三維地震勘探技術(shù)在甘肅河西地質(zhì)條件復(fù)雜的大傾角地區(qū)的應(yīng)用

楊 超，李治中，劉海濤

（1.甘肅煤田地質(zhì)局一四九隊(duì)，甘肅 蘭州 730020；2.西安中交公路巖土工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075）

河西走廊是甘肅省重要的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，但長期以來，地方能源供需矛盾突出。為進(jìn)一步提高勘探程度，企業(yè)決定進(jìn)行一采區(qū)三維地震補(bǔ)充勘探工作，一方面能為礦井開采提供基礎(chǔ)的地質(zhì)資料，另一方面能優(yōu)化生產(chǎn)礦井采區(qū)的設(shè)計(jì)及規(guī)劃、合理布置巷道及回采工作面，從而在礦山高效安全生產(chǎn)以及提高資源回收率等方面，提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

勘探區(qū)地處甘肅省山丹縣東南部，位于祁連山北緣，屬河西走廊大馬營沖洪積傾斜平原，全區(qū)為第四系黃土層所覆蓋，為全掩蓋礦田。區(qū)內(nèi)地層由老到新為中寒武統(tǒng)香山群（∈2xn）、中石炭統(tǒng)羊虎溝組（C2y）、上石炭統(tǒng)太原組（C3t）、下二疊統(tǒng)大黃溝群（P1dh）、中侏羅統(tǒng)窯街組（J2y）、中侏羅統(tǒng)新河組（J2x）、上侏羅統(tǒng)苦水峽組（J3k）、新近系、第四系?？碧絽^(qū)為雙紀(jì)礦田，主要含礦地層為中侏羅統(tǒng)窯街組（J2y）和上石炭統(tǒng)太原組（C3t）；其中窯街組為主要含礦地層，太原組為次要含礦地層；窯街組不整合覆蓋于下二疊統(tǒng)大黃溝群之上，其主要可采礦層二層（組）位于該組地層下部。勘探區(qū)總體為一走向北東45°、傾向北西、傾角36°左右的單斜構(gòu)造，在傾向上有小起伏，在走向上有明顯的波狀彎曲，構(gòu)造程度為中等偏復(fù)雜，主要構(gòu)造為中部901孔和J902孔控制的無礦或薄礦層區(qū)，西南部的沖刷帶，以及東北部F9和F10斷層。

2 勘探區(qū)地震地質(zhì)條件

2.1 表層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)位于祁連山北緣，屬河西走廊大馬營沖積傾斜平原，地勢南西高，向北東方向漸低，為平坦的傾斜平原，交通較為便利。該區(qū)表層地震地質(zhì)條件較好。

2.2 淺層地震地質(zhì)條件

本區(qū)淺層為1m～2m的黃土層，其以下為灰、灰黃色砂礫石層，砂礫石厚度24.80m～104.46m。機(jī)械成孔難度大，易塌孔且成本高，激發(fā)井深無法保證，只能采用淺井、多井組合激發(fā)，加之區(qū)內(nèi)潛水位較深。因此，該區(qū)淺層地震地質(zhì)條件較差。

2.3 深層地震地質(zhì)條件

本區(qū)賦存的主要可采礦層是第二層，礦層與其頂?shù)装鍑鷰r之間波阻抗差異明顯，可以形成較強(qiáng)的礦層反射波。但因該區(qū)地層傾角大，礦層結(jié)構(gòu)、礦層層間距及厚度變化較大，屬地震勘探難區(qū)。故深層地震地質(zhì)條件較差。

綜上所述：本區(qū)地表?xiàng)l件較為有利，但淺層和深層地震地質(zhì)條件較差。因此，本區(qū)應(yīng)屬地震地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)。

3 地質(zhì)任務(wù)

本次采區(qū)三維地震勘探的主要地質(zhì)任務(wù)是：①查明勘探區(qū)落差大于8m的斷層，斷層平面擺動(dòng)誤差不大于30m；②進(jìn)一步控制主要層起伏形態(tài)及底板標(biāo)高，解釋誤差不大于1.5%；③進(jìn)一步圈出無礦或薄礦區(qū)邊界；④解釋區(qū)內(nèi)主要礦層的厚度變化趨勢。

4 施工參數(shù)的選擇

4.1 觀測系統(tǒng)參數(shù)

由于勘探的地質(zhì)任務(wù)要求較高，同時(shí)受測區(qū)淺層地震條件及地層傾角大等因素影響，為了更好的完成勘探地質(zhì)任務(wù)，采用10線10炮制規(guī)則束狀觀測系統(tǒng)進(jìn)行施工，保證CDP面元內(nèi)具有較寬的三維觀測方位角和不同炮檢距的均勻分布。采用5m×10m的CDP網(wǎng)格以及30次的高疊加次數(shù)完全能夠滿足空間采樣定理及對(duì)小構(gòu)造的控制要求，從而確保對(duì)規(guī)模較小斷層及其他構(gòu)造的解釋。

