表现为区域上的伸展作用。 参考文献 [ 1 ] 王桂 梁 ， 龙荣生 ， 徐 凤银 ， 等． 矿井 构造预测【 M] ． 1 t d ．． 煤 炭工业 出 版社 ． 1 9 9 3 ． 【 2 】 徐凤 银 ， 魏铭康． 矿 井构造评价 与预测 理论 、 方法 及其应用【 M] ． 江 苏 徐州 中国矿业大学出版社 ． 1 9 9 3 ． [ 3 】 夏玉成 ， 徐凤银． 灰色关 联分析在模糊综 合评判 中的应用[ J ] ． 西安 矿业学院学报 ， 1 9 9 1 ， 1 1 1 4 4 5 0 ． [ 4 ]夏玉成． 矿井构造量化预 测技术的研究进展 [J ] ． 煤 田地 质与勘探 ， 2 0 0 1 ， 3 7 3 6 1 6 3 ． 【 5 J 夏玉成 ， 胡明显 ， 陈练武． 矿井构 造的 GMD H B P评价预测 方法及 其应用『 J 1 ． 煤炭学报 ， 1 9 9 7， 2 2 5 4 6 6 - - 4 7 0 ． S t r u c t u r a l Fe a t u r e s a n d F o r mi n g M e c h a n i s m i n Ti a n c h i Co a l mi n e ， S h a n x i Z h a n g F e i y a n ， J i a n g B o ， We i Ch o n g t a o ， Z h o u Ya n z h a o a n d L i u L e i S c h o o l o f Re s o u r c e s a n d E a r t h S c i e n c e ， CUMT ， Xu z h o u ， J i a n g s u 2 2 1 0 0 8 Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e T i a n c h i c o a l mi n e g e o l o g i c a l e x p l o r a t i o n d a t a c o mb i n e d wi t h t e c t o n i c s e t t i n g ，mi n e s t r u c t u r a l f e a t u r e s a n d g e n e t i c me c h a n i s m we r e a n aly z e d ．T i a n c h i mi n e i s a mo n o c l i n e wi t h o v e r a l l s t r i k e NE ．d i p N W a n d s t r u c t u r a l l y s i mp l e ．F o l d s t r u c t u r e s d i d n o t we l l d e v e l o p e d i n t h e mi n e ，f a u l t s a r e ma i n l y n o r ma l f a u l t s ，l o w a n g l e t h r u s t s t h e s e c o n d ，s u b s i d e d c o l u mn s d i s o r d e r l y d i s t ri b u t e d ，c o mmo n l y i n a g r o u p a t f o l d a x e s ．Mi n e s t r u c t u r e w a s c o n t r o l l e d b y t e c t o n i c a c t i v i t i e s s i n c e l a t e T r i a s s i c ， b e c a u s e o f NS c o mp r e s s i o n ．s o me EW s t r u c t u r e s f o r me d d u rin g I n d o - C h i n a e p o c h ；t wo s t a g e s o f N W W S EE c o mp r e s s i o n d u rin g Ya n s h a n i a n e p o c h ma d e s t r a t a a n d c o a l s e a m p ri n c i p a l p a rt i n the mi n e fi e l d p r e s e n t NE s t ri k e ；NE S W c o mp r e s s i o n d u rin g e a d y Hi mala y a n e p o c h ， r e s u l t e d i n n a t u r e o f NE f a u l t s c h a n g e d o v e r ； r e g i o n al e x t e n d i n g i s s t a r t i n g a t P l i o c e n e ． Ke y wo r d s T i a n c h i c o almi n e ； s t ruc t u r a l f e a t u r e ； f o rm i n g me c h a n i s m； f o l d ； f a u l t ； s u b s i d e d c o l u mn ． 上 接 第 5 7页 生产前应根据测区地震地质条件进行充分的点段试 验工作 ， 依据煤层反射波的品质 。 确定适合测区地震 地质条件的最佳施工因素；②施工中应适当的增加 药量 ， 提高煤层反射波及滑动面反射波的能量 。 以便 利用各种反射波对滑动面进行分析、 解释； ③同样的 原因． 野外施工 中应采用较高的复盖次数 ． 以增加时 间剖面上滑动面反射波的能量 ．提高地震成果的解 释精度； ④资料处理要采用保真技术， 特别注意高精 度静校正以保留滑动面的弱反射波； ⑤由于滑动的 影响， 滑动面上 、 下各地层反射波 的能量弱、 连续性 差 ， 解释时要认真分析时间剖面上的各种有信息 ， 综 合考虑 ， 确定滑动面的位置。 参考文献 [ 1 ] 马杏 垣 ， 索 书田． 论滑 覆及岩石 圈多层次 滑脱构 造[ J 】 ． 地质 学报 ， 1 9 8 4， 1 2 0 5 2 1 3 ． 【 2 ]王文杰 ， 王信． 中国东部煤 田推覆 、 滑脱 构造与成煤研究 [ M】 ． 江苏 徐州 中国矿业大学 出版社 ， 1 9 9 3 ． [ 3 】王桂梁． 重力滑动构造的鉴别Ⅲ． 煤 田地质与勘探， 1 9 8 5， 6 1 - 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3 0 m a n d h i g h s t a c k i n g f o l d 3 0 N 4 5 t i m e s o p e r a t i o n p ara me t e r s h a v e a d o p t e d a n d q u a l i t y o f fi e l d b a s i c d a t a a c q u i s i t i o n e n s u r e d ． I n a l l u s i o n t o c h a r a c t e ri s t i c s o f b a s i c d a t a s t r o n g e r d i s t u r b a n c e a n d l arg e r t o p o g r a p h i c c h a n g e ， me a s u r e s o f d a t a p r o c e s s i n g ma i n l y t o i mp r o v e S ／ N r a t i o a d o p t e d ． T h e e x p l o r a t i o n r e s u l t s d e mo n s t r a t e d t h a t t h e s l i p s u r f a c e i n the a r e a i s a b o v e c o a l s e a ms ， s t r a t a s t r u c t u r e s a b o v e s l i p s u r f a c e h a v e b e e n s e ri o u s l y d e s t r u c t e d ． Ke y wo r d s g l i d i n g t e c t o n i c s ； s l i p s u r f a c e ； n a t u r al i mp e d a n c e ； s e i s mi c p r o s p e c t i n g