探采對(duì)比在地震資料解釋中的應(yīng)用方法及效果

張宏

(山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 濟(jì)南 250104)

自1995年以來(lái)，針對(duì)龍口煤電有限公司梁家煤礦構(gòu)造情況，分區(qū)域進(jìn)行多區(qū)塊三維地震勘探，地震勘探成果給采面布置及巷道開(kāi)拓起到了關(guān)鍵的指導(dǎo)作用。通過(guò)地震勘探資料與采掘揭露資料的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)該煤礦三維勘探資料解釋存在一些誤差，以六采區(qū)為例，經(jīng)過(guò)探采對(duì)比，找出誤差產(chǎn)生的原因并進(jìn)行修正，提高了解釋精度及解決地質(zhì)問(wèn)題的能力，為今后同類(lèi)地區(qū)的資料解釋提供了借鑒(1)張宏、謝文偉、彭慧芳等，山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，龍口煤電有限公司梁家煤礦六采區(qū)三位地震數(shù)據(jù)體與實(shí)際揭露資料對(duì)比分析報(bào)告，2015年6月。。

1 概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

黃縣煤田位于魯東地塊，膠北隆起的北西緣，為中、新生代形成的斷陷盆地，煤盆地的形成受黃縣-大辛店斷層和玲瓏-蓬萊兩組基底斷裂控制，該煤礦位于黃縣煤田西北部，為古近紀(jì)隱伏煤田，古近紀(jì)地層角度不整合于下伏老地層之上，被較厚的第四系所覆蓋[1-2]。

區(qū)內(nèi)地層系統(tǒng)自下而上為新太古代膠東巖群、古元古代粉子山群、新元古代蓬萊群、中生代白堊紀(jì)青山群、古近系、第四系[3-4]。

1.2 不同于山東其他勘探區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)

(1)與石炭-二疊紀(jì)煤層不同的是，梁家井田的含煤地層為古近系李家崖組[5]，含煤上2、煤上1、煤1、煤2、煤3、煤4等6層煤，含煤層段平均厚度約216m。

(2)煤層層數(shù)多，夾多層韌性強(qiáng)的油頁(yè)巖，巖層密度小、硬度低[6-8]，地震波的傳播速度低。

2 探采對(duì)比及誤差原因分析

2.1 用于探采對(duì)比的資料和方法

原地震地質(zhì)成果圖件與實(shí)際揭露情況的對(duì)比，對(duì)已知資料(鉆探、測(cè)井成果、巷道和工作面資料)和三維地震地質(zhì)成果資料(以下稱(chēng)原成果)進(jìn)行搜集整理和對(duì)比分析，對(duì)三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行解釋?zhuān)页稣`差原因，提交探采對(duì)比分析報(bào)告。

2.2 主要誤差

(1)在實(shí)際揭露的≥5m的斷層中，地震沒(méi)有解釋的有9條。

(2)地震資料上有斷層的特征，但實(shí)際不存在的斷層共4條。

表1 黃縣煤田與巨野煤田煤層物性對(duì)比

(3)解釋的斷層落差與實(shí)際揭露的有誤差，誤差0～14m，平均約2.80m。

(4)解釋的斷層位置與實(shí)際揭露位置的誤差，2煤層一般較實(shí)際揭露偏下盤(pán)方向10～20m,4煤層較實(shí)際揭露偏下盤(pán)方向15～25m。

2.3 誤差產(chǎn)生原因分析

(1)原勘探時(shí)間早，地震資料處理技術(shù)原因。該區(qū)大斷層發(fā)育，受當(dāng)時(shí)處理技術(shù)與軟件等的影響，造成斷面波及斷點(diǎn)位置不能全三維歸位，修飾偏重，模糊了小斷層的識(shí)別。

(2)邊界效應(yīng)的影響。邊界附近資料不完整，偏移時(shí)會(huì)出現(xiàn)劃弧現(xiàn)象，易造成斷層位置誤差，形成假的斷層或掩蓋真的斷層。

