煤田地震勘探斷層解釋技術(shù)及應(yīng)用

郭秀娟

(山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局，山西 太原 030045)

近年來，煤炭行業(yè)對(duì)構(gòu)造的判斷準(zhǔn)確性要求越來越高，三維地震勘探方法是一種既快速有效又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的煤礦采區(qū)構(gòu)造探測(cè)方法。三維地震勘探的主要目的是對(duì)斷層進(jìn)行解釋，而目前資料解釋工作中，斷層解釋及各斷點(diǎn)在平面上的組合存在著不少問題，為了更好地為煤礦服務(wù)，地震地質(zhì)應(yīng)該緊密結(jié)合，參照區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，并把地質(zhì)構(gòu)造沉積理論與實(shí)際資料相結(jié)合，采用剖面與平面相結(jié)合，屬性、面塊與可視化整體控制等多種方法進(jìn)行三維地震勘探斷層解釋。本文對(duì)斷層解釋原理方法進(jìn)行闡述，并以山西寧武某礦為例，描述了應(yīng)用成果。

1 斷層解釋技術(shù)

1.1 斷點(diǎn)解釋依據(jù)

在垂直的時(shí)間剖面上，如果反射波同相軸出現(xiàn)扭曲、分叉合并、錯(cuò)斷、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)移、產(chǎn)狀突變、斷面反射波出現(xiàn)以及反射波同相軸波組間隔突然變化，數(shù)目突然增減或消失等，就認(rèn)為該處為斷點(diǎn)。其中，主要標(biāo)志是反射波同相軸的錯(cuò)斷。解釋中同時(shí)參考層位上下波形的錯(cuò)斷情況。

1.2 斷點(diǎn)解釋所采取的措施

1)區(qū)域控制。

在解釋工作正式開始前，對(duì)該區(qū)構(gòu)造規(guī)律、區(qū)域地質(zhì)進(jìn)行分析，掌握全區(qū)構(gòu)造特征。

2)分類解釋，逐條命名。

在解釋中先用80×80大網(wǎng)度進(jìn)行解釋，對(duì)較大斷層進(jìn)行控制，反復(fù)對(duì)比，之后加密成40×40網(wǎng)度、20×20網(wǎng)度，如果有必要一直加密到5×5網(wǎng)度對(duì)小斷層進(jìn)行解釋。

為了方便，解釋斷層時(shí)，要分別命名，分別著色，使每個(gè)斷層和相鄰斷層有明顯的區(qū)別，以便在不同方向的剖面上閉合斷層。

3)多種方法聯(lián)合解釋。

斷點(diǎn)解釋過程中，本著“切片定走向，剖面定傾向，共同定產(chǎn)狀”的原則進(jìn)行解釋。充分利用工作站解釋系統(tǒng)的逐級(jí)放大、剖面切片對(duì)接顯示、變面積和變密度顯示、多窗動(dòng)態(tài)顯示、彩色顯示功能，做到主剖面、聯(lián)絡(luò)剖面交錯(cuò)解釋，從剖面到各種切片，或?qū)傩?、可視化再到剖面等?lián)合解釋。

4)屬性切片全面分析斷層。

利用構(gòu)造變化在運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特征等大量信息中的反映，生成屬性切片，在斷層位置有明顯變化，有助于斷層解釋。屬性切片主要優(yōu)點(diǎn)在于根據(jù)不同屬性可以對(duì)不同性質(zhì)的斷層均進(jìn)行顯示，不易漏解斷層。

5)方差體切片尋找特殊斷層分析。

當(dāng)遇到地下存在斷層，一些地震道的反射特征會(huì)發(fā)生變化，方差體是通過檢測(cè)各地震道之間的差異程度，從而檢測(cè)出斷層的信息。方差體切片主要優(yōu)點(diǎn)在于斷層與地層走向接近時(shí)，普通切片很難發(fā)現(xiàn)，而方差體水平切片仍然有清晰的顯示。

