基于地震及钻探相结合的隐伏断层综合研究_贺倩.pdf

1602023 年第 2 期收稿日期 2022-07-04作者简介 贺倩（1990），女，山东淄博人，2013 年毕业于山东科技大学地质工程专业，本科，工程师，现在山东省煤炭技术服务有限公司从事煤矿地质工作。贺 倩等：基于地震及钻探相结合的隐伏断层综合研究贺 倩等：基于地震及钻探相结合的隐伏断层综合研究基于地震及钻探相结合的隐伏断层综合研究贺 倩1 赵 岩2（1.山东省煤炭技术服务有限公司，山东 济南 250032；2.山东耐火材料集团有限公司，山东 淄博 255000）摘 要 为查明青龙煤矿隐伏断层构造特征及其对矿山开采的影响，通过对研究区地质构造资料、二维地震、三维地震资料以及钻孔地质资料的统计分析和综合研究，根据钻孔及地震资料对相关隐伏断层的控制，划分了断层的查明程度，对井田开采过程探放水措施的实施及顶板稳定性的控制提供了较为准确的参考依据。关键词 地震；钻探；隐伏断层；探放水；顶板稳定性中图分类号 TD163 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.0056Comprehensive Study of Concealed Faults Based on the Combination of Earthquake and DrillingHe Qian1 Zhao Yan2(1.Shandong Province Coal Technical Service Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250032;2.Shandong Refractory Group Co.,Ltd.,Shandong Zibo 255000)Abstract:In order to find out the structural characteristics of concealed faults in Qinglong Coal Mine and its influence on mining,through the statistical analysis and comprehensive study of geological structure data,two-dimensional earthquake,three-dimensional earthquake data and borehole geological data in the study area,according to the control of borehole and earthquake data on related concealed faults,the identification degree of faults is divided.It provides a more accurate reference basis for the implementation of water exploration and release measures and the control of roof stability in the mining process of mine field.Key words:earthquake;drilling;concealed fault;water detection and water release;roof stability三维地震勘探在煤田矿山的勘探及开发中发挥了重要作用。在煤田勘探过程利用三维地震可有效探测落差 35 m 的小断层1，且能探测隐伏陷落柱、旋钮构造、褶曲等较为复杂地质构造；在煤田开发过程中可以较准确地探测煤层采空区及三带发育范围1-3。但是由于地震波传播过程中存在折射现象，同时在不同地层中的波速是不同的，反演过程中对断层的归位不能做到开发量级的准确程度，这就需要利用钻探方法进行补充和验证4-5。1 研究区概况研究区位于太原市东北的阳曲县东黄水镇及黄寨镇，井田面积16.318 9 km2，设计生产规模90万t/a，目前批准开采 15、15下煤层，开采标高由 840 m 至240 m。研究区地处沁水煤田阳曲向斜西南，地貌类型属破碎黄土塬，地形标高 840900 m，地面切割深度 2030 m。研究区地层倾角 2 24，以阳曲向斜为主体，北东向展布的宽缓向斜，且断层较发育，构造复杂程度中等6。三维地震查明陷落柱5个，未发现岩浆岩，属中等构造复杂区域。随着研究区矿业权的兼并重组，为提高井田范围内资源勘查程度，提高对研究范围内隐伏断层的认识，并揭示其发育规律。对青龙煤矿隐伏断层发育规律进行综合研究，对保障矿山高效、安全生产意义重大7。2 构造概况研究区处于阳曲向斜的东南翼，阳曲向斜是阳曲断陷次一级构造；井田的整体构造受所处区域构造的约束，区内故县背斜、东黄水向斜均呈北东东向。研究区发育两组高角度正断层，分别呈北东和北西向，且以北西向断层为主，井田的基本构造格架受其控制6。Fp4、Fp5、F29、F13、Fp2断层将井田分成 5 个小区（、）。区为1612023 年第 2 期贺 倩等：基于地震及钻探相结合的隐伏断层综合研究贺 倩等：基于地震及钻探相结合的隐伏断层综合研究Fp4、Fp5断层的下盘，地层抬升受到剥蚀，新生界地层直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，为无煤区。区位于Fp4、Fp5断层与F29断层之间，地层走向北东，倾向南东，较为平缓，故县背斜、东黄水向斜保存较好，故县背斜轴部煤系地层剥蚀严重。区位于F13、F29之间，为一走向近北西、倾向南西的单斜。区位于 Fp2、F13断层之间，基岩地层平缓，略有起伏，埋藏深度大，各组地层保存完整。受区断块影响，东黄水向斜在区内表现不明显，其轴断续可见。区为 Fp2断层的下盘，煤系地层抬升遭受剥蚀。3 断层研究区断层主要可分北东、北西向两组，其中北西向断层多切割、错断北东向断层。