淺談幾種地震屬性技術(shù)在煤田地震勘探構(gòu)造解釋中應(yīng)用及效果

劉 建，席井昌

（山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西運(yùn)城044004）

1 概述

雖然早在20世紀(jì)70年代末就在油氣開發(fā)勘探階段就已經(jīng)開展了三維地震試驗(yàn)性的探索，但一直到20世紀(jì)末才在煤炭地質(zhì)構(gòu)造勘探時(shí)得到較好地應(yīng)用。隨著三維地震勘探精度的逐步提高和解決地質(zhì)問題能力的日益增強(qiáng)，三維地震勘探技術(shù)已經(jīng)成為煤田開發(fā)勘探階段的主要常規(guī)手段之一。常規(guī)三維地震勘探資料解釋的思路，主要是利用時(shí)間剖面上反射波組同相軸的變化，來解釋構(gòu)造。隨著科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)的高速發(fā)展，目前大部分煤礦，均實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，常規(guī)三維地震勘探資料解釋技術(shù)已經(jīng)不能滿足礦井安全生產(chǎn)的要求，特別是對(duì)小構(gòu)造體識(shí)別能力。這就對(duì)煤田三維地震勘探提出了更新、更高的要求。

通過多年的不斷實(shí)踐和反復(fù)驗(yàn)證，油氣藏領(lǐng)域的地震屬性技術(shù)完全能夠用于煤田三維地震勘探。它不僅能夠解決各種巖性問題，同時(shí)也能解決小構(gòu)造（落差較小的斷層、長(zhǎng)軸較短的陷落柱）問題，而這些地質(zhì)問題正是當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)所遇到的困境之一，迫切需要解決的問題。

地震屬性是指通過一系列處理和數(shù)學(xué)算法從地震數(shù)據(jù)（疊前或疊后）中提取出來的有關(guān)地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)屬性、幾何學(xué)屬性、動(dòng)力學(xué)屬性和統(tǒng)計(jì)學(xué)屬性的特殊度量值。地震屬性包括地震剖面屬性、目的層層位屬性和體屬性，在煤田地震勘探中我們常用的是目的層層位屬性。

地震屬性技術(shù)的重點(diǎn)是在于屬性提取，然后是屬性的分析和利用，最后進(jìn)行預(yù)測(cè)。目的層層位屬性就是沿我們所需要研究的目的層的層面根據(jù)界面開一個(gè)合適的時(shí)窗提取各種地震信息，具體提取方法：瞬時(shí)提取、單道分時(shí)窗提取和多道分時(shí)窗提取。屬性的提取時(shí)窗很重要，開的時(shí)窗大了，包含的信息多了，同樣包含很多不必要的信息；時(shí)窗開小了，會(huì)丟失點(diǎn)所需要的信息。這些都會(huì)給解釋帶來麻煩。一個(gè)完整的屬性體，其最大特點(diǎn)就是能產(chǎn)生有相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，從而提供地震信號(hào)逐道之間的連續(xù)性和相似性的有用信息。將固定的三維數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為能反映一定地球物理特征的新三維數(shù)據(jù)體。

2 煤田勘探中幾種常用的屬性體

2.1 方差體屬性

三維地震數(shù)據(jù)體是反映地下一個(gè)規(guī)則網(wǎng)格的反射波的發(fā)育情況，當(dāng)遇到斷層、陷落柱或其他地質(zhì)異常時(shí)，一些地震道的反射波的特征就會(huì)與其他地震道的反射波的特征之間有差異。方差數(shù)據(jù)體技術(shù)就是利用地震信號(hào)相鄰兩道或多道之間的差異性來直接描述地層、巖性等的橫向變化，特別是在識(shí)別落差較小的斷層、判斷斷層正確性及確定斷層面在空間上的分布形態(tài)和變化趨勢(shì)等方面有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

方差體計(jì)算方法就對(duì)地震數(shù)據(jù)體中所有的樣點(diǎn)求取方差值，從而得到與地震數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的方差體數(shù)據(jù)。在解釋過程中，用方差數(shù)據(jù)體的透明及立體顯示、可以旋轉(zhuǎn)等技術(shù)可以直觀地了解整個(gè)勘探區(qū)的總體地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，查看斷層和陷落柱及其他地質(zhì)異常體的空間展布情況。

