三维地震勘探课程设计

前言

济宁二号煤矿1989 年动工建设, 1997 年投产,井田面积87. 1 k㎡, 煤

炭储量731Mt , 设计生产能力4 Mt/a, 目前开采深度超过600 m, 是兖矿集

团所属的大型矿井之一, 地质单元上位于济宁煤田北部, 是全隐蔽型煤田。1997 - 2003 年间, 济宁二号煤矿的主要采区布置在井田东部的5 个采区,

主要工作面都处在3 煤层合并区, 煤层厚度较大, 原煤产量持续稳产高产, 2003 年达到600 多万吨。

济宁二号煤矿二采区中部地质构造复杂，煤层厚度变化大，为保证矿井生产正常接续，经兖矿集团批准，二号煤矿决定在二采区中部开展三维地震勘探工作。在认真已知的地质资料基础上，遵循质量第一，技术经济合理的原则，编制出设计报告。

第1章勘探区概况

1.1位置、范围及交通

图1 交通位置图

济宁二号煤矿位于济宁市东南,地理位置为东经116°34＇～116°41＇，北纬35°19＇～35°25＇，见图1。

本次三维地震勘探区位于二采区中部，其范围：东起北翼运输回风大巷，西至八里铺断层，南起23下04面轨道顺槽（原回风上山），北至前十里营村南侧，东西长1974.30m，南北宽719.68m，面积约1.42km2。

区内交通方便，铁路、公路和水路运输都很发达。

1.2 地质任务

矿方确定的三维地震勘探任务如下：

1、查明区内落差大于5m的断层,落差3～5m的断点给予解释；

2、查明幅度大于5m的褶曲；

3、落差大于5m的断层平面位置摆动不大于15m；

4、控制煤层底板深度误差小于1％；

5、查明3上、3下煤层赋存状况,煤厚误差小于0.5m；

6、查明八里铺断层的结构、产状、位置；

7、查明3煤层宏观结构及3上、3下煤层分叉、合并范围；

8、解释16上煤层的构造及煤层底板变化情况；

9、控制第四系底界，深度误差小于1％，尽量解释侏罗系底界。

1.1以往的地质工作

济宁二号煤矿自1998年以来采用三维地震勘探技术，在14个区域开展了三维地震勘探工作，总面积超过50 k㎡。采用了多种三维地震观测系统，用多种手段处理资料，消除了地面建筑物多，浅层及深层地质条件复杂等影响，取得了较好的处理效果。50年代末和60年代末区内曾进行过二维地震勘探，区内有钻孔11个。

以下为该煤矿以往三维地震勘探的具体事例：

二采区中部三维地震勘探

2000年3月，江苏省煤田地质控制测量队对二采区中部进行了三维

地震勘探。勘探面积1．9k㎡，物理点2690个，于2000年8月提交三维地

震勘探报告。经过勘探，较好地控制了区内3上及3下煤层的底板深度和

起伏形态，控制了区内的主体构造形态为一背斜；控制了3煤层断层8

条。其中可靠6条，较可靠2条。

二采区北部三维地震勘探

2002年1月。由河北省煤田地质物探测量队对二采区北部进行

了三维地震及水文物探，勘探面积3．7k㎡。三维地震完成物理点6685

个。水文物探完成物理点1455个，于2002年6月提交三维地震勘探及水

文物探报告。经勘探。查明了测区内主采煤层3上、3下煤层的厚度及赋

存形态，圈定了3上、3下煤层冲刷带边界。解释断层77条，其中查明断

层3条，新发现断层74条。控制了16上煤层的埋藏深度及构造形态。

图 2 本区典型二维地震时间剖面

济宁煤田是50年代后期发现的，二号井的普查和详查工作分别于50年代末和60年代末区内曾进行过二维地震勘探，区内有钻孔11个。

第2章地质概况与地球物理特征

2.1 地质概况

2.1.1地层

整个济宁煤田属于全隐蔽式煤田。煤系地层为华北型石炭二迭系含煤建造，直接被侏罗系和第四系地层覆盖，奥陶系灰岩为煤系基底。自上而下主要地层为：（1）第四系(Ｑ):勘探区内厚122～173m，主要由浅灰～深灰色粘土、砂质粘土、粘土质砂及砂砾层组成，属于冲积和湖积相沉积。与下伏侏罗系地层呈不整合接触。

