潞安礦區(qū)地震勘探資料精細(xì)解釋分析

程裕斌

(山西潞安化工有限公司，山西長治 046204)

0 引言

三維地震數(shù)據(jù)具有橫向空間密集采樣的優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)有煤田三維地震數(shù)據(jù)處理解釋技術(shù)尚未充分挖掘地震數(shù)據(jù)包含著的豐富的構(gòu)造、巖性及物性信息，且與鉆井等地質(zhì)資料的結(jié)合度不高。J.B.Sangree說過“我們只利用了20%的地震數(shù)據(jù)信息。隨著地震屬性的應(yīng)用，地震資料的利用率增加到了35%”[1]，因此，研究與應(yīng)用新的采區(qū)地震數(shù)據(jù)處理解釋理論與方法，對(duì)三維地震資料的地質(zhì)動(dòng)態(tài)解釋，進(jìn)一步發(fā)掘三維地震數(shù)據(jù)的潛力，開展小微地質(zhì)構(gòu)造超前精準(zhǔn)識(shí)別及煤層賦存預(yù)測研究，會(huì)持續(xù)提高地震資料的利用率和解釋精度，對(duì)煤礦采區(qū)的合理布置、主巷道的開拓、綜采工作面開采地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)、避免和減少地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等方面具有重要理論及現(xiàn)實(shí)意義。

隨著三維地震勘探技術(shù)的不斷更新和采掘的不斷深入，多個(gè)煤礦開始對(duì)以往地震資料的二次解釋甚至是三次解釋，收到了好的成效[1]。潞安礦區(qū)從2000年開展三維地震工作以來，進(jìn)行三維地震礦井的面積達(dá)900km2，由于礦區(qū)陷落柱較為發(fā)育，相比于全國其他地區(qū)三維地震10m×10m的CDP網(wǎng)格，潞安礦區(qū)地質(zhì)任務(wù)要求5m×10mCDP網(wǎng)格密度，高于其他礦區(qū)，為礦井生產(chǎn)提供了重要的地質(zhì)依據(jù)。但在礦井開采中依然存在小構(gòu)造遺漏較多，5m落差以下斷層及20m以下陷落柱可靠性不高、煤層底板誤差超過地質(zhì)任務(wù)要求等問題。針對(duì)這些問題，潞安環(huán)能集團(tuán)多個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了三維地震資料精細(xì)解釋。迄今為止，潞安礦區(qū)余吾、常村、漳村、李陽等多個(gè)礦井二次處理解釋面積已達(dá)70km2，通過二次精細(xì)解釋，發(fā)現(xiàn)了一些問題存在的原因，有效提高了解釋精度，為今后地震勘探精度的提高提供了借鑒。

1 礦區(qū)地質(zhì)

潞安礦區(qū)位于華北斷塊區(qū)呂梁-太行斷塊，沁水塊坳東部次級(jí)構(gòu)造單元沾尚-武鄉(xiāng)-陽城北北東向褶帶中段，其主體部分為新生代疊加長治新裂陷。區(qū)域地層區(qū)劃屬于華北地層區(qū)山西地層分區(qū)長治小區(qū)。地層由老到新依次發(fā)育有上元古界震旦系，古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，中生界三疊系、新近系。主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，可采煤層6～9層，主要可采煤層為二疊系山西組3#煤層、石炭系太原組的9#和15#煤層。

礦井構(gòu)造屬典型的新華夏系構(gòu)造，受區(qū)域斷褶帶和沁水拗陷的影響，背斜一般東緩西陡，向斜一般東陡西緩。斷裂一般為張性和壓扭性正斷層。陷落柱較為發(fā)育[2-4]。

2 礦區(qū)地震資料解釋常見問題分析

地震資料解釋誤差有深度誤差、厚度誤差及構(gòu)造誤差。深度誤差主要表現(xiàn)為標(biāo)高、傾角、幅度等，構(gòu)造誤差主要表現(xiàn)為斷層、陷落柱及其他地質(zhì)異常體的位置、性質(zhì)、擺動(dòng)范圍、延展長度、斷層落差等。

