基于探采對比分析的三維地震資料精細(xì)解釋方法探討

湯紅偉

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西省西安市，710077)

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★ 煤炭科技·地質(zhì)與勘探 ★

基于探采對比分析的三維地震資料精細(xì)解釋方法探討

湯紅偉

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西省西安市，710077)

本文以永城礦區(qū)三維地震探采資料為基礎(chǔ)，分析了三維地震解釋成果產(chǎn)生誤差的原因。在探采對比分析的基礎(chǔ)上建立了三維地震資料的小斷層識別依據(jù)，探討了提高小斷層解釋精度的技術(shù)方法；嘗試運用在反射波等時平面圖上增加虛擬鉆孔、消除低速帶影響的方法進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換。采掘資料表明，在探采對比分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)解釋能有效提高三維地震勘探的解釋精度。

探采對比 精細(xì)解釋 誤差分析 識別依據(jù) 時深轉(zhuǎn)換

近年來，隨著煤礦開采難度的不斷加大，對煤礦勘探的精度也提出了更高要求。為提高煤層的回采率及減少在開采、掘進(jìn)過程中因小構(gòu)造而導(dǎo)致的瓦斯突出、突水、冒頂?shù)仁鹿剩旱V已將落差3～5 m的小斷層作為三維地震勘探的主要地質(zhì)任務(wù)。大量采掘資料顯示，在地震地質(zhì)條件較好的區(qū)域，還存在落差大于5 m的未解釋斷層、解釋的斷層落差與實際揭露斷層的落差絕對誤差較大等問題。除了受當(dāng)前地震勘探分辨率的限制外，主要還是缺乏科學(xué)的小斷層(小斷層密集帶)解釋方法和識別依據(jù)。因此，研究提高小斷層勘探精度的技術(shù)方法對煤礦安全開采具有重大意義。本文以探采對比分析為基礎(chǔ)，以永城礦區(qū)陳四樓煤礦F18斷層北部區(qū)域三維地震資料為實例，研究總結(jié)了適合本區(qū)的小斷層的解釋方法和識別依據(jù)，以期為同類礦區(qū)的小斷層(小斷層密集帶)的解釋提供依據(jù)。

1 概況

1.1 地質(zhì)概況

根據(jù)鉆孔揭露資料，F(xiàn)18斷層北部三維地震勘探區(qū)內(nèi)地層自下而上有中奧陶統(tǒng)、中石炭統(tǒng)、上石炭統(tǒng)和二疊系、第三系。太原組含煤兩層，未見可采點。山西組含煤3層，編號二1、二2、二3，其中二2穩(wěn)定可采。下石盒子組含煤7層，未見可采點。上石盒子組含煤1～2層，均不可采。二2煤層厚度為0.98～3.5 m，平均為2.6 m。

1.2 三維地震勘探成果

F18斷層北部三維地震勘探于2005年完成，施工采用12線9炮制束狀觀測系統(tǒng)，觀測系統(tǒng)線距20 m、道距20 m、CDP網(wǎng)格為10 m×10 m、覆蓋次數(shù)24次，束距180 m、最大炮檢距550 m，共完成勘探面積9.37 km2，生產(chǎn)物理點7398個，其中甲級率為71.3%，成品合格率為99.5%。

解釋成果中組合斷層83條，其中落差大于100 m的斷層1條，落差大于10 m的17條，落差5～10 m的斷層45條，落差3～5 m的斷層20條，另有孤立斷點9個。

2 探采對比分析

2.1 采掘資料信息

2009年5月-2012年12月，F(xiàn)18斷層北部三維地震勘探區(qū)已有采掘活動區(qū)域的面積為5.3 km2，完成采掘工作的工作面有9個，圈定工作面9個。這些采動區(qū)域包含了原地震資料解釋的46條斷層，其中落差大于100 m的斷層1條，落差大于10 m的斷層10條，落差5～10 m的斷層27條，落差3～5 m的斷層8條，另有孤立斷點4個。

2.2 斷層驗證情況

從采掘資料看，三維地震解釋的落差大于5 m的斷層驗證情況較好，落差小于5 m的斷層驗證情況較差，尤其是落差小于3 m的斷層，煤層底板標(biāo)高在褶曲發(fā)育部位相對誤差較大。具體情況如下：

(1)三條下山巷道揭露了落差大于100 m的斷層，斷層平面擺動誤差分別為22 m、14 m、27 m，斷層落差誤差分別為18 m、21 m、15 m；

(2)工作面揭露了落差大于10 m的斷層12條，其中10條斷層的平面位置與地震資料解釋的落差大于10 m的斷層平面位置基本一致，另有2條斷層的落差比揭露斷層的落差小6 m，斷層最大平面擺動誤差23 m、最小平面擺動誤差6 m，斷層落差誤差最大6 m、最小0.5 m；

