采區(qū)三維地震勘探資料精細處理解釋在P2煤礦的應用

徐玉琛

（安徽省煤田地質(zhì)局物探測量隊，安徽宿州234000）

近年來，隨著科技的進步，計算機硬件技術飛速發(fā)展及地震資料處理、解釋軟件的更新，地震資料分析、解釋手段多樣化，使三維地震資料解釋精度進一步提高。以往三維地震資料處理、解釋受當時硬件、軟件技術限制，對深部主采煤層及底板灰?guī)r的解釋精度不高，與滿足煤礦安全生產(chǎn)要求存在差距。為充分利用已揭露的巷道及鉆孔資料，采用三維地震資料處理解釋新技術、新方法，將原有的資料進行精細處理解釋，提高了地震勘探的精度和解決地質(zhì)問題的能力，給下一步礦井開拓和采區(qū)布置提供可靠地質(zhì)依據(jù)。本文論述了P2煤礦原始地震資料精細處理解釋、深度挖掘潛在的地質(zhì)信息及取得的明顯應用效果。

1 采區(qū)概況

P2煤礦采區(qū)常規(guī)三維地震勘探分為三期完成，滿覆蓋控制面積為8.1km2。煤系地層均被新生界松散層覆蓋，其厚度為199～315m，下伏地層從老到新有奧陶系中下統(tǒng)馬家溝組；上石炭統(tǒng)太原組；下二疊統(tǒng)山西組、下二疊統(tǒng)下石盒子組、上二疊統(tǒng)上石盒子組；上二疊統(tǒng)石千峰組。

主采煤層屬于二疊統(tǒng)山西組、石盒子組，A組煤、4煤、8、11-2、13-1煤。A煤層穩(wěn)定，平均厚4.36m，位于4煤層下約99m；4煤層穩(wěn)定，厚度1.36～4.99m，位于8煤層下約106m；8煤層較穩(wěn)定，厚度為1.06～4.98m，位于11-2煤層下約69m；11-2煤層較穩(wěn)定，厚度為1.46～2.47m；位于13-1煤層下約80m；13-1煤層穩(wěn)定，厚度0.91～4.98m。地層傾角5°～25°，埋深500～1000m。

采區(qū)構(gòu)造較為復雜，上部8、11-2、13-1煤層正在采掘，掘進中發(fā)現(xiàn)原資料解釋的斷層位置不準、有遺漏小斷層現(xiàn)象，解釋的斷層沒有被揭露。常規(guī)資料采集時，只考慮了淺部煤層，沒有兼顧到下層煤和灰?guī)r反射波。深部主采煤層4煤、A組煤、隔水層灰?guī)r沒有準確控制構(gòu)造發(fā)育情況。因此，精細處理解釋的重點是解釋A組煤至奧灰段的斷裂構(gòu)造、陷落柱、溶洞等，標定太灰?guī)r層位及奧陶系灰?guī)r頂界面，為注漿治理水患提供可靠基礎資料。

2 資料精細處理

測區(qū)各區(qū)塊原始資料是由不同單位采用不同的觀測系統(tǒng)、不同型號儀器及檢波器在不同時間采集得到的，必然導致單炮資料存在著振幅、頻率及相位差異，聯(lián)片處理會影響同相疊加和成像效果。

（1）原始單炮記錄分析。主要噪聲為規(guī)則噪聲主要是面波、線性干擾，不規(guī)則噪聲包括野值和隨機噪聲等；地表高差不大，但低速帶速度或厚度有變化，從圖1單炮初至觀察到明顯的起跳不齊的現(xiàn)象，有明顯的靜校正問題；深部目的層反射波能量較弱、信噪比較低；單炮主頻存在差異。精細處理重點是解決小構(gòu)造斷點的準確歸位，反映清晰，回轉(zhuǎn)波收斂到位，不產(chǎn)生假構(gòu)造，各種地質(zhì)異常在時間剖面上能真實反映，易于識別，同時要保證太灰、奧灰頂界面的反射波基本能夠追蹤。在精細資料處理中，總結(jié)前期處理經(jīng)驗，抓住地震波“高信噪比、高保真度，高分辨率”這一核心展開工作。

圖1 沒有做靜校正處理的原始單炮記錄

（2）處理成果。在先進的工作站上采用了新方法、新技術及高版本資料處理軟件，重點抓住了聯(lián)片處理的空間準確定位、層析靜校正、速度分析、疊前時間偏移技術等主要環(huán)節(jié)。嚴格的觀測系統(tǒng)定義，三個相鄰的不同區(qū)塊實現(xiàn)了無縫對接，先進的處理技術方法既突出了各主采煤層反射波的信噪比、連續(xù)性，又保證了波的動力學特征，為巖性解釋奠定了基礎。采用目標處理，針對深部煤層及灰?guī)r的反射波能量較弱，在常規(guī)地表一致性預測反褶積后串聯(lián)零相位反褶積，使深部反射波能量增強，提高了深部煤層及太灰、奧灰頂界面反射波信噪比，獲得了質(zhì)量較高的時間剖面，有利于可靠對比追蹤層位，為下部煤層的開采及灰?guī)r防治水提供了有利依據(jù)。

