煤礦地質構造的精細解釋方法

秦晶晶，王言劍

（1.中國礦業(yè)大學資源學院，江蘇徐州 221008;2.兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東鄒城 272100）

煤礦地質構造的精細解釋方法

秦晶晶1，王言劍2

（1.中國礦業(yè)大學資源學院，江蘇徐州 221008;2.兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東鄒城 272100）

隨著煤礦三維地震勘探技術的發(fā)展，煤礦開采對地質構造的解釋精度要求越來越高，常規(guī)地震解釋將不能滿足解釋精度的需要，特別是對斷層的解釋要求較高，為此，提出了有針對性的精細解釋方法。結合一個具體實例，從相干切片、方差切片、多方位觀測及提取地震屬性等方面，闡述了三維地震勘探的精細解釋方法。以上幾種解釋技術的有機結合，將能夠得到較好的構造解釋效果，從而為煤礦開采的安全生產提供了更可靠的勘探成果。

精細解釋;地震屬性;方差切片;相干切片

Accurate Interpretation Method of Tectonic i n Coal Mine

近幾年來，由于煤礦人員對地下的地質信息以及小構造的發(fā)育情況掌握不清，導致在煤礦開采過程中造成巨大的經濟損失甚至產生煤礦事故。如果在巷道掘進的前方遇到斷層或其他構造，就必須重新布置工作面，這樣就大大地增加了采煤的成本。因此，弄清煤系地層中的地質構造，特別是斷層，在煤礦開采的工作中起到十分重要的作用。

三維地震勘探是當今勘探精度較高的勘探技術，特別是在煤田構造勘探中效果明顯，取得了廣泛的應用，產生了巨大的經濟和社會效益。近十幾年來許多煤礦開展了大量的三維地震勘探工作，但就目前的勘探精度而言，尚不能完全滿足煤礦生產的需要，主要存在的問題是落差5m及5～10m的斷層勘探精度不高，特別在復雜地區(qū)勘探精度更低，據統(tǒng)計落差5m以上斷層勘探準確率約為60%;斷層位置確定不夠準確，一般位置偏移為40m左右，大斷層尤為不準;對相距較近的多條斷層不能夠很好地分辨，通常把幾條斷層解釋成一條斷層。

上述問題的存在嚴重影響了煤礦開采的效率和安全，造成以上幾個方面的原因除了三維地震勘探本身特點以外還有以下兩方面的因素:目前大多數的解釋思想基本上還是采用二維的剖面解釋，沒有充分利用三維地震勘探資料的動力學特征和全空間信息，大大降低了對地下地質體的認識精度;新技術手段利用不多。

為此，針對現有問題，在總結煤礦地質規(guī)律的基礎上，提出有針對性的精細解釋方法，對已有資料進行充分的利用，進一步提高三維地震勘探的精度，目前在國內眾多地區(qū)取得了一定的效果。

1 斷層構造的地震波場響應

通過設計一個正演模型，分析地震反射波在斷層處的地震響應，為后期的地震解釋工作提供一個有利的依據。正演模型如圖1所示。

圖1 正演模擬

圖1（a）是小斷層的地質模型。模型參數為:煤層厚度8m，煤的斷距左側5m、右側3m，煤層速度為 2000m/s，圍巖速度從上到下分別為1800m/s，3000m/s，3200m/s，震源子波為60Hz頻率的雷克子波，圖1（b）為入射頻率為60Hz的地震正演剖面。經過分析，斷距為3m的小斷層，地震剖面上有微小的變化，5m斷距的斷層反射特征較為明顯，可以進行斷層解釋。

2 三維精細解釋方法及實例應用

本次精細解釋主要運用Geoframe解釋軟件和研制開發(fā)的煤礦三維地震動態(tài)解釋系統(tǒng)，從相干屬性、方差屬性以及提取地震屬性等方面來實現地震勘探的精細解釋。下面以山東地區(qū)某煤礦三維地震勘探為例，闡述煤田構造的地震精細解釋方法及其實際應用效果。

