基于高分辨率地震資料的精細(xì)構(gòu)造解釋——以晉城寺河礦西采區(qū)為例

霍振龍 徐延勇 陳鳳英 陳鵬輝

（1.山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)寺河煤礦 山西 晉城 048006；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)〈北京〉資源與安全開(kāi)采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó) 北京 100083；3.山西省長(zhǎng)治市司馬煤業(yè)公司通風(fēng)部 山西 長(zhǎng)治 047100)

在煤層開(kāi)采過(guò)程中，斷層、褶皺、陷落柱等都是不容忽視的地質(zhì)構(gòu)造，它們不僅破壞煤層連續(xù)性和井巷中圍巖的穩(wěn)定性，且會(huì)形成良好的導(dǎo)水通道或瓦斯聚集場(chǎng)所,成為煤層頂?shù)谞詈托再|(zhì)及其分布情況，對(duì)礦井設(shè)計(jì)的優(yōu)化、合理的布置采區(qū)和工作面開(kāi)采均可提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。板突水和瓦斯突出的潛在危險(xiǎn)。因此正確的識(shí)別和解釋煤田的地質(zhì)構(gòu)造。

我國(guó)煤礦在上世紀(jì)90年代要求查明20米以上的斷層，隨著煤礦開(kāi)采機(jī)械化的不斷開(kāi)展，對(duì)構(gòu)造分布的查明要求不斷提高，比如，要求在開(kāi)采前預(yù)先知道小構(gòu)造的分布情況，尤其是3米小斷層的構(gòu)造分布情況。目前在淮南的部分礦區(qū)，由于地震地質(zhì)條件較好，實(shí)現(xiàn)小斷層的構(gòu)造解釋，對(duì)于山西地區(qū)，由于地表的地形變化大，黃土厚，存在嚴(yán)重的靜校正問(wèn)題，常規(guī)地震資料處理解釋方法難以滿足精細(xì)解釋的要求[1-2]。

選取寺河礦西采區(qū)的地震資料為例，通過(guò)采用先進(jìn)的地震資料處理技術(shù)，尤其是對(duì)地震資料進(jìn)行靜校正工作，消除復(fù)雜地表?xiàng)l件的影響；在獲得較好地震資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)合已知構(gòu)造分布，建立小構(gòu)造的解釋模式，進(jìn)而依次解釋模式對(duì)全區(qū)的地震資料進(jìn)行解釋，進(jìn)而獲得整個(gè)勘探區(qū)的精細(xì)構(gòu)造分布。

1 高分辨率地震資料處理

在寺河礦地區(qū)，由于山區(qū)表淺層地震地質(zhì)條件比較復(fù)雜，對(duì)地震波的采集會(huì)造成較大的干擾，對(duì)地震分辨率有較大損害。為了在解釋和反演過(guò)程中能取得較好的效果，應(yīng)有針對(duì)性地對(duì)地震資料進(jìn)行處理。主要的處理技術(shù)如下：

1.1 疊前噪聲壓制

圖1 面波壓制前后炮記錄

圖2 折射靜校正前后單炮記錄

圖3 振幅頻率補(bǔ)償前后單炮記錄

通過(guò)調(diào)查分析原始數(shù)據(jù),寺河礦區(qū)原始數(shù)據(jù)中主要存在強(qiáng)的面波和聲波干擾,另外個(gè)別炮記錄上還存在一些野值。利用多域分步噪音壓制技術(shù)進(jìn)行噪聲處理，對(duì)全區(qū)的噪音都得到較好的壓制，如圖1。

圖4 剩余靜校正前疊加剖面

圖5 剩余靜校正處理后疊加剖面（迭代一次）

圖6 剩余靜校正處理后疊加剖面（迭代二次）

圖7 剩余靜校正處理后最終疊加剖面

1.2 靜校正

從單炮記錄看初值清楚，故采用初值折射靜校正方法計(jì)算靜校正量，基準(zhǔn)面采用固定基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)面高程850米。對(duì)單炮記錄應(yīng)用靜校正，可以看出初至變光滑，目的層反射波連續(xù)性增強(qiáng)，如圖2。

1.3 地表一致性振幅補(bǔ)償

因激發(fā)和接受條件的差異，記錄的地震數(shù)據(jù)能量和頻率差異較大，地表一致性振幅頻率補(bǔ)償，可以有效減弱采集因素引起的地震數(shù)據(jù)的振幅和頻率差異，如圖3。