三維地震數(shù)據(jù)包含了大量的地震地質(zhì)信息，如斷層、陷落柱及某些地層變化等信息。三維方差體技術(shù)能夠?qū)θS地震地質(zhì)信息自動(dòng)拾取，特別是識(shí)別斷層、陷落柱及地層不連續(xù)變化，準(zhǔn)確解釋含煤地層中落差更小的斷層(5m左右)和長(zhǎng)軸較短的陷落柱（20m左右），甚至能夠更加準(zhǔn)確地給出斷裂帶延展方向，直至探明更小的地質(zhì)異常體。

從圖1可以看出，在地震時(shí)間剖面上該斷層位置煤層反射波組有變化，但無法準(zhǔn)確判斷由何種原因引起的；在方差體切片上，我們可以清晰地看出該處反射波組變化由斷層導(dǎo)致，且延伸較長(zhǎng)，但落差較小，故時(shí)間剖面上無法分辨。因此，借助方差體屬性，可以幫助解釋人員準(zhǔn)確判斷斷層的分布形態(tài)和變化趨勢(shì)。

2.2 均方根振幅屬性

地震波場(chǎng)振幅屬性的變化可直接或間接地揭示或描述地層厚度。煤層在地質(zhì)上也是一種橫向厚度相對(duì)穩(wěn)定、連續(xù)巖性，因此煤層反射波振幅與煤層厚度肯定也存在著準(zhǔn)線性關(guān)系，我們同樣可以從地震反射波中提取振幅信息預(yù)測(cè)煤層厚度的變化趨勢(shì)，其理論依據(jù)為：

（1）當(dāng)煤層厚度大于等于地震波在煤層內(nèi)旅行的一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，層內(nèi)雙程時(shí)差等于或大于2T(約等于子波的延續(xù)時(shí)間)，這時(shí)煤層的頂、底板反射波可以分開，但極性相反。

（2）當(dāng)煤層厚度進(jìn)一步減小時(shí)，兩個(gè)反射波開始重疊形成一個(gè)反射波。每個(gè)反射獨(dú)立的信息越來越少，頂、底板反射波合成的信息越來越多。當(dāng)厚度為四分之一波長(zhǎng)(即雙程時(shí)差T/2為)時(shí),合成振幅達(dá)到最大，此時(shí)的煤層厚度就是所謂的調(diào)諧厚度。

（3）當(dāng)煤層厚度小于八分之一波長(zhǎng)時(shí)，只存在頂、底板反射的合成信息，而沒有單獨(dú)特性的信息，此時(shí)合成振幅減小，周期變短。

就是說，當(dāng)煤層厚度等于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，振幅出現(xiàn)最大；小于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，復(fù)合波形的形狀沒有變化，而振幅隨厚度的減薄繼續(xù)變小，但在合成振幅信息中依然包含著地層厚度的信息。

根據(jù)以上理論依據(jù)，結(jié)合鉆孔資料，我們可以預(yù)測(cè)煤層厚度變化趨勢(shì)。圖2就是我們利用均方根振幅屬性在山西省晉城某礦對(duì)3#煤層厚度變化進(jìn)行了預(yù)測(cè)，后期我們收集了一些鉆孔資料及礦方的掘井資料進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，準(zhǔn)確率達(dá)到68%，進(jìn)而說明用均方根振幅屬性可以預(yù)測(cè)煤層厚度是完全可以的。

2.3 “三瞬”屬性

在煤田三維地震勘探中，瞬時(shí)屬性參數(shù)剖面比常規(guī)的地震時(shí)間剖面能更好地排除干擾，識(shí)別異常，尤其是斷層和陷落柱，并對(duì)地下異常做出真實(shí)、客觀的評(píng)價(jià)。對(duì)于同一地質(zhì)體，如果三種瞬時(shí)屬性在同一位置發(fā)生明顯變化，那么該地質(zhì)體在該處的物性就發(fā)生了變化，進(jìn)而可以判斷該處出現(xiàn)了構(gòu)造異常或地層分層。在這三個(gè)屬性參數(shù)中，瞬時(shí)相位的分辨率最高，而瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)振幅的變化也較為直觀，所以通常根據(jù)瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)振幅屬性來確定地下構(gòu)造異常或地層分層的大概位置，然后利用瞬時(shí)相位，精確地確定該異?？臻g分布形態(tài)或分層輪廓線。