誤差的產(chǎn)生有客觀原因也有主觀因素。從地震勘探過程分析，常見原因如下：

1)觀測系統(tǒng)的影響。有的工區(qū)目的層淺，有效覆蓋次數(shù)達(dá)不到規(guī)范或設(shè)計(jì)要求[5-8]。

2)采集質(zhì)量誤差。數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量主要包括兩個(gè)方面，就是激發(fā)與接收。這其中不僅包含激發(fā)層位、激發(fā)藥量和檢波器埋置的質(zhì)量，也取決于最為基礎(chǔ)的激發(fā)和接收位置的準(zhǔn)確性。

3)資料處理與速度分析誤差。潞安礦區(qū)屬低山丘陵地區(qū)，在資料處理過程中靜校正工作必不可少，在統(tǒng)一基準(zhǔn)面靜校正過程中，替換速度的選擇會(huì)影響數(shù)據(jù)體的空間形態(tài)，一般根據(jù)覆蓋層的平均速度進(jìn)行選擇，替換速度高于反射波在地層中的實(shí)際傳播速度，填充或削減部位的校正量就比實(shí)際的小，褶曲幅度變??；如果替換速度小于反射波在地層中的實(shí)際傳播速度，填充或削減部位校正量就會(huì)比實(shí)際的大，褶曲幅度變大，在對(duì)疊加數(shù)據(jù)體進(jìn)行偏移歸位時(shí)會(huì)造成構(gòu)造的位置不準(zhǔn)確等問題。因此資料處理中的速度分析工作要精細(xì)[9]。

4)偏移誤差。潞安礦區(qū)進(jìn)行三維地震勘探初期很少用到疊前偏移技術(shù)，有的礦區(qū)揭露斷層等標(biāo)志點(diǎn)少甚至沒有，造成偏移速度的誤差。

5)時(shí)深轉(zhuǎn)換誤差。已知資料網(wǎng)度過稀、速度變化大。

6)地震資料的多解性。

7)經(jīng)驗(yàn)誤差即人為解釋與分析誤差。 對(duì)礦井地質(zhì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)程度會(huì)造成解釋誤差。

3 精細(xì)解釋方法

3.1 數(shù)據(jù)加載的精細(xì)

由于從普遍使用1954年北京坐標(biāo)系到1980年西安坐標(biāo)系到現(xiàn)在的2000坐標(biāo)系，前后不到20a時(shí)間，由于推廣與精度的需要，有的礦井響應(yīng)號(hào)召將采掘資料使用的坐標(biāo)系進(jìn)行了修改，但隨之需要修改有一系列的工作要做，如鉆孔資料、各類地質(zhì)報(bào)告等，由于一些鉆孔資料是20世紀(jì)60、70年代的紙質(zhì)資料，修改的難度較大，而在1954坐標(biāo)系與1980坐標(biāo)系混用的年代，有的圖紙沒有標(biāo)注坐標(biāo)系，如果技術(shù)人員調(diào)動(dòng)或者精力不夠集中極易造成坐標(biāo)系張冠李戴的現(xiàn)象，因此數(shù)據(jù)加載前，三維地震數(shù)據(jù)體、鉆探、巷道、工作面揭露等已知地質(zhì)資料所有數(shù)據(jù)一定要統(tǒng)一坐標(biāo)系。

3.2 精細(xì)的速度分析

速度分析的精度決定了時(shí)深轉(zhuǎn)換的精度，已知資料的充分利用和與周邊資料的綜合分析以及對(duì)資料處理各種速度的分析是提高時(shí)深轉(zhuǎn)換精度的關(guān)鍵。

3.3 時(shí)間剖面與揭露資料精細(xì)的對(duì)比分析

不只是地震勘探存在多解性，鉆探與測井的煤巖層對(duì)比、巷道中無煤帶的解釋等均存在多解性，精細(xì)解釋就是對(duì)鉆探、巷道、工作面揭露的所有地質(zhì)資料與三維資料進(jìn)行綜合分析，消除或降低多解性[10]。