1.4 剩余靜校正

剩余靜校正量就是在CMP道集上進(jìn)行動(dòng)校正和高程靜校正之后與標(biāo)準(zhǔn)雙曲線之前存在的差值。在進(jìn)行剩余靜校正時(shí)主要的步驟有：（1）拾取層位時(shí)間 （2）分解出震源和接收點(diǎn)靜校正量、構(gòu)造時(shí)差和動(dòng)校正時(shí)差 （3）在得到最佳剩余靜校正量后，在進(jìn)行NMO之前把得到的震源和接受點(diǎn)靜校正量加到道集中去。這些靜校正量應(yīng)用于反褶積和抽道集之后的數(shù)據(jù)上，然后重新進(jìn)行速度分析，得到新的速度可用于獲得一致性最好的疊加剖面，結(jié)果如圖4-圖6所示。

1.5 疊前時(shí)間偏移

圖8 疊前時(shí)間偏移結(jié)果（上）與原始資料（下）對(duì)比圖

疊前時(shí)間偏移是復(fù)雜構(gòu)造成像最有效的方法之一，根據(jù)疊前時(shí)間偏移的假設(shè)，在地層傾角較大，地下橫向速度變化不明顯的情況下，疊前時(shí)間偏移可以取得較好的效果，尤其是對(duì)于小構(gòu)造的成像具有較好的效果。偏移疊前時(shí)間偏移一方面可以實(shí)現(xiàn)高精度的構(gòu)造成像，另一方面還可以改善速度分析的結(jié)果。疊前時(shí)間偏移考慮了適應(yīng)各種傾斜地層的DMO疊加，通過(guò)把繞射能量歸為到其相應(yīng)的繞射點(diǎn)上去，能夠把存在于每一記錄道中的反射波能量轉(zhuǎn)移到其他真實(shí)的地下位置處，偏移精度明顯提高。對(duì)該區(qū)地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行疊前時(shí)間偏移的效果如圖8。

2 地震資料的精細(xì)構(gòu)造解釋

2.1 精細(xì)構(gòu)造的解釋模式

圖9 西采區(qū)三維地震數(shù)據(jù)體

圖10 西采區(qū)三維可視化圖

經(jīng)過(guò)全三維處理得到西采區(qū)三維地震數(shù)據(jù)體（如圖9），三維數(shù)據(jù)體中蘊(yùn)藏著豐富的地質(zhì)信息。本次三維地震資料精細(xì)構(gòu)造解釋采用體-面-線-點(diǎn)相結(jié)合的全三維解釋方法進(jìn)行[3-5]。全三維解釋的基本過(guò)程是，以三維可視化立體顯示為基礎(chǔ)（如圖10），之后利用三維可視化技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行多視角空間立體追蹤，然后結(jié)合各種切片（如沿層切片、水平切片、面塊切片）和各種地震剖面（如主測(cè)線、聯(lián)絡(luò)測(cè)線、任意測(cè)線、連井測(cè)線）進(jìn)行層位和斷層解釋[6]，最后獲得小斷層、褶曲、煤層變薄帶、沖刷帶等地質(zhì)解釋成果。

本次解釋的重點(diǎn)是在對(duì)地震資料的重新處理的基礎(chǔ)上做精細(xì)構(gòu)造解釋，提高解釋的精度。由于研究區(qū)部分已經(jīng)開(kāi)采，且揭露了部分?jǐn)鄬?，將這些斷層的實(shí)際坐標(biāo)輸入解釋系統(tǒng)，根據(jù)已揭露的斷層，在地震剖面圖和平面圖上分別顯示，之后提取不同的地震屬性，找出已揭露的斷層的屬性特征，再依據(jù)該特征類推到整個(gè)研究區(qū)，得出全區(qū)的構(gòu)造分布情況。