(3)地震地質(zhì)條件的影響。村莊等障礙物造成局部覆蓋次數(shù)偏低，造成時(shí)間剖面的分辨率變低，連續(xù)性變差，小的斷層無(wú)法識(shí)別。

(4)資料解釋中的相位誤差。當(dāng)時(shí)無(wú)速度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，采用強(qiáng)相位對(duì)比易造成相位誤差。該次解釋較原三維解釋向下移了一個(gè)相位，換算成距離約為1煤與2煤的間距，因此，除斷層錯(cuò)斷不干脆等解釋誤差外，該次解釋的斷層位置根據(jù)斷層傾角的不同，一般向斷層傾向方向平移10～20m(圖1)。

圖1 相位誤差分析

(5)斷層切割關(guān)系的認(rèn)識(shí)上存在多解性。

(6)由于地震資料分辨率的原因，局部發(fā)育多條小斷層時(shí)無(wú)法有效識(shí)別。

(7)側(cè)重點(diǎn)不同當(dāng)年地震勘探覆蓋次數(shù)16次，主要目的層為2煤層，受上覆強(qiáng)反射層的屏蔽，4煤層反射波能量偏低。

3 現(xiàn)有資料分析及評(píng)價(jià)

3.1 現(xiàn)有資料

鉆探、測(cè)井成果，巷道資料，工作面資料或揭露資料探采方法及程度如表2所示。

3.2 鉆探、測(cè)井資料分析

表2 探采對(duì)比資料統(tǒng)計(jì)

測(cè)區(qū)內(nèi)有鉆孔24個(gè)，大部分為1975—1979年的鉆孔，有視電阻率、人工伽馬和自然伽馬3種測(cè)井曲線(xiàn)，1978年下半年開(kāi)始鉆孔增加自然電位測(cè)井，但沒(méi)有進(jìn)行密度測(cè)井和聲速測(cè)井，對(duì)標(biāo)定地震反射波不利，有3個(gè)鉆孔為1969—1970年施工，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)不可靠；周邊的13個(gè)鉆孔中，有1個(gè)1994年施工的鉆孔進(jìn)行了聲速與密度測(cè)井，該井在地震資料的鑲邊范圍內(nèi)，過(guò)該井的地震反射波特征與區(qū)內(nèi)一致，可以用該孔的測(cè)井資料制作人工合成地震記錄，對(duì)地震反射波進(jìn)行標(biāo)定，作為對(duì)比解釋的依據(jù)。

3.3 地震原始數(shù)據(jù)分析及利用

該采區(qū)三維地震勘探1998年施工，同年底提交地震勘探報(bào)告。從三維數(shù)據(jù)體來(lái)看，2煤層及以上目的層信噪比較高，地震資料分辨率較高，斷點(diǎn)較為清晰，反射波、斷面波歸位總體較好，水平等時(shí)切片顯示清晰，構(gòu)造形態(tài)可靠。局部波場(chǎng)復(fù)雜，存在干涉現(xiàn)象和劃弧現(xiàn)象，障礙物下的剖面分辨率偏低，影響到斷層的解釋?zhuān)?煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜(含夾矸較多)，煤層厚度變化也較大，反射波多為復(fù)合反射波，又受到上覆強(qiáng)反射層屏蔽作用的影響，連續(xù)性較差。由于種種原因，原始單炮等資料已不能利用，這次對(duì)比分析是在原三維偏移數(shù)據(jù)體上進(jìn)行的。

4 誤差校正及精細(xì)解釋

4.1 鉆探資料的校正

(1)鉆孔的孔斜換算程序有多個(gè)版本，雖然利用的公式是相同的，但由于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)利用的方法不同，計(jì)算的結(jié)果也有細(xì)微的差異，在該區(qū)探采對(duì)比報(bào)告提交過(guò)程中，搜集到在采礦過(guò)程中揭露的一個(gè)見(jiàn)煤點(diǎn)，以此見(jiàn)煤點(diǎn)為依據(jù)，修正了孔斜換算的算法，并對(duì)該區(qū)的鉆孔重新進(jìn)行了孔斜換算。