（3）精細處理模塊參數(shù)與原處理對比。原處理采用全三維折射靜校方法來做野外一次靜校正，在此基礎上做剩余靜校正，資料有改善。精細處理采用層析反演方法獲取了近地表低降速帶速度結(jié)構(gòu)，反演效果較好，改善明顯。精細處理后頻帶展寬，分辨率提高了，有利于小構(gòu)造的解釋。原處理采用疊前部分偏移，精細處理采用疊前時間偏移。突出了疊前偏移優(yōu)勢，取得了較好的效果。精細處理前、后成果對比如下：

①原資料時間剖面，從圖2可以看出，波形特征不明顯，同相軸雜亂，連續(xù)性較差，構(gòu)造反映不明顯；精細處理剖面圖3波形特征活躍，層次分明，頻率較高，連續(xù)性較好。

圖2 原處理時間剖面圖

圖3 精細處理時間剖面圖

②原資料時間剖面，新生界底屆面反射波不清晰，向斜收斂不好，頻率較低，斷點模糊，構(gòu)造特征不明顯（見圖4）；圖5為精細處理剖面，背、向斜收斂較好，褶曲形態(tài)反映明顯，角度不整合清晰，斷點收斂好，上、下盤反映清楚。

圖4 原處理時間剖面褶曲形態(tài)圖（收斂不好）

圖5 精細處理時間剖面褶曲形態(tài)圖（收斂好）

③目標處理適當提高深部地層反射波信噪比，有利于對4煤層、A組煤、灰?guī)r頂板起伏形態(tài)及構(gòu)造發(fā)育情況解釋控制。從圖6原資料時間剖面分析，深部煤層反射波較弱，太灰?guī)r、奧灰頂界面反射波基本難以連續(xù)識別，不能可靠反映斷裂發(fā)育情況，解釋準確率較低，很可能遺漏斷層，存在著斷裂導水的潛在威脅；從圖7精細處理剖面看，太灰反射波連續(xù)性得到改善，剖面反射波信噪比提高，構(gòu)造現(xiàn)象較明顯，基本可追蹤解釋，提高了解釋精度。

圖6 原處理時間剖面圖（深部反射波較弱）

圖7 精細處理時間剖面圖（深部反射波較好）

3 資料精細解釋

地震資料精細解釋，總結(jié)了前期解釋成果經(jīng)驗，利用精細處理的數(shù)據(jù)體，采用先進的技術手段，糾正解釋錯誤，發(fā)覺沒有解釋出來的小構(gòu)造及地質(zhì)異常體，提高勘探的分辨能力和解釋精度。充分利用人機聯(lián)作交互解釋系統(tǒng)，從三維數(shù)據(jù)體入手，以聯(lián)井剖面為基礎，對主干剖面解釋。建立主要煤層反射波與鉆探地質(zhì)分層的對應關系，確定構(gòu)造、追蹤拾取層位數(shù)據(jù)快捷準確。提取多種地震屬性，以切片技術為手段，進行構(gòu)造及巖性解釋。

（1）構(gòu)造解釋。就是運用地震波的運動學及動力學特征確定其對應的地質(zhì)形態(tài)、空間位置，進而推測地層的厚度、層間接觸關系及斷裂發(fā)育等地質(zhì)信息。精細解釋了采用相干體、構(gòu)造體、曲率體、螞蟻多種地震屬性技術綜合分析解釋，有效識別細小構(gòu)造及地質(zhì)異?，F(xiàn)象。

①利用方差體及構(gòu)造體解釋。方差體、構(gòu)造體技術的核心，就是求取整個三維數(shù)據(jù)體中所有樣點的方差值，在一個時窗內(nèi)計算某一數(shù)據(jù)道與其周圍數(shù)據(jù)道平均值之間的方差，然后加權(quán)歸一化即可求得該點的值，它壓制一致性數(shù)據(jù)，突出不連續(xù)數(shù)據(jù)；構(gòu)造體考慮到傾角屬性并保持振幅不變，突出斷裂特征。水平切片對斷層、特殊地質(zhì)體的分辨力遠高于常規(guī)振幅時間切片。因此，方差體、構(gòu)造體切片可以展示斷層、檢測裂縫發(fā)育帶、陷落柱、古河道體系等地質(zhì)現(xiàn)象。