2.2 通過(guò)多屬性地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行小構(gòu)造解釋

目前有較多學(xué)者都用地震屬性來(lái)指導(dǎo)小斷層的解釋工作，并且在實(shí)際的應(yīng)用中取得了較好的效果[7-12]。其中主要的屬性技術(shù)有方差體屬性，相干體屬性，瞬時(shí)屬性等。方差體屬性是揭示地下異常體的一種有效方法，它更能清楚地識(shí)別斷層和地層特征。方差體技術(shù)的特有算法是通過(guò)三維數(shù)據(jù)體來(lái)比較局部地震波形的相似性。相干值較低的點(diǎn)與地質(zhì)不連續(xù)性如斷層和地層、特殊巖性體邊界密切相關(guān)。對(duì)相干數(shù)據(jù)體作水平切片圖，可揭示斷層、巖性體邊緣、不整合等地質(zhì)現(xiàn)象，識(shí)別構(gòu)造和斷層的分布,還能夠減少?gòu)?fù)雜情況下人為因素造成的誤差及由此而產(chǎn)生的多解性。瞬時(shí)屬性是根據(jù)復(fù)地震道分析在地震波到達(dá)位置上抬取的屬性，如瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)相位、瞬時(shí)頻率，并可由此導(dǎo)出許多其它的瞬時(shí)地震屬性

圖11 F21斷層

圖12 F22斷層

根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)資料，可以得知，在西一南翼回風(fēng)二巷垂直向下大概240米的地方有一實(shí)際揭露的逆斷層F21，斷距為4米，在以往的地震資料處理中沒(méi)有該斷層的響應(yīng)，在此次的解釋中斷層F21在地震剖面上響應(yīng)較為明顯，且解釋結(jié)果（包括斷層的傾向，斷距等）與實(shí)際情況吻合（如圖11）。

另外，115井實(shí)際的柱狀圖對(duì)15號(hào)煤層的描述，此處的煤質(zhì)較軟，呈現(xiàn)出碎粒狀，可以確定有斷層或其他地質(zhì)構(gòu)造的影響，在本次地質(zhì)構(gòu)造解釋中，斷層F22直接穿過(guò)115井，與實(shí)際的地質(zhì)資料吻合（如圖 9）。

圖13 已知斷層（F21，F(xiàn)22）在瞬時(shí)相位屬性體上的顯示狀態(tài)

由于規(guī)模較小的地質(zhì)構(gòu)造在地震剖面上的顯示不是很明顯，這就給解釋工作帶來(lái)諸多不便。大量的研究表明，利用不同的地震屬性特征可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題。本次研究主要提取了方差體屬性和瞬時(shí)相位屬性，依據(jù)已知斷層，瞬時(shí)相位屬性與之吻合的較好（圖13），因此，將已知斷層在瞬時(shí)相位屬性體上所表現(xiàn)出的特征推廣到整個(gè)研究區(qū)，來(lái)指導(dǎo)小構(gòu)造的解釋工作，最終得出全區(qū)的構(gòu)造情況（圖14）。

在瞬時(shí)相位屬性體上，有構(gòu)造的區(qū)域會(huì)表現(xiàn)出不同的顏色，這樣依據(jù)這一特征推廣到全區(qū)，得出全區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況。在如圖14中所示的構(gòu)造分布中，沿著紅線的就是勘探區(qū)內(nèi)的小斷層分布情況，這些斷層的落差大部分在5米左右，一組的走向?yàn)镹NE,一組的走向?yàn)镹WW，構(gòu)造走向與區(qū)域大背景的情況相同。

圖14 全區(qū)的構(gòu)造情況

3 結(jié)論

針對(duì)寺河礦區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜的地震地質(zhì)特征，通過(guò)采用疊前去噪、靜校正、剩余靜校正、疊前時(shí)間偏移等技術(shù)，獲得了具有高分辨率特征的疊前道集，結(jié)合已有的開(kāi)采結(jié)果，確定了勘探區(qū)內(nèi)的小構(gòu)造響應(yīng)特征，進(jìn)而得到勘探區(qū)內(nèi)的小構(gòu)造分布規(guī)律，有如下認(rèn)識(shí)：

3.1 在地震資料的處理階段，由于寺河礦區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜，在地震單炮記錄上能清晰的觀察到折射波，因此采用折射靜校正方法，從而為后續(xù)的處理奠立了良好的資料基礎(chǔ)，采取疊前去噪和疊前時(shí)間偏移技術(shù)，確保了寺河礦西采區(qū)一塊段區(qū)構(gòu)造情況的正確成像。

3.2 從已有的開(kāi)采資料情況來(lái)看，小斷層在瞬時(shí)相位屬性上具有更為清晰的特征，根據(jù)這一特征采用三維可視化和多屬性分析技術(shù)，確定了勘探區(qū)的構(gòu)造分布情況，勘探區(qū)內(nèi)3煤的小構(gòu)造分布主要有兩組：一組的走向?yàn)镹NE,一組的走向?yàn)镹WW，與區(qū)域構(gòu)造背景基本一致。

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