利用地震屬性探測陷落柱的技術(shù)與應(yīng)用

魏 巍

（山西省煤炭地質(zhì)物探測繪院，山西 晉中 030600）

以往利用地震方法對陷落柱進行解釋，主要是在地震時間剖面上進行手工解釋。由于解釋員水平的不同，易遺漏掉較小的陷落柱，甚至還可能造成一些誤解。陷落柱的物性變化等信息隱藏在地震數(shù)據(jù)體中，通過優(yōu)選地震屬性對異常進行標定，消除人為因素影響，能提高陷落柱的解釋精度。筆者提出了運用地震屬性探測陷落柱的方法，并通過應(yīng)用實例證明了該方法的有效性。

1 陷落柱的地球物理特征

陷落柱的成因是由于奧灰?guī)r溶洞的擴大，其周圍地層受重力作用而塌陷。隨后陷落柱內(nèi)部被各種松散物充填，填充物成分復雜，與兩側(cè)地層存在著明顯的物性差異。這種差異就是形成異常地震波的基礎(chǔ)。地震異常波有繞射波、延遲繞射波、側(cè)面波等，皆可用作識別和判定陷落柱范圍及大小的依據(jù)。

從圖1可知，較大的陷落柱在時間剖面上表現(xiàn)為標準反射波的中斷，而較小的陷落柱在時間剖面上特征表現(xiàn)為在陷落柱發(fā)育的地段受陷落柱延遲繞射影響，比正常反射波能量弱。

上述陷落柱的地球物理特征，為進行陷落柱的解釋提供了理論基礎(chǔ)。

圖1 不同陷落柱在時間剖面上的反映

2 地震屬性

2.1 地震屬性的基本概念

通常來說，地震屬性是指由疊后或疊前三維地震數(shù)據(jù)，通過數(shù)學計算推導出的體現(xiàn)地震波的運動學、動力學、統(tǒng)計特征和幾何形態(tài)特征變化的特征屬性值[1]。

地震波在傳播過程中，波形特征及變化與傳播介質(zhì)的物理性質(zhì)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。地層的物性變化必然會引起地震反射波特征的變化，進而也就導致了地震屬性的變化。地震屬性能夠反映出隱藏在地震數(shù)據(jù)中的與煤層及發(fā)育于其中的斷裂構(gòu)造、地質(zhì)異常體等的有關(guān)信息。利用各種數(shù)學分析方法提取并優(yōu)選出對所研究的對象最為敏感的地震屬性進行分析、解釋，可以提高其微小斷裂構(gòu)造及異常地質(zhì)體的識別能力，進一步提高煤礦的高產(chǎn)高效和安全生產(chǎn)。

2.2 地震屬性的分類

目前，地震屬性分類還沒有一個統(tǒng)一的標準。根據(jù)地質(zhì)關(guān)系，Taner等人將地震屬性分為幾何屬性和物理屬性兩類；Brown在1996年根據(jù)定義將地震屬性分為吸收衰減、時間、頻率、振幅4類；Chen在1997年根據(jù)動力學與運動學特征把地震屬性分為相關(guān)、相位、頻率、能量、波形、衰減、振幅、比值8類。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，地震屬性現(xiàn)有280多種[2]。

為了便于地震屬性計算、提取、分析，通常采取剖面屬性（基于剖面的屬性）、層位屬性（基于層位的屬性）及數(shù)據(jù)體的屬性（基于數(shù)據(jù)體的屬性）。這樣，就可將復雜的屬性計算、分析簡單化，更便于解釋員針對屬性成果對解釋的目標（儲層賦存特征、構(gòu)造發(fā)育特征、地質(zhì)異常體的發(fā)育特征）進行精細的解釋。

2.3 利用地震屬性探測陷落柱的技術(shù)

在三維地震勘探中，主要通過對各種地震屬性的提取、分析與研究等方法來進行陷落柱的解釋。地震屬性解釋流程主要為：層位追蹤→提取目的煤層屬性→屬性分析與研究→利用地震屬性圈定陷落柱。目前瞬時相位屬性、方差體屬性、最大反射強度屬性、瞬時頻率屬性是常用于陷落柱解釋的幾種屬性。