（1）瞬時(shí)相位屬性。瞬時(shí)相位是所選數(shù)據(jù)內(nèi)各地震道的相位值，它不管反射波的能量強(qiáng)弱都能顯示出它的相位，也就說在同一種地層中弱振幅的反射波在瞬時(shí)相位圖上也可以有很好的連續(xù)性，因此，瞬時(shí)相位是一種獨(dú)立于地震振幅的，它量度的是地震剖面上反射波同相軸的連續(xù)性，并且不受其它的地震屬性參數(shù)影響，能更好地反映構(gòu)造幾何形體的細(xì)節(jié)。當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诟飨蛲跃鶆蚪橘|(zhì)中傳播時(shí)，其相位是連續(xù)的；當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诟飨虍愋越橘|(zhì)中傳播時(shí)，其相位在異常位置將發(fā)生顯著變化，在瞬時(shí)相位屬性剖面圖中可以明顯看出不連續(xù)?；\統(tǒng)的說就當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ梢环N介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，在剛進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，地震波的因此利用瞬時(shí)相位必定發(fā)生改變，造成與以前的相位不連續(xù)。因此利用瞬時(shí)相位，能夠較好地對(duì)目的層構(gòu)造異常進(jìn)行分辨。當(dāng)瞬時(shí)相位圖像剖面中相位不連續(xù)時(shí)，就可以判斷該處存在構(gòu)造異?；虻刭|(zhì)分層。

從圖3可以清晰地看出，由于斷層和陷落柱的存在，破壞了煤層的連續(xù)性，

因此，斷層和陷落柱在瞬時(shí)相位剖面上，表現(xiàn)為同相軸中斷、錯(cuò)斷、消失、紊亂或同相軸不連續(xù)等現(xiàn)象。

（2）瞬時(shí)頻率屬性。瞬時(shí)頻率其實(shí)就是瞬時(shí)相位的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，是相位的時(shí)間變化率，它是與地層構(gòu)造和巖性變化相關(guān)聯(lián)的一種屬性。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ梢环N介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)界面時(shí)，地震波的頻率將在此刻發(fā)生明顯變化。這種變化可以在瞬時(shí)頻率圖像剖面中較為清楚地顯示出來。當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^斷層或陷落柱時(shí)，由于斷裂和塌陷處充填物的密度與傳播速度比完整地層密度和傳播速度低，入射波的高頻成分被充填物吸收而急劇衰減，因此，在瞬時(shí)頻率剖面上，反射波頻率表現(xiàn)為頻率降低（見圖4）。

（3）瞬時(shí)振幅屬性。瞬時(shí)振幅正比于該時(shí)刻地震信號(hào)總能量的均方根，是反射強(qiáng)度的量度。利用這種特征便于解釋特殊巖性的變化、不整合、斷層、陷落柱和古河道等地質(zhì)構(gòu)造。若目的層穩(wěn)定連續(xù)，則在瞬時(shí)振幅剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅特征；若目的層斷裂和陷落處充填了松散物，則在瞬時(shí)振幅剖面上表現(xiàn)為振幅異常（見圖5）。

3 結(jié)論

有些地質(zhì)構(gòu)造特別是小構(gòu)造在地震時(shí)間剖面難以準(zhǔn)確判定，解釋人員可以借助多種地震屬性體對(duì)比解釋，能夠較為準(zhǔn)確判定部分規(guī)模較小地質(zhì)構(gòu)造異常，并且能與時(shí)間剖面互相驗(yàn)證確定地質(zhì)異常的特征、規(guī)模及性質(zhì)，為礦井安全生產(chǎn)提供有力依據(jù)。