4.2 激發(fā)條件

激發(fā)是影響地震記錄的主要因素，激發(fā)條件主要指激發(fā)孔深、藥量和組合孔數(shù)。激發(fā)的有效波必須具備寬頻帶，高信噪比和良好的重復(fù)性。而影響該區(qū)激發(fā)的難點(diǎn)在于激發(fā)孔深，區(qū)內(nèi)1m～2m以下為砂礫石層，成孔困難且易塌孔，以往二維地震勘探采用多井組合的坑炮，激發(fā)層位于1m～2m的黃土層中，不僅激發(fā)介質(zhì)松散且易井噴，能量衰減快、噪音干擾強(qiáng)，難以取得理想的激發(fā)效果。針對(duì)黃土層下砂礫石層，本次三維地震勘探采用汽車鉆成孔，但在實(shí)際成孔時(shí)發(fā)現(xiàn)，在穿入砂礫石層1m以下時(shí)極易塌孔，最終通過大量試驗(yàn)工作確定了淺井、小藥量、多井組合的激發(fā)參數(shù)。激發(fā)參數(shù)：井深穿透黃土層至礫石層中1m左右，6井組合，藥量為單井1kg；可確保激發(fā)能量，又不易產(chǎn)生井噴，確保工程質(zhì)量和人員施工安全。

4.3 接收條件

巨厚的砂礫石層對(duì)地震波的接收，具有一定的屏蔽作用，因此本次施工采用5個(gè)60Hz檢波器縱向線性組合，以加強(qiáng)有效波，壓制干擾波，取得了較好的記錄效果。

5 勘探成果分析及探采驗(yàn)證情況

本次三維地震地震勘探，共解釋組合斷層5條，落差均大于8m，其中落差大于20m斷層2條，落差大于50m斷層1條；進(jìn)一步標(biāo)定了二層底板標(biāo)高及起伏形態(tài)；圈定了3塊無礦或薄礦層區(qū)的邊界；基本控制了二層隱伏露頭。經(jīng)解釋分析，勘探區(qū)地層整體特征以斷塊升降為主，基本為一走向北東、傾向北西的單斜構(gòu)造，其間發(fā)育有寬緩的次級(jí)褶曲構(gòu)造。區(qū)內(nèi)地層傾角在20°～45°之間，構(gòu)造復(fù)雜程度屬復(fù)雜地區(qū)。

圖1 利用GEO Frame解釋系統(tǒng)解釋的斷層等構(gòu)造在平面上的顯示

DF6斷層位于測區(qū)中南部邊界處，走向N43°W，落差0m～12m，該斷層切割采區(qū)1121工作面，巷道掘進(jìn)到該斷層附近出現(xiàn)大量涌水，通過礦方的揭露驗(yàn)證，地震解釋的斷層性質(zhì)、空間位置與實(shí)際揭露情況吻合良好，由此為礦方避開了該斷層帶，避免了由于地質(zhì)條件不清而帶來的損失，并為1121工作面的合理布置提供了可靠地地質(zhì)依據(jù)。

圖2為采區(qū)最大的薄礦層區(qū)，位于902孔背斜的南翼，由902孔和J901孔揭露，該無或薄礦層區(qū)在本次三維地震時(shí)間剖面上有直觀的反映，進(jìn)一步控制了其分布范圍，面積約0.13km2，在巷道掘進(jìn)階段部分地段已得到礦方驗(yàn)證。

圖2 無或?、笤跁r(shí)間剖面上的反映

6 結(jié)語

近年來三維地震勘探在礦井設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中取得了顯著效益，但是距離礦山建設(shè)和生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)要求還有一定距離，就本次探采對(duì)比來看，由于該區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地層傾角大，層薄且不穩(wěn)定，造成三維地震勘探成果與實(shí)際情況還存在一定差距，主要表現(xiàn)在兩方面：一是對(duì)小構(gòu)造的遺漏比較嚴(yán)重，主要是5m以下的斷層；二是部分區(qū)域時(shí)深轉(zhuǎn)換存在一定誤差，尤其是構(gòu)造復(fù)雜地段礦層底板等高線解釋和實(shí)際出入較大。但就目前礦山生產(chǎn)可利用的相關(guān)地質(zhì)資料來看，采區(qū)三維地震勘探是礦山精細(xì)化地質(zhì)勘查的必要手段。尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)，為礦山的合理設(shè)計(jì)、采區(qū)的合理劃分及巷道、工作面的合理布置提供了積極的指導(dǎo)意義。目前該礦井處于巷道掘進(jìn)階段，對(duì)地震解釋的斷層及無礦區(qū)大多還未驗(yàn)證，今后要加強(qiáng)同礦方的資料交流，更好的為礦方提供后續(xù)服務(wù)、指導(dǎo)礦井生產(chǎn)。