2.3.1 瞬時相位屬性

它可以用來評價地震剖面上同相軸的連續(xù)性，相位特征顯示明顯，有效波振幅很弱時，瞬時相位圖上也能很好地顯示出來。根據(jù)陷落柱的地球物理與屬性特征，地震波在陷落柱中傳播時，所在地震道相位會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)等明顯異常變化，有利于陷落柱的識別及解釋。

2.3.2 方差體屬性

方差體技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)很久，它主要是對所求取的三維數(shù)據(jù)體所有樣點的方差值進行分析研究。根據(jù)陷落柱的地球物理與屬性特征，陷落柱樣點值與周邊樣點值差異明顯，利用方差體屬性能很好地解釋出煤田中的陷落柱。

2.3.3 最大反射強度屬性

最大反射強度屬性反映地震反射波的反射率，對波阻抗差異較大的巖性界面較為敏感，因此最大反射強度屬性能揭示地層巖性的細節(jié)，根據(jù)陷落柱的地球物理與屬性特征，陷落柱所在地段反射率明顯變?nèi)?，適用于陷落柱的識別與解釋。

2.3.4 瞬時頻率屬性

它是瞬時相位隨時間變化的表現(xiàn)，提供地震反射波同相軸的有效頻率吸收效應(yīng)及構(gòu)造的影響；根據(jù)陷落柱的地球物理與屬性特征，陷落柱所在地段頻率差異很大，有利于對陷落柱進行解釋。

3 應(yīng)用實例

3.1 勘探區(qū)概況

勘探區(qū)位于山西沁水煤田西南部邊緣，地形變化很大，區(qū)內(nèi)溝谷較為發(fā)育，屬典型山區(qū)地貌。區(qū)內(nèi)陷落柱較為發(fā)育，嚴重影響礦井的安全開采。

3.2 地震屬性技術(shù)的提取

利用Geoquest公司的全自動解釋系統(tǒng)Geoframe軟件對勘探區(qū)內(nèi)沿目的煤層采取向上、向下各開15 ms時窗，提取了瞬時相位、方差體、最大反射強度、瞬時頻率、最大振幅、均方根振幅、平均能量、傾角、弧長等20種層屬性。通過對比分析可知：方差體、瞬時相位、瞬時頻率、最大反射強度屬性因陷落柱所處地段與附近的反射強度、頻率、相位和方差值差異較大，陷落柱反映特征明顯，如圖2所示。

圖2 陷落柱在各屬性圖上顯示

在提取目的煤層屬性的過程中，選取目的煤層上下同相軸1/2到一個周期的時窗范圍，對各種地震屬性進行提取研究，取得較為理想的效果。對各屬性體進行仔細分析，能有效判定陷落柱的邊界、提高陷落柱（特別是小陷落柱）解釋的精度。

3.3 地震屬性的應(yīng)用及驗證情況

根據(jù)礦方提供的鉆孔資料，通過相關(guān)屬性體的對比研究，在陷落柱的解釋過程中利用最大反射強度、瞬時相位、方差體和瞬時頻率等4種屬性技術(shù)，根據(jù)其異常特征分布解釋出陷落柱的范圍。通過資料解釋，本區(qū)共解釋陷落柱14個，其中陷落柱X3已通過礦方驗證，可靠性良好，如圖3所示。

圖3 通過屬性解釋陷落柱與礦方驗證情況

4 結(jié)論

通過對地震屬性的研究及實例應(yīng)用可以知道，利用三維地震屬性技術(shù)和陷落柱的地球物理及屬性特征對陷落柱進行精細解釋，在實例工區(qū)中的識別效果突出，陷落柱平面分布形態(tài)明顯。與常規(guī)解釋相比，其精度與可靠程度高。

[1]陸基孟.地震勘探原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1982.

[2]曾維望，許玉瑩，成躍.基于地震屬性分析的采空區(qū)探測技術(shù)與應(yīng)用[J].物探與化探，2012.