区内共发现断层 38 条，断层性质以高角度正断层为主，仅F25为逆断层。其中，落差 100 m 的断层 4 条，50100 m 的断层 2 条，3050 m 的断层 4 条，1030 m 的断层 6 条，10 m 的断层 22 条。3.1 Fp2断层该断层处于研究区的西部，自研究区西部延伸至 K 勘查线后，向东延伸到研究区以外。在研究区内断层延展长度约 2000 m，为高角度正断层，断层倾向 NE，倾角 75，走向 N56 W。断层的落差自东南向西北逐渐变小，研究区东南至 K102 孔附近断层落差达 500 m，西边界 A7二维地震测线反映该断层落差约 140 m。该断层在研究区内有 A7、B3二维地震测线及 O 勘查线控制，K102、K101、L101 等孔间接控制，定位基本查明。K 勘查线以东对该断层的控制程度低，定位初步查明。Fp2断层是研究区东部边界断层。3.2 F13断层位于研究区中部，由阳曲普查区延展进入研究区，自 ZP2 孔东部延至 G102 孔，再向南东方向延出区外，区内断层延展长度 1300 m。正断层，走向北西，倾向北东，倾角约 70，西升东降，落差自西北向东南逐渐加大。9 煤层最大落差 ZP2 孔附近40 m，G101 孔附近 65 m，G102 孔附近 120 m，至区外为130 m（图1）。区内有G、O勘查线间接控制，G101、G102、H101、ZP2 等孔间接控制，48 个三维地震断点控制，详细查明（图 1）。3.3 F1-1断层位于研究区西部，自井田北部边界经 J101 孔西面向南东方向过 J102 孔，再向南延出区外，断层基本沿 J 勘查线方向延伸，研究区内断层延伸约 1400 m。该断层为高角度正断层，倾向南西，走向北西，倾角约 70，落差 6585 m。区内有 O、J 两条勘查线间接控制，J102 孔穿见，57 个三维地震断点控制，详细查明（图 2）。图 1 断层 F13在三维地震时间剖面上的反映图 2 断层 F1-1在三维地震时间剖面上的反映3.4 F29断层位于研究区中部，自井田北部边界经 E101 孔西面向南东方向处于 E、D 勘查线间，向南延伸至井田边界外，在研究区内断层延伸长度约 1500 m。该断层为高角度正断层，倾向南西，倾角约 70，落差 2050 m，走向北西。研究区内有 O、E 两条勘查线间接控制，F101、F102、E101、E102、D104 等孔间接控制，52 个三维地震断点控制，详细查明（图 3）。3.5 F1-2断层位于研究区西部，J101、J102 孔之间，为 F1-1断层的分支断层，在 J102 孔附近与 F1-1断层合并，区内断层延展长度 400 m。正断层，走向北西，倾向南西，倾角约 70，9 煤层最大落差约 40 m。区内有 J 勘查线间接控制，J101、J102 孔间接控制，10 个三维地震断点控制，详细查明（图 4）。1622023 年第 2 期图 3 断层 F29在三维地震时间剖面上的反映3.6 查明断层统计区内落差 30m 的断层共 10 条，本次勘查详表 1 落差 30 m 断层控制程度一览表断层名称性质走向倾向/（）倾角/（）最大落差/m延伸长度/m控制程度Fp2正N56 WNE755002000 1A5B3C/基本查明 K101、L101 间接控制Fp4正N50 WSW752102100 1A1B/基本查明 B101 钻孔穿见F13正NWNE701301300 48A/可靠 G101、G102 间接控制Fp12正NENW751001300 1A6B/基本查明F1-1正NWSW70851400 55A2B/可靠 J102 钻孔穿见F29正NWSW70501500 51A1B/可靠 E101、F101 间接控制F1-2正NWSW7040400 10A/可靠 J101、J102 间接控制Fp5正NEW75401800 1B/控制差 A103、A104 间接控制Fp15正NENNW75402200 1A1B 基本查明Fp11正NESE75302200 1A4B/基本查明 A101、C102 钻孔穿见详细查明：F13、F1-1、F29、F1-2、Fp11基本查明：Fp2、Fp4、Fp12、Fp5、Fp15注：三维地震断层控制点数及品级/控制程度；二维地震断层控制点数及品级/查明程度；钻孔穿见断层及控制情况。4 结论研究区地层倾角 2 24，以阳曲向斜为主体，北东向展布的宽缓向斜，且断层较发育，构造复杂程度属中等类型。详细查明了发育在阳曲向斜主体构造基础上的故县背斜与东黄水向斜 2 个褶曲。根据地震资料结合钻孔资料在研究区共发现断层 38条，除 F25为逆断层外均为高角度正断层，分北东、细查明 5 条（F13、F1-1、F29、F1-2、Fp11），基本查明5 条（Fp2、Fp4、Fp12、Fp5、Fp15）。详见表 1。图 4 断层 F1-2在三维地震时间剖面上的反映北西向两组。落差 30 m 的断层 10 条，详细查明5 条，基本查明 5 条。【参考文献】1 杜文凤，彭苏萍，师素珍.深部隐伏构造特征地震解释及对煤矿安全的影响 J.煤炭学报，2015，40（03）：640-645.2 胡鹏.断层构造的精细化探测技术实践分析 J.山东煤炭科技，2020（07）：202-204.（下转第 166 页）1662023 年第 2 期3 朱德亚.模糊综合评价法在杨庄煤矿地质构造分类中的应用 J.山东煤炭科技，2017（10）：168-169+177.4 陈娅鑫，王峰，李焕同，等.彬长矿区小庄煤矿构造发育特征及其对开采的影响分析 J.中国煤炭，2019，45（07）：111-115.3 结论（1）研究了深部大巷冲击地压启动载荷路径，提出了基于静载荷和临界冲击载荷的深部大巷冲击危险性评价方法及分级指标。（2）建立了深部大巷巷间煤柱、停采保护煤柱力学模型，提出了工程经验、原位测试、实验室测试等相结合的深部大巷静载荷估算方法。（3）以新巨龙公司深部大巷冲击地压灾害防治为工程背景，将研究成果应用于下山区域冲击危险性评价，采用震波 CT