(2)與礦方地質(zhì)人員進(jìn)行技術(shù)交流，對(duì)東部的鉆孔進(jìn)行了再分析，并重新定案。

4.2 地震資料的精細(xì)解釋與校正

(1)根據(jù)人工合成地震記錄和抽層試驗(yàn)對(duì)該區(qū)的主要反射波進(jìn)行了標(biāo)定(圖2)，對(duì)該區(qū)有明確地質(zhì)意義的反射波進(jìn)行對(duì)比解釋?zhuān)瑢?duì)斷層的位置重新進(jìn)行了圈定。

圖2 人工合成地震記錄

(2)利用該區(qū)的已知資料與時(shí)間剖面位置的關(guān)系進(jìn)行校正。

(3)對(duì)邊界附近、障礙物下及波場(chǎng)復(fù)雜地段易造成偏移劃弧的進(jìn)行認(rèn)真分析，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及已知資料去偽存真。

(4)利用屬性分析方法解釋小斷層。

(5)分析了斷層的切割關(guān)系(圖3)并圈定斷層位置，合理解釋了時(shí)間剖面上上部為正斷層、下部為逆斷層的現(xiàn)象(圖3左下)。

(6)充分利用鉆孔、巷道及工作面等已知資料進(jìn)行速度分析，對(duì)主要煤層和標(biāo)志層進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。

(7)結(jié)合區(qū)域規(guī)律進(jìn)行分析[10-12]。

(8)相鄰采區(qū)三維資料對(duì)比分析。

對(duì)該礦井內(nèi)四采區(qū)三維地震勘探資料進(jìn)行了綜合分析，提高了兩工區(qū)銜接處資料解釋的可靠性[13]。

5 地質(zhì)成果及揭露情況分析

5.1 斷層發(fā)育規(guī)律

該區(qū)斷裂構(gòu)造以EW向斷層為主，同時(shí)存在少量NW向、NE向斷層，工區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造復(fù)雜程度中等；發(fā)現(xiàn)斷層均為正斷層，斷層走向上的非直線(xiàn)型、大多數(shù)斷層在平面上呈現(xiàn)“S”型或反“S”型，表現(xiàn)了張扭性斷層的特征。大斷層延展較長(zhǎng)，一般在1000m以上，落差在50m左右，而中小斷層，特別是落差在10m以下的斷層，延展長(zhǎng)度與落差大小規(guī)律性不明顯；斷層落差中間大，兩頭小，在尖滅點(diǎn)附近落差變化大。斷層在縱向上的落差有上大下小與上小下大多種表現(xiàn)，總體來(lái)看，向N傾的落差較大的斷層大多能錯(cuò)斷到小樓組地層及煤系地層(圖4的A類(lèi)斷層)，向S傾的斷層大多錯(cuò)斷泥灰?guī)r以下煤系地層，在泥灰?guī)r附近僅有輕微的扭曲(圖4的B類(lèi)斷層)，工區(qū)內(nèi)煤系地層的斷層多呈階梯狀，亦有地塹和地壘構(gòu)造。向N傾的斷層傾角相對(duì)較陡，約為50°～60°，向S傾的斷層相對(duì)較緩，約為45°～55°。從圖4的地震相特征分析[5-6]，該區(qū)的斷層不是同一時(shí)期形成的[14-16]。

圖3 F4-22,F4-23斷層的切割關(guān)系在時(shí)間剖面上的反映

5.2 主要地質(zhì)成果

(1)利用礦井揭露的資料與三維地震資料進(jìn)行了對(duì)比分析,對(duì)構(gòu)造、層位進(jìn)行更加精細(xì)的解釋?zhuān)忉屃水a(chǎn)生斷層假象的原因，總結(jié)研究了斷層在空間上形態(tài)、落差、產(chǎn)狀發(fā)育及變化的規(guī)律。

(2)可靠控制了2煤層、4煤層及泥灰?guī)r的底板起伏形態(tài)。

(3)可靠控制了工區(qū)內(nèi)的煤層構(gòu)造形態(tài)。

(4)2煤及4煤層共組合斷層77條，其中2煤層組合斷層38條，4煤層的斷層68條(其中僅錯(cuò)斷2煤層斷層9條，同時(shí)錯(cuò)斷2煤與4煤的斷層29條，僅錯(cuò)斷4煤層的斷層39條)。