(3)工作面揭露了落差5～10 m的斷層31條，其中25條與地震解釋的落差5～10 m的斷層平面位置基本一致，4條與地震解釋的落差3～5 m的斷層平面位置基本一致，1條與地震解釋的孤立斷點平面位置基本一致，1條地震沒有做任何解釋，斷層平面擺動誤差最大23 m、最小平面擺動誤差3 m，斷層落差誤差最大3 m、最小0.5 m；

(4)工作面揭露了落差3～5 m的斷層9條，其中4條與地震解釋的落差3～5 m的斷層平面位置基本一致，2條與地震解釋的孤立斷點平面位置基本一致，3條地震勘探?jīng)]有做任何解釋；

(5)采掘過程中揭露了落差小于3 m的斷層25條，其中2條與地震解釋的孤立斷點平面位置基本一致，其余地震勘探?jīng)]有做任何解釋。

綜上所述，地震資料解釋的斷層落差小于實際揭露斷層的落差，地震資料解釋的斷層延展長度小于實際揭露斷層的延展長度，斷層落差越大，平面擺動誤差也相對較大，煤層傾角大于20°時，地震解釋的斷層平面位置擺動較大，且落差小于5 m尤其是小于3 m的斷層解釋精度較差。

2.3 煤層底板標(biāo)高驗證情況

通過對多條巷道中105個煤層底板標(biāo)高點的實測可以看出，地震資料解釋的煤層底板標(biāo)高誤差為-2.5%～4%，多數(shù)在-1%～1.5%之間。在大斷層、煤層產(chǎn)狀變化大及遠(yuǎn)離鉆孔的區(qū)域，煤層底板標(biāo)高相對誤差較大。

2.4 誤差原因分析

2.4.1 斷層平面擺動

造成斷層平面位置擺動的主要原因有采集時的CDP網(wǎng)格大小、外力影響及偏移速度選擇等。盡管地震解釋成果數(shù)據(jù)體的CDP網(wǎng)格為5 m×5 m，但在野外數(shù)據(jù)采集時采用的網(wǎng)格為10 m×10 m，這樣分布在小斷層上的面元數(shù)量較少，增加了小斷層平面擺動誤差的可能。對于大斷層而言，由于斷層在形成時不同位置受力不同，斷層兩側(cè)的破碎帶寬度也會不一致，另外，在破碎帶處煤層反射波連續(xù)性較差，依據(jù)同向軸連續(xù)性解釋的斷層位置會有較大誤差的原理，偏移速度不準(zhǔn)確也是造成斷層平面位置擺動的主要原因。數(shù)據(jù)體中偏移量的大小取決于地層傾角、反射波時間及疊加速度。如果地層傾角確定，反射波時間正確，偏移量就取決于疊加速度的精度。一般而言，疊加速度能夠精確到95%，而對于地層傾角和埋藏深度較大的區(qū)域，偏移誤差也會增大。

2.4.2 斷層落差

根據(jù)探采資料，地震解釋的斷層落差總體小于實際揭露的斷層落差，分析認(rèn)為，時深轉(zhuǎn)換時速度偏低是主要原因，也說明原資料解釋過程中應(yīng)用鉆孔平均速度求取速度場的方法并不合適。

2.4.3 斷層遺漏解釋

造成斷層被遺漏解釋的原因是多方面的，有主觀原因也有客觀原因。如地震資料先天不足，時間剖面的分辨率較低，無法有效識別較小斷層；或者解釋網(wǎng)格過大，小斷層上的面元網(wǎng)格較少造成小斷層被遺漏解釋等客觀原因；也存在因解釋人員經(jīng)驗不足，解釋過程中對輔助層位或者負(fù)相位的異常反應(yīng)不夠重視等主觀原因。