3.4 水平切片與時(shí)間剖面綜合解釋斷層、陷落柱

利用水平切片解釋地質(zhì)構(gòu)造能夠直觀顯示斷層的延展方向、陷落柱的范圍等信息，有效利用這些信息與時(shí)間剖面綜合解釋能夠提高解釋的精度。當(dāng)部分位置分辨率較低時(shí)，可以根據(jù)附近錯(cuò)斷干脆的點(diǎn)進(jìn)行連接，投影到時(shí)間剖面上，由閉合點(diǎn)確定斷層位置。

3.5 加密解釋網(wǎng)度

由于潞安礦區(qū)陷落柱發(fā)育，加密解釋對(duì)細(xì)微構(gòu)造特別是小的陷落柱解釋至關(guān)重要。

3.6 屬性分析技術(shù)的應(yīng)用

即使加密解釋也會(huì)遺漏一些細(xì)微構(gòu)造異常，因此，科學(xué)運(yùn)用地震屬性技術(shù)快速、高效、準(zhǔn)確地識(shí)別肉眼不能識(shí)別的細(xì)微特征是精細(xì)解釋不可或缺的方法，地震屬性分析包括地震層位屬性、地震層間屬性及地震體屬性分析等方面。它主要通過對(duì)疊前、疊后地震數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，導(dǎo)出有關(guān)地震波的幾何形態(tài)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征、動(dòng)力學(xué)特征和統(tǒng)計(jì)學(xué)特征的特殊屬性值。不同的屬性，揭示了地質(zhì)體不同的巖性、物性變化。需要提取多種地震屬性進(jìn)行綜合解釋分析才能夠精確地刻畫地質(zhì)構(gòu)造。因此地震時(shí)間剖面解釋的網(wǎng)度加密要在屬性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行，根據(jù)地震屬性參數(shù)對(duì)斷層、陷落柱、煤層厚度及結(jié)構(gòu)、巖性等的敏感性進(jìn)行針對(duì)性選擇對(duì)應(yīng)的屬性解釋各類地質(zhì)現(xiàn)象。

3.7 譜分解技術(shù)的應(yīng)用

譜分解技術(shù)是通過“傅氏變換”或“最大熵”法將時(shí)間域的地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻率域的地震數(shù)據(jù)，通過在頻率域內(nèi)對(duì)三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行全頻段掃描、成像，改善和提高地震資料對(duì)地質(zhì)異常體的分辨能力[11]。

在應(yīng)用譜分解處理的相位數(shù)據(jù)體及振幅數(shù)據(jù)體中，低頻率切片反映斷距相對(duì)較大的斷層與陷落柱，而高頻率切片主要反映相對(duì)較小的斷層與陷落柱。遵循由低頻到高頻，先相位后振幅，與相干體、方差體結(jié)合的解釋思路，應(yīng)用中低頻切片解釋主干斷層與大陷落柱，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用中高頻切片識(shí)別解釋小斷層與小陷落柱。據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)造的精細(xì)解釋。

3.8 文字插圖的制作

對(duì)于礦井生產(chǎn)人員來說，對(duì)地震解釋工作站使用、解釋都不熟悉，報(bào)告文字的精細(xì)程度決定了其對(duì)礦井生產(chǎn)的幫助程度。因此，一條斷層、一個(gè)陷落柱或者褶曲形態(tài)需要解釋人員從多個(gè)方向的多條測線、水平切片、屬性資料等進(jìn)行說明，并標(biāo)注測線、水平切片等在屬性平面中的位置，如有已知鉆孔等已知地質(zhì)資料應(yīng)悉數(shù)標(biāo)注。