6)三維可視化手段，了解斷層的空間展布形態(tài)。

利用三維可視化手段進(jìn)行全三維斷層解釋，可以對(duì)規(guī)模較大斷層的空間展布形態(tài)有直觀的了解，有利于掌握斷層的空間結(jié)構(gòu)。三維可視化解釋主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠使解釋人員對(duì)斷層有很好的空間概念，有利于斷層的組合。

7)面塊技術(shù)，提高解釋效率。

面塊切片除具有常規(guī)的拾取功能外，主要優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)反射波信噪比的高低選擇適合的拾取方式，信噪比高可采用成片拾取;信噪比低則只能采用點(diǎn)或線的方式拾取;如果大范圍拾取有問題，還可以成片進(jìn)行刪除。

8)物探與鉆探、地質(zhì)資料相結(jié)合。

三維地震解釋過程中要結(jié)合鉆井地質(zhì)資料，進(jìn)行層位標(biāo)定，并通過地層對(duì)比進(jìn)一步檢查、落實(shí)斷層解釋的可靠性。

1.3 斷層組合

通過對(duì)區(qū)域構(gòu)造的了解，并對(duì)屬性切片、方差體切片、三維可視化直觀觀察和垂直水平切片的對(duì)比組合，最終完成斷層的組合。斷層組合原則:同一斷層的斷點(diǎn)在相鄰剖面上有一定的規(guī)律性，這些關(guān)系應(yīng)在同一層位上表現(xiàn)出統(tǒng)一性和連續(xù)性，并且符合地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律，所組合的斷層符合地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律，且在同一煤層反射波上表現(xiàn)出統(tǒng)一性和連續(xù)性。

同一斷層在相鄰時(shí)間剖面上的顯示示意圖見圖1。

圖1 同一斷層在相鄰時(shí)間剖面上的顯示圖

由圖1可知，DF8斷層在相鄰剖面上均表現(xiàn)為2#煤層上斷點(diǎn)反映較明顯，5#煤層上斷點(diǎn)反映相對(duì)不明顯。

剖面上解釋的斷點(diǎn)通過工作站雙屏幕顯示功能做出平面展布，并可以切出任意范圍內(nèi)的水平切片和任意方向的垂直剖面，做出任意范圍內(nèi)的屬性切片，在水平切片和屬性切片上可直觀檢查斷層平面分布是否符合地質(zhì)規(guī)律，利用垂直斷層走向的剖面檢查斷層落差、形態(tài)和水平斷距，利用平行斷層走向的剖面檢查斷層走向的合理性。通過多方向的互相檢查不斷修改，提高斷層組合的可靠性。

2 應(yīng)用實(shí)例及效果分析

2.1 地震地質(zhì)條件

山西寧武某礦地處晉北山區(qū)，呈現(xiàn)為黃土覆蓋的丘陵地貌，總的地勢(shì)為西北、低東南高，較大溝谷呈南北向延伸，大小支溝向主溝兩側(cè)呈樹枝狀展布，溝谷間以斷續(xù)黃土梁峁相隔，地形比較復(fù)雜。最大相對(duì)高差149.9 m?？碧絽^(qū)內(nèi)黃土覆蓋區(qū)占全區(qū)面積的60%以上，主要分布于山脊兩側(cè)的平臺(tái)、斜坡上，勘探區(qū)西北部黃土厚度一般小于5 m，東南部較厚，最大厚度＞30 m。巖性以含砂黏土和黏土為主，不含水，波速極低?；鶐r出露區(qū)占全區(qū)面積的30%左右，巖性主要為泥巖、砂巖等。表淺層地震地質(zhì)條件較差。本區(qū)主要勘探目的煤層的密度與速度和上下圍巖有較大差異，是一個(gè)較好的反射界面，形成能量較強(qiáng)的反射波，是本次勘探的主要目的反射波和地質(zhì)解釋的主要依據(jù)。深層地震地質(zhì)條件較好。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用效果