2.4.4 煤層底板標(biāo)高

研究區(qū)鉆孔稀疏且分布不均勻會導(dǎo)致求取的平均速度場變化趨勢與反射波等時平面圖變化趨勢不一致。一般來說，煤層埋藏越深其反射波雙程旅行時間越大、平均速度值越大。對于斷裂構(gòu)造不發(fā)育的單斜地層來說，利用鉆孔的平均速度求取平均速度場不會帶來較大的深度誤差，但對于褶曲發(fā)育或者大斷層附近區(qū)域，應(yīng)用鉆孔平均速度求取平均速度場就會帶來較大的速度誤差。造成誤差的原因可以應(yīng)用勘探線地震時間剖面(圖1)及對應(yīng)的平均速度剖面圖(圖2)來綜合說明，圖1中目的層反射波顯示剖面為向斜，對于給定的3個點來說1216鉆孔處的反射波時間值最小、xxz鉆孔處的反射波時間最大；應(yīng)用鉆孔資料求取平均速度，再應(yīng)用插值的方法可以得到勘探線上各點的速度值，從圖中可以看出，速度最大的不是反射波旅行時最大的位置，這說明只通過鉆孔插值的方式求取的平均速度值有較大的誤差，最終會影響深度的精度。

圖1 勘探線地震時間圖

圖2 勘探線平均速度剖面圖

3 技術(shù)措施

針對原三維地震資料處理、解釋過程中存在的問題，在精細(xì)解釋過程中采取以下關(guān)鍵技術(shù)：

(1)采用不同的偏移速度值或者疊前時間偏移技術(shù)進(jìn)行資料處理，確保資料準(zhǔn)確歸位；

(2)在層位的解釋過程中，盡量采用自動追蹤波峰的方式，保證同相軸解釋的一致性；

(3)依據(jù)揭露的小斷層在地震時間剖面、屬性平面圖上的響應(yīng)特征，建立小斷層的識別依據(jù)，在斷層解釋過程中結(jié)合負(fù)相位、輔助相位的變化并應(yīng)用多屬性綜合分析技術(shù)對小斷層進(jìn)行解釋；

(4)在時深轉(zhuǎn)換過程時，消除新生界地層的影響，同時依據(jù)時間剖面特征、反射波等時平面圖人為增加速度控制點，確保速度平面圖的精度。

3.1 資料處理

探采對比可以看出，三維地震勘探成果的準(zhǔn)確率總體較高，說明資料處理的流程搭配與處理參數(shù)的選擇比較合理，但因研究區(qū)大傾角區(qū)域的斷層存在平面擺動誤差，即把平滑處理后的疊加速度作為偏移速度進(jìn)行偏移處理，以減小斷層的平面擺動誤差。

3.2 資料精細(xì)解釋

3.2.1 層位自動追蹤

利用解釋軟件的自動追蹤功能，按照80 m×80 m的網(wǎng)格對正、負(fù)相位進(jìn)行解釋，并逐條檢查層位的閉合情況，當(dāng)所有層位閉合完好后再進(jìn)行加密解釋，直至加密至5 m×5 m的網(wǎng)度。

3.2.2 建立小斷層識別依據(jù)

在地震時間剖面上，解釋斷點的依據(jù)為反射波(波組)同相軸的錯斷、分叉合并、扭曲及同相軸形狀突變等；在水平時間切片上解釋斷點的依據(jù)為同相軸中斷、錯動、扭曲和頻率突變等。理論計算可知，若層速度為3000 m/s的地層中存在落差為3 m左右的斷層，地震時間剖面上斷層時差約為2 ms左右。以此為參照，巷道揭露的落差分別為3.6 m(F16P9)、3.1 m(F1209G6)、3.2 m(F1603P11)、2.6 m(F1603P12)、3.1 m(F1603P13)的小斷層在常規(guī)地震時間剖面上的顯示見圖3～圖5。

圖3 巷道揭露的F16P9斷層在地震時間剖面上的反應(yīng)

圖4 巷道揭露的F1209G6斷層在地震時間剖面上的反應(yīng)

對比可知，斷層落差為3 m時，在對應(yīng)的地震時間剖面中上下盤的時差約2 ms左右，這樣的時差值在常規(guī)地震時間剖面上多數(shù)情況下無明顯顯示，少數(shù)情況下表現(xiàn)為煤層反射波振幅減弱。因此，為了有效提高落差小于5 m斷層的解釋精度，在資料的二次解釋過程中，首先根據(jù)采掘資料揭露的小斷層在地震時間剖面、多屬性平面圖中的響應(yīng)特征，建立小斷層的識別依據(jù)，具體如下。

(1)調(diào)整剖面顯示比例，部分落差小于3 m的斷層在地震時間剖面也有顯示，如圖6所示，圖中的斷層(F16P9)為巷道揭露斷層，斷層落差為3.2 m，在放大顯示的地震時間剖面上，斷層處存在一定的時間差，且斷層附近出現(xiàn)反射波變?nèi)醅F(xiàn)象。