②曲率解釋。曲率屬性是一種新的地震資料解釋方法，利用底層的彎曲程度進行構(gòu)造解釋和煤層分析，根據(jù)地質(zhì)體的曲率變化實現(xiàn)對斷層、裂縫、彎曲和褶皺等構(gòu)造的有效區(qū)別。曲率屬性對構(gòu)造形態(tài)的變化非常靈敏，細微的變化在曲率中也能夠反映出來，當?shù)貙又写嬖跀鄬踊蛘叩刭|(zhì)異常時，它的構(gòu)造形態(tài)就會發(fā)生突變。通過提取曲率屬性，從圖8可以看出它不僅反映了大的斷裂系統(tǒng)的分布，而且小斷層和地質(zhì)異常反映也非常清晰。

圖8 沿層曲率切片構(gòu)造展布圖

③螞蟻追蹤技術。螞蟻追蹤算法是一種復雜的地震屬性，其原理就是在地震數(shù)據(jù)體中設定大量的電子螞蟻，類似于螞蟻在其巢穴好食物源之間，利用可吸引螞蟻的信息素傳達信息，以尋找路經(jīng)。其算可增強邊界特征，突出特殊地層的不連續(xù)性，可以更加精細的識別細小構(gòu)造及斷層尖滅位置。螞蟻體融合技術，對A組煤至奧陶系灰?guī)r之間地震波低速異常進行了綜合分析研究，預測了地震波低速異常分布狀況。

（2）巖性解釋。地震資料的巖性解釋就是綜合利用地震、地質(zhì)鉆探等資料進行煤層厚度預測、巖漿侵蝕范圍圈定的解釋與分析，突出了地震波的動力學特征。利用目的層振幅屬性及譜分解技術，解釋圈定了巖漿巖侵蝕煤層范圍、查找煤層中可能存在的陷落柱、預測主要煤層厚度變化趨勢。

4 精細解釋成果與前期成果對比

采用多種地震屬性識別技術，注重前期成果及巷道地質(zhì)資料的研究，進行立體解釋，總體構(gòu)造形態(tài)格局清晰、構(gòu)造控制可靠，成果更加符合實際地質(zhì)情況。

（1）煤層發(fā)育的斷層對比。原資料解釋組合331條斷層，精細解釋組合309條斷層。精細處理的數(shù)據(jù)體采用的流程、參數(shù)更加先進合理，地質(zhì)體空間歸位準確，褶曲形態(tài)反映明顯。原資料解釋的部分小斷層，是處理的時間剖面反射波同相軸為褶曲形態(tài)收斂不準導致，不是實際斷層所為。精細解釋保留了142條斷層，修改了10條斷層，新發(fā)現(xiàn)147條斷層，對落差3m的斷層及波幅3m的褶曲給予標出。

（2）三灰下和奧灰頂板形態(tài)及構(gòu)造解釋。原資料對灰?guī)r頂?shù)装逍螒B(tài)沒有控制，也沒有解釋發(fā)育的構(gòu)造。精細解釋控制了太灰、奧灰頂板起伏形態(tài)。太灰解釋了83條斷層，其中A煤組至太灰68條，斷太灰15條；奧灰頂界解釋了斷層50條：其中A煤組至奧灰頂界27條，太灰至奧灰頂界4條，斷奧灰頂界19條。

（3）精細解釋成果與巷道揭露的實際情況對比，驗證了精細處理成果及解釋的準確性，以便判定其它未經(jīng)驗證成果的可靠性。已驗證的斷層有5條：DF32-2、DF47、DF494、DF31、DF15。

（4）精細解釋采用屬性技術，預測了4煤層至奧灰地層之間的裂隙發(fā)育情況，發(fā)現(xiàn)灰?guī)r多處反射波特征表現(xiàn)為透鏡狀。為灰?guī)r裂隙水治理提供了地質(zhì)依據(jù)。

5 結(jié)束語

通過運用新技術、新方法對老地震資料的精細處理解釋，成果準確性已經(jīng)得到采掘巷道的驗證，不僅提高了構(gòu)造解釋精度，同時也證實了資料精細處理解釋的必要性。疊前時間偏移技術能夠使空間成像更準確，斷點收斂更清晰；解釋軟件的更新，在地震屬性提取方面有很大優(yōu)越性，多屬性分析技術可全方位觀測斷裂的展布，為精細解釋提供了有效手段；目標處理解釋對深部煤層賦存形態(tài)、造構(gòu)發(fā)育情況及其它異?，F(xiàn)象，結(jié)合巷道揭露的地質(zhì)信息進行綜合分析、認識，使處理、解釋人員能夠把握重點、難點，從而提高地震地質(zhì)成果精度。