（2）上侏罗统(J3)：受到不同程度的剥蚀，主要为砖红色及紫红色砂岩、粉砂岩夹砾岩组成，与下伏二迭系石盒子组地层呈不整合接触。

（3）上二迭上石盒子组(P12)：上部受到剥蚀，主要由杂色粘土岩、粉砂岩和灰绿色砂岩组成，属于河流及湖泊相沉积，与下伏石盒子组地层呈整合接触。

(4)下二迭统下石盒子组(P21)：残厚20～90m，由灰绿色砂岩、杂色、灰～深灰色粘土岩、粉砂岩等组成，属于内陆冲积、湖积相沉积。与下伏山西组呈整合接触。

(5)下二迭统山西组(P11)：厚70～90m,比较稳定,主要由灰白、浅灰～灰绿色砂岩、灰～深灰色粉砂岩、粘土岩及煤层组成。共含煤4层(1、2、3上、3下)，是主要含煤层段。以过渡相沉积为主，上部逐渐出现内陆沉积和湖积相沉积物。与下伏石炭系地层呈整合接触。

(6)上石炭统太原组(C3)：厚158～192m，平均厚178m，厚度比较稳定。本组主要为海陆交互相沉积。含煤23层，其中5层可采和局部可采；含石灰岩11层，其中三灰和十下灰层位稳定，厚度较大(5.5m左右)。

(7)中石炭统本溪组(C2)：厚43～71m，平均65m。以海相和过渡相沉积为主，基本不含煤层。与下伏奥陶系石灰岩呈平行不整合接触。

(8)奥陶系中下统(O1-2)：据揭露厚度大于500m，主要为灰～青灰、灰褐色厚层质纯致密石灰岩和白云质灰岩。

2.1.2构造

本勘探区总体为一背斜构造形态，煤层西高东低，中部高南北低；断层以北北西向正断层为主，西部有落差约240m的八里铺断层及其支断层，落差0～8m 的F13断层，中部有落差0～8m的F26断层，东部巷道揭露两条落差大于5m的正断层。

济宁二号煤矿的煤系地层为石炭二叠系含煤建造，直接被侏罗系和第四系覆盖。煤系地层呈一宽缓向斜构造，向斜轴为NE～NNE方向，地层倾角一般为60～1lo，地层倾角较缓。但是，济宁二号煤矿第四系厚度极不均匀，即基岩面起伏较大，如八采区的第四系底界面呈一个轴向为NE～NNE方向的大型凹陷(编号为I号凹陷)，枢纽位于8-7钻孔、5_4钻孔至4—3钻附近，规模较大，平均幅度达60ms，约50m。

在目的层深度变化较小，第四系厚度剧烈起伏变化，引起地震波在第四系和基岩面至目的层的传播旅行时比例变化较大，第四系较厚的区段，造成下伏3煤层的地震反射波同相轴产生凹陷的假象，相反，则造成3煤层的地震反射波同相轴产生上凸。因此，在水平方向上同一速度层厚度差异悬殊时，对下伏反射层传播的地震波时间产生较大的差异，出现地震成像失真，甚至出现叠加剖面煤层反射波形连续而偏移结果产生假断层的严重错误。

2.1.3煤层

石炭二叠系含煤地层中，山西组和太原组平均总厚270m，含煤27层，平均总厚14.07m,可采和局部可采煤层有3上、3下、6、10下、15上、16上和17煤。

3上、3下两层煤全区可采，西南部为3上、3下煤层合并区，其余部分为3煤层分叉区，3上煤层埋深490～540m，煤厚0.84～2.92m，3下煤层埋深510～580m，煤厚2.73～9.17m，为较稳定煤层。总体上，3上、3下煤层厚度及间距变化较大，宏观结构复杂。

16上煤层位于太原组下部，十下灰为该煤层的直接顶板，结构简单，偶有夹矸1～2层，岩性为泥岩或炭质砂岩，为稳定煤层。

2.2 地球物理特征