5.3 精度分析

由于在實(shí)際采掘中避開(kāi)了大斷層，所以大斷層附近揭露點(diǎn)較少，但鉆孔揭露的已知點(diǎn)較多，通過(guò)已知資料重新分析后，對(duì)地震資料有了新的認(rèn)識(shí)，吻合更好(圖5、表3)，精度較原來(lái)有較大的提高。

6 構(gòu)造對(duì)比

該次著重對(duì)2煤層與4煤層均揭露的斷層、地層資料進(jìn)行對(duì)比分析，找出地震資料與已知資料的對(duì)應(yīng)關(guān)系及誤差。褶曲形態(tài)與原方案基本一致，與原方案基本一致的斷層有23條(圖6)，修正的斷層有8條，改動(dòng)較大的斷層(圖中圈出的位置)有10條，新增的斷層有28條，否定原有斷層9條。修正的斷層一般在落差較大、斷層發(fā)育的地段，波場(chǎng)復(fù)雜，斷層的解釋存在多解性，該次解釋方案根據(jù)揭露的已知資料與斷層的發(fā)育規(guī)律、斷層的切割關(guān)系、地震反射波的特征進(jìn)行了綜合分析，對(duì)部分?jǐn)鄬舆M(jìn)行了修正，解釋結(jié)果更接近實(shí)際。

A—大斷層：縱向錯(cuò)斷整套地層;B—大斷層：縱向錯(cuò)斷泥灰?guī)r及以下含煤地層;C—小斷層：縱向錯(cuò)斷泥灰?guī)r以下含 煤地層;D—縱向錯(cuò)斷煤4附近地層;E—縱向錯(cuò)斷泥灰?guī)r以上地層圖4 該區(qū)的典型地震相特征

圖5 已揭露斷層在時(shí)間剖面上的反映

否定的斷層分為3類(lèi)：一是邊界附近，可靠程度低，鑲邊處偏移造成的假斷層；二是由于該區(qū)沉積多層油頁(yè)巖，地層較軟且韌性強(qiáng)，在受到外力作用時(shí)地層僅產(chǎn)生扭曲或小的撓曲，經(jīng)工作面采掘證明沒(méi)有錯(cuò)斷的(多解性)；三是由于波場(chǎng)復(fù)雜，各種反射波相互干涉現(xiàn)象產(chǎn)生錯(cuò)斷異?，F(xiàn)象[10]。

實(shí)例1：F31斷層：由圖5A看出，F(xiàn)31斷層特征較為清晰，與18-2孔吻合較好，由此修改了原F31斷層的位置、傾向及延展長(zhǎng)度。

實(shí)例2：原F6-7斷層(圖7左)附近，根據(jù)波形特征和強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換的原則分析斷層向剖面小號(hào)方向傾的可能性大；原DF6-57，DF6-66等斷層在邊界附近(圖7右)，分析認(rèn)為反射波的錯(cuò)斷與偏移劃弧造成的干涉有關(guān)，受影響的位置呈現(xiàn)上窄下寬的近“三角形”。

表3 部分鉆孔與時(shí)間剖面對(duì)斷層的控制

圖6 精細(xì)解釋前(左)后(右)的構(gòu)造對(duì)比圖

圖7 否定斷層(藍(lán)色虛線(xiàn))的時(shí)間剖面特征

7 建議

(1)龍口礦區(qū)地震地質(zhì)條件良好，適合進(jìn)行三維地震勘探工作。對(duì)已施工三維地震有已知揭露資料的工區(qū)，一定要保存好原始數(shù)據(jù)，隨著處理、解釋技術(shù)的不斷進(jìn)步和更新，可以進(jìn)行二次處理、二次解釋?zhuān)档吞幚碚`差和解釋的多解性誤差，還原真實(shí)的地質(zhì)現(xiàn)象。