(2)部分落差小于3 m的斷層在地震波多屬性平面圖中出現(xiàn)線條狀的不連續(xù)異常，如圖7所示，圖中橢圓長軸位置為巷道揭露斷層(F1209G6)的斷煤交線位置，在對應(yīng)的地震時間剖面上，斷層顯示不明顯。

(3)在時間剖面上反射連續(xù)性較差、在屬性平面圖中呈現(xiàn)線條狀的不連續(xù)異?，F(xiàn)象為小斷層密集帶的發(fā)育標(biāo)志。

圖6 巷道揭露的F16P9斷層在縮放后的地震時間剖面上的反應(yīng)

圖7 巷道揭露的F1209G6斷層在多屬性平面圖上的反應(yīng)

3.2.3 提高速度場的轉(zhuǎn)換精度

常規(guī)時深轉(zhuǎn)換中，速度場的求取多利用鉆孔處的平均速度進(jìn)行插值來完成，將這種方法應(yīng)用于褶曲與斷裂構(gòu)造不發(fā)育且鉆孔較多的區(qū)域時，煤層底板標(biāo)高與斷層落差值不會產(chǎn)生較大誤差。但本研究區(qū)存在較大傾角區(qū)域，因此，為了提高速度場的轉(zhuǎn)換精度，在求取時采用了增加虛擬鉆孔和消除低速帶的辦法。

增加虛擬鉆孔主要是依據(jù)反射波等時平面圖及鉆孔的分布情況人為增加鉆孔，確保鉆孔分布比較均勻。消除低速層的影響主要是應(yīng)用公式消除降低平均速度的低速層的影響。求取單點速度的公式如下式：

(1)

式中：V——目的層平均速度，m/s；

a——新生界底界面標(biāo)高，m；

h——煤層底板標(biāo)高，m；

time——鉆孔處目的層雙層旅行時間，s。

4 地質(zhì)成果與驗證情況

精細(xì)解釋共組合斷層63條。與原三維解釋成果相比較，只有12條斷層與原解釋的結(jié)果基本一致，修正21條斷層的落差大小或者延展長度，新發(fā)現(xiàn)了30條落差3～5 m的斷層，新解釋了小斷層密集帶5個。2年后，采掘區(qū)域涉及到了二次解釋的3個小斷層密集帶、20條落差3～5 m的斷層，其中3個小斷層密集帶及15條落差3～5 m的小斷層得到了驗證。斷層密集帶的驗證率達(dá)到了100%，小斷層的驗證率達(dá)到了70%。

5 結(jié)論

(1)采掘資料是三維地震精細(xì)處理解釋的基礎(chǔ)。

(2)進(jìn)行采掘資料與地震成果資料的對比分析是精細(xì)解釋的關(guān)鍵步驟，在探采對比分析中可以查找出原三維地震勘探資料處理解釋過程中存在的問題。

(3)應(yīng)用采掘資料揭露的地質(zhì)信息建立異常識別依據(jù)，是提高小構(gòu)造地震資料識別依據(jù)是提高小構(gòu)造驗證準(zhǔn)確率的重要手段。

(4)時深轉(zhuǎn)換過程中，去掉低速層而求取速度的方法，是提高煤層底板標(biāo)高解釋精度及斷層落差解釋精度的有效方法。

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(責(zé)任編輯 郭東芝)

Discussion on fine interpretation method of 3D seismic data based on contrastive analysis of exploration and mining data

Tang Hongwei

(Xi'an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group, Xi'an, Shaanxi 710077, China)

Based on 3D seismic exploration and mining data of Yongcheng mining area, the author analyzed reasons for errors of 3D seismic interpretation results, established identification marks for small faults based on contrastive analysis of exploration and mining data, and discussed technical methods improving the interpretation accuracy of small faults. Adding virtual drillings in reflected wave isochronal graph and eliminating low-speed zone influence were tried to performed time-depth conversion. Mining data indicated that fine interpretation based on contrastive analysis of exploration and mining data could improve effectively the interpretation accuracy of 3D seismic exploration.

contrast of exploration and mining data, fine interpretation, error analysis, identification mark, time-depth conversion

湯紅偉. 基于探采對比分析的三維地震資料精細(xì)解釋方法探討[J]. 中國煤炭，2017，43(4)：43-47. Tang Hongwei. Discussion on fine interpretation method of 3D seismic data based on contrastive analysis of exploration and mining data[J]. China Coal, 2017, 43(4):43-47.

P631.4

A

湯紅偉(1980-)，女，河南信陽人，博士，副研究員，畢業(yè)于煤炭科學(xué)研究總院西安研究院地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)在中國煤炭科工集團(tuán)西安研究院從事地震勘探技術(shù)研究工作。