1)區(qū)域控制。

寧武某礦位于寧武煤田軒崗礦區(qū)北部鄂爾多斯盆地東部邊緣、山西地臺(tái)北與呂梁隆起北端的寧靜向斜北部東翼，為祁呂賀山字型構(gòu)造脊柱東側(cè)盾地與東翼內(nèi)帶之間一沉積煤盆地，以北北東向的新華夏系構(gòu)造為主，北東向區(qū)域性斷裂與北西橫向張性斷裂較發(fā)育，斷層規(guī)模較大，其性質(zhì)多為壓扭性斷層，其次為斜交或垂直于向斜軸的斷層，一般規(guī)模較小，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。本區(qū)解釋的構(gòu)造符合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律。

2)通過三維可視化，了解斷層的空間展布形態(tài)。

通過三維可視化及動(dòng)態(tài)演示功能，對(duì)整個(gè)勘探區(qū)構(gòu)造有一個(gè)大概的了解。本區(qū)除部分區(qū)域外，地震數(shù)據(jù)的信噪比較高，存在兩組比較強(qiáng)的反射波，結(jié)合鉆孔及地質(zhì)資料大致可以判定分別為2#煤層和5#煤層形成的反射波。本區(qū)煤層總體上看起伏不大，通過對(duì)目的層2#煤層、5#煤層附近的水平切片動(dòng)態(tài)觀察，可以了解到本區(qū)為一軸向NE的背斜構(gòu)造。

通過對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)瀏覽，對(duì)整個(gè)勘探區(qū)的基本狀況有了全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)解釋方案的確定起指導(dǎo)作用。

3)屬性切片、方差體切片全面分析斷層。

本次地震屬性分析提取了對(duì)構(gòu)造反映明顯的體屬性，及相應(yīng)煤層反射波的同相軸屬性，T2波的部分地震屬性與2#煤層底板等高線示意圖的對(duì)比見圖2。

圖2 T2波的部分地震屬性與2#煤層底板等高線示意圖的對(duì)比圖

另外，對(duì)一些小斷層根據(jù)地震屬性也能有較好地反應(yīng)，見圖3。

由圖3可知DF3斷層在垂直剖面上同相軸幾乎沒有變化，容易漏解。但是，在反射能量、最大能量切片上反映明顯，利用地震屬性差異，可以解決小斷層異常解釋的問題。

圖3 DF3斷層在地震屬性及時(shí)間剖面上的反應(yīng)示意圖

4)利用面塊技術(shù)提高解釋效率。

本次解釋利用了振幅面塊切片，見圖4。

圖4 振幅面塊切片示意圖

由圖4可以看出，一些構(gòu)造的分布情況，也可以進(jìn)行層位追蹤。圖4中箭頭所示區(qū)域?yàn)?#煤層拾取的同相軸，錯(cuò)斷處為斷層的位置。

5)結(jié)合鉆井地質(zhì)資料。

鉆孔數(shù)據(jù)是進(jìn)行地震勘探不可缺少的已知資料，利用聯(lián)井剖面，可以使地震解釋成果與地質(zhì)成果進(jìn)行結(jié)合。

3 結(jié)論

三維地震勘探斷層解釋是一項(xiàng)系統(tǒng)的綜合型工程，要多種方法相結(jié)合，通過對(duì)比印證才能取得較好效果。利用多種方法相結(jié)合的解釋技術(shù)，對(duì)表淺層地震地質(zhì)條件較差、深層地震地質(zhì)條件較好的地區(qū)構(gòu)造解釋是可行的，具有推廣價(jià)值。

［1］陸基孟.地震勘探原理［M］.北京:石油大學(xué)出版社，1993:232－255.

［2］孫家振.地震地質(zhì)綜合解釋教程［M］.武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2002:23－25.

［3］吳奇之.地震資料解釋工作的現(xiàn)狀與展望［J］.石油地球物理勘探，1987(22):478－482.

［4］孫廷舉.斷層解釋及斷點(diǎn)平面組合方法的討論［J］.石油地球物理勘探，1995(30):108－113.