2.1 方差和相干技術

圖2、圖3、圖4分別是某采區(qū)的相干切片、層位振幅切片、方差切片。相干切片反映的是一定時窗范圍內波形的相似程度。通過道間相似性等屬性的計算，實現三維振幅數據體向三維相似系數屬性的轉換，從而突出波形的不連續(xù)特征，圖2中的相干切片是基于煤礦三維地震動態(tài)解釋系統(tǒng)利用C3算法得到的。方差切片是通過計算道集內地震道與平均地震道之間的方差值得到方差體，突出由斷層或其他異常所造成的地震波異常，圖4中的方差切片是基于Geoframe解釋軟件得到的。為了驗證各種切片對斷層的反映效果，本文計算時選用的視窗均為10ms。

圖2 相干切片

通過圖2、圖3和圖4分析對比，可以看出相干切片、層位振幅切片比方差切片對斷層的反映較明顯，尤其是圖中圈注的斷層，該斷層的最大落差為55m，相干切片和層位振幅切片清晰地展示了該大斷層的空間發(fā)展分布。然而相干切片比層位振幅切片更豐富、更清晰地反映了小斷層的細節(jié)。綜上所述，相干切片更能清楚地識別斷層特征，為煤礦開采提供了識別斷層的有利證據。

圖3 層位振幅切片

圖4 方差切片

2.2 任意方向測線解釋技術

該技術主要使用基于Windows操作系統(tǒng)開發(fā)的煤礦三維資料動態(tài)解釋系統(tǒng)進行分析和解釋。該技術解釋的主要思路為:在煤層底板等高線AutoCAD圖上任意拾取測線→動態(tài)解釋系統(tǒng)顯示剖面→在拾取剖面上進行解釋→AutoCAD圖顯示斷層的上下盤→根據斷層上下盤的走向趨勢繪出斷層。在煤礦開采的過程中，由于揭露地下的信息越來越豐富，此技術使煤礦人員利用已揭露的地質信息對原來的解釋成果進行驗證或重新解釋，實現了煤礦人員的同步交互解釋，更適用于煤礦人員的需要。如圖5為不同方位的地震剖面，可以看出地震剖面上的斷層在不同方位上顯示具有明顯的差異。

圖5（a）、（b）、（c）分別是垂直與F10斷層走向、與垂直斷層走向偏65°和45°剖面，分析得出:當選取的測線垂直斷層走向（圖5（a））和與斷層走向偏45°方向（圖5（c））時，反射波的振幅有明顯變化，可以解釋此處存在斷層;當選取的測線與斷層走向偏65°時（圖5（b）），反射波的振幅幾乎沒有變化，如果解釋人員僅從此方位解釋斷層時，就可能遺漏該斷層的解釋。

因此，在進行精細解釋時應從多方位選取測線，這樣才能獲得更精細的構造形態(tài)，進而提高解釋成果的可靠性。

圖5 斷層在不同方向上的地震剖面

2.3 地震屬性技術

所謂的地震屬性就是由疊前或疊后地震數據，經過數學變換導出的有關地震波的運動學特征、動力學特征、幾何形態(tài)和統(tǒng)計學特征，其中沒有介入任何其他類型的數據。因此，利用地震屬性技術在煤田勘探中具有非常重要的使用價值。由于地震屬性數量繁多，且新的屬性層出不窮，因此，在本次精細解釋中提取了頻率、最大振幅、時差、相似系數等對小斷層特征反映明顯的地震屬性參數，最后將這些地震屬性按照不同的權重進行標準化處理繪出綜合曲線圖。

圖6（a）為地震剖面解釋圖，圖6（b）為屬性綜合曲線圖。從圖6分析可得:屬性綜合曲線圖中數值大的地方在地震剖面上反射波的確存在異常。除此之外，斷層的位置及寬度在地震剖面上解釋的斷層達到吻合，說明此方法在識別斷層的特征方面具有一定的指導意義。

3 結論

本文主要基于煤礦三維地震動態(tài)解釋系統(tǒng)和Geoframe解釋軟件，運用方差技術、相干技術及地震屬性技術對斷層進行精細解釋。研究發(fā)現:斷層解釋以相干切片為主，結合層位振幅切片、方差切片及提取地震屬性方法相互驗證，最后能夠得到較好的構造解釋效果，為煤礦開采提供了更豐富更可靠的勘探成果。

圖6 地震屬性圖示

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P631.4

B

1006-6225（2011）04-0023-03

2011－05－19

秦晶晶 （1986－），女，河南洛陽人，碩士研究生，主要從事三維地震資料處理和解釋的研究。

［責任編輯:王興庫］

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