(2)對(duì)即將施工的工區(qū)，要注重各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，嚴(yán)格按照《規(guī)范》施工。

設(shè)計(jì)的合理性：合理的觀測(cè)系統(tǒng)、適當(dāng)?shù)母采w次數(shù)、鑲邊資料的完整程度；設(shè)計(jì)記錄長(zhǎng)度時(shí)不僅要考慮目的層的深度和角度的影響，還要考慮斷面波及繞射波等的影響，盡量將記錄長(zhǎng)度加大。

嚴(yán)格的野外施工質(zhì)量：充分的試驗(yàn)工作,既是對(duì)所選觀測(cè)系統(tǒng)正確性的確認(rèn),又是確定施工方法與參數(shù)的必要手段;單炮的質(zhì)量比盲目提高覆蓋次數(shù)更加重要；加強(qiáng)野外質(zhì)量監(jiān)控，做好“三邊”工作。

資料處理：做好流程測(cè)試，選用適合的處理參數(shù)，在地層傾角偏陡的地區(qū),疊前偏移更能夠保證偏移歸位的準(zhǔn)確性，對(duì)重點(diǎn)目的層進(jìn)行針對(duì)性的目標(biāo)處理。

資料解釋?zhuān)嘿Y料解釋存在多解性，在解釋過(guò)程中需加強(qiáng)對(duì)已知資料的分析與地質(zhì)情況的掌握與利用，擅于利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與綜合分析，加強(qiáng)對(duì)區(qū)域地質(zhì)規(guī)律的了解，加強(qiáng)與生產(chǎn)單位經(jīng)驗(yàn)豐富地質(zhì)人員的溝通。

速度分析：由于地層速度的不均勻，地層的速度也有相應(yīng)的變化，影響速度的因素有很多，分析過(guò)程中需加強(qiáng)對(duì)各種因素的綜合分析，才能得到較正確的深度資料。

提高精度：地震勘探作為一種間接手段，有誤差是必然的，如何降低誤差是努力的方向。加強(qiáng)相鄰礦區(qū)資料的收集與利用，對(duì)降低誤差有顯著的作用。

工區(qū)盡量方正，有利于資料的完整，降低鑲邊工作量，減少不必要的浪費(fèi)，盡可能達(dá)到雙贏。

三維地震資料包含有豐富的地質(zhì)信息，隨著處理水平的提高與解釋技術(shù)的發(fā)展，一些新的技術(shù)能夠?qū)⒏嗟臄?shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成地質(zhì)信息。保留好原始數(shù)據(jù)及正確的空間屬性文件、疊加三維數(shù)據(jù)體、偏移三維數(shù)據(jù)體，以便在必要的時(shí)候進(jìn)行二次處理解釋時(shí)使用[10]。

8 結(jié)語(yǔ)

地震數(shù)據(jù)處理與解釋技術(shù)有較大的發(fā)展，進(jìn)行一次三維地震數(shù)據(jù)采集需要耗費(fèi)極大的人力、物力、財(cái)力及精力，而精細(xì)處理與解釋則是可以利用技術(shù)及軟硬件的更新，以小的付出換來(lái)較大的回報(bào)；隨著巷道的掘進(jìn)和工作面揭露資料的增多，精細(xì)處理可以利用這些已知點(diǎn)增加偏移歸位的可靠性，可以對(duì)所側(cè)重的層位進(jìn)行目標(biāo)處理；精細(xì)解釋可以根據(jù)已知資料與三維數(shù)據(jù)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系找出規(guī)律，提高解釋精度。

探采對(duì)比是去偽存真的過(guò)程，是學(xué)習(xí)和提高的過(guò)程，解釋人員應(yīng)經(jīng)常對(duì)提交的報(bào)告去做一下探采對(duì)比，資料解釋中的迷茫可能會(huì)迎刃而解，解釋的最終目的是為采礦服務(wù)，解釋精度的提高將會(huì)大幅度降低采礦成本。

綜上所述，隨著已知資料的增多，探采對(duì)比及對(duì)以往三維數(shù)據(jù)的精細(xì)處理與解釋非常必要。