4 典型效果案例分析

4.1 修正斷層

MJ區(qū)MF1斷層：原三維解釋為正斷層，精細(xì)解釋為逆斷層。將DF1和DF6修正為一條斷層，修正了該斷層的性質(zhì)、落差與延展長度。依據(jù)如下：

從圖1時(shí)間剖面上看，8～15#煤層反射波組斷點(diǎn)錯(cuò)斷清晰，逆斷層產(chǎn)狀明顯，煤層反射波有重復(fù)現(xiàn)象，斷層條帶內(nèi)T8與T15反射波時(shí)差變大；符合逆斷層的受力特點(diǎn)，受水平擠壓作用影響，上盤逆推作用形成拱窿形態(tài)，下盤呈現(xiàn)逆牽引的凹陷形態(tài)。計(jì)算斷層傾角在25～45°，屬逆掩斷層。如果解釋為正斷層，則切割了12#和8#煤層反射波的同相軸(圖1中紅色虛線位置)。圖1A時(shí)間剖面上顯示時(shí)差約15ms，計(jì)算斷層最大落差大于20m。

A X384時(shí)間剖面； B X416時(shí)間剖面； C X448時(shí)間剖面；D X480時(shí)間剖面； E 沿T15波方差屬性切片；F水平等時(shí)切片； G鉆孔揭露煤層間距變大圖1 MF1斷層在屬性切片顯示及對(duì)應(yīng)位置的時(shí)間剖面特征Figure 1 Fault MF1 attribute slice display and corresponding position time sectionfeatures

4.2 修正陷落柱

LY區(qū)精細(xì)解釋前沒有發(fā)現(xiàn)陷落柱，而精細(xì)解釋成果為22個(gè)陷落柱(圖2)，其原因在于對(duì)資料認(rèn)識(shí)的程度不夠和對(duì)區(qū)域地質(zhì)規(guī)律認(rèn)識(shí)的不足。

圖2 LY區(qū)時(shí)間剖面與水平切片解釋陷落柱Figure 2 LY region time section and horizontal slice interpreted subsided column

4.3 修正煤層底板標(biāo)高

LY某區(qū)替換速度為2 500m/s，而地層平均速度一般為3 400m/s，替換速度影響使得數(shù)據(jù)體不能完全直觀反映地質(zhì)體的真實(shí)形態(tài)。加上當(dāng)時(shí)時(shí)深轉(zhuǎn)換的已知點(diǎn)較少，致使底板深度偏離較大(圖3)。若要在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)體上通過時(shí)深轉(zhuǎn)換獲得煤層的真實(shí)形態(tài)，就需要足夠多的已知點(diǎn)或鉆孔，根本的解決方式就是重新處理解釋。

圖3 LY某區(qū)精細(xì)解釋前后底板及構(gòu)造變化情況Figure 3 Floor and structural variations before and after fine interpretation in an area of LY region

5 結(jié)論及建議

1)二次解釋在構(gòu)造、褶曲形態(tài)等方面成效明顯，說明地震資料的動(dòng)態(tài)精細(xì)解釋是提高地震資料解釋精度的必要手段。

2)技術(shù)人員分析方式的差異和經(jīng)驗(yàn)的問題會(huì)導(dǎo)致解釋結(jié)果的不同，建議同一礦區(qū)的資料由不同的解釋人員進(jìn)行解釋，對(duì)存在差異的解釋結(jié)果進(jìn)行論證后確定最終成果再交付礦方使用。

3)應(yīng)用地震屬性技術(shù)、譜分解技術(shù)等新技術(shù)對(duì)地震資料進(jìn)行綜合解釋。

4)建議項(xiàng)目結(jié)束后原始數(shù)據(jù)及時(shí)提交礦方，并提供原始數(shù)據(jù)及空間屬性文件、三維疊加偏移的數(shù)據(jù)體資料，并注明數(shù)據(jù)坐標(biāo)系。將新技術(shù)用于二次處理和精細(xì)解釋中，為潞安礦區(qū)礦井開拓提供更加準(zhǔn)確的地質(zhì)資料[12-13]。