三維地震解釋技術(shù)在煤田勘探中的應(yīng)用

侯丁根，黨飛航，張 巖，羅任植，武 浩

（陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005）

0 引 言

三維地震勘探以其獨特的優(yōu)越性在煤田勘探中受到越來越多的重視，對煤礦而言，開展工程往往以較小的經(jīng)濟成本獲得較大的生產(chǎn)效益，為煤礦安全、高效生產(chǎn)提供了地質(zhì)依據(jù)。常規(guī)三維地震勘探中的地震地質(zhì)解釋工作主要涉及波組特征對比、層位追蹤、斷層組合[1-3]、屬性切片[4]以及波阻抗反演[5-6]等技術(shù)，本文基于上述技術(shù)，選取特征顯著者對研究區(qū)的地質(zhì)特征進行深入分析。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)處于鄂爾多斯盆地中部次級構(gòu)造單元陜北斜坡中南部（圖1），整體為一單斜構(gòu)造，巖層傾向NWW，局部發(fā)育有寬緩的短軸狀向斜、背斜及鼻狀隆起等次級構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的褶皺、斷裂，亦無巖漿活動痕跡。

圖1 區(qū)域構(gòu)造綱要圖Fig.1 Regional structure outline

研究區(qū)地表全部被第四系松散沉積物覆蓋，主要有全新統(tǒng)風(fēng)積沙（Q42eol）、上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Q31s）。鉆孔揭露的地層自上而下有侏羅系中統(tǒng)安定組（J2a）、直羅組（J2z）、延安組（J2y）及下統(tǒng)富縣組（J1f），三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組（T3w）等。主要煤層為2煤、3-1煤、5煤、7煤及9煤。

2 采集方法

根據(jù)鄰區(qū)以往施工經(jīng)驗，結(jié)合研究區(qū)試驗資料，此次三維地震勘探工程采用10線8炮束狀觀測系統(tǒng)，中間放炮，縱向觀測系統(tǒng)為639.77-10-20-10-639.77，線距40 m，炮距20 m，覆蓋次數(shù)24次。

3 地震地質(zhì)解釋

3.1 構(gòu)造解釋

在時間剖面上分辨斷點，并由粗到細地進行反復(fù)對比。解釋中充分利用工作站解釋系統(tǒng)的縮放、多窗口動態(tài)顯示、多參數(shù)顯示等方法對斷點進行識別解釋。

斷層導(dǎo)致波形、頻率及振幅產(chǎn)生差異，致使地震波動力學(xué)特征受到影響，主要表現(xiàn)為反射波能量減弱或缺失，反射波波形與頻率發(fā)生明顯變化。經(jīng)分析，研究區(qū)未發(fā)現(xiàn)落差大于5 m的斷層，僅解釋了2條落差小于5 m的斷層，分別為DF1、DF2斷層，其中DF2斷層在時間剖面上的顯示如圖2所示。

圖2 DF2斷層在時間剖面圖上的反映Fig.2 The reflection of No.DF2 fault on time profile

時間剖面上煤系地層反射波的高低起伏可直觀反映出地層的褶曲形態(tài)，如圖3所示，研究區(qū)煤系地層為走向NNE、傾向NWW的單斜，在單斜的西北部發(fā)育有微小褶曲。

圖3 褶曲在時間剖面圖上的反映Fig.3 The reflection of folds on time profil

3.2 煤厚解釋

通過三維地震資料預(yù)測煤層厚度的空間變化情況，以往采用過較多方法[7-8]，但各種方法均有其假設(shè)前提及適用范圍，到目前為止，煤厚預(yù)測的精度仍不能滿足圈定和參與煤炭資源儲量計算的需求，因此仍在不斷地探索之中。

預(yù)測煤厚的方法大致歸納為3類：①時間域與頻率域上利用薄層與反射波振幅或能量成準(zhǔn)線性關(guān)系，進行煤厚估算；②直接反演方法，主要是根據(jù)薄層理論推導(dǎo)出計算煤厚公式的方法；③統(tǒng)計分析法，利用反射波運動學(xué)與動力學(xué)重要特征參數(shù)與厚度的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系來預(yù)測薄層厚度。

以測井?dāng)?shù)據(jù)作為約束條件，采用波阻抗反演方法對煤厚進行解釋，反演剖面如圖4所示。該方法利用了大量測井資料計算的反射系數(shù)，反演結(jié)果高于地震剖面分辨率，刻畫的煤厚輪廓相對清晰，具有一定的參考性。

圖4 波阻抗反演剖面Fig.4 Wave impedance inversion profile

以2煤為例，時間域地層厚度分布如圖5所示。2煤厚度自東向西整體呈厚—薄—厚的變化趨勢，厚度為4.5～5.5 m，變化范圍較小。其中，最厚處位于南采區(qū)西部，厚度約為5.5 m，最薄處位于北采區(qū)西部，厚度約為4.5 m。最厚處與最薄處相差約1 m，表明煤層厚度分布較為穩(wěn)定。

圖5 2煤地層厚度分布圖Fig.5 No.2 coal seam thickness distribution

3.3 沖刷解釋

根據(jù)鄰區(qū)經(jīng)驗，頻率屬性對煤層的古河流沖刷特征反應(yīng)敏感，已經(jīng)多次取得了良好的驗證效果。此次對地震數(shù)據(jù)進行頻譜分解，在30、50、70及100 Hz的頻率體上，沿煤層頂板獲取4種不同頻率的切片（圖6）。

圖6 不同頻率的2煤頂板切片F(xiàn)ig.6 No.2 coal seam roof slice of different frequency

通過對比分析，頻率切片中未出現(xiàn)條帶狀彎曲的河流形態(tài)，且各鉆孔中的煤層頂板未揭露礫巖、粗砂巖等典型的河流相沉積巖性，因此研究區(qū)未發(fā)現(xiàn)古河流沖刷現(xiàn)象。

3.4 煤層缺失解釋

區(qū)內(nèi)3-1煤局部可采，且厚度較薄，存在一定的缺失范圍。采用時間剖面和頻率屬性分析技術(shù)，結(jié)合鉆孔資料，綜合解釋了3-1煤的缺失邊界。

煤層缺失現(xiàn)象在時間剖面上主要表現(xiàn)為反射波同相軸的間斷、不連續(xù)或消失，在頻率屬性圖上表現(xiàn)為煤層對應(yīng)色表的缺失，結(jié)果如圖7所示。

圖7 3-1煤在頻率屬性圖上的缺失范圍Fig.7 The missing range of No.3-1 coal seam on frequency attribute diagram

由圖7可知，3-1煤的缺失范圍位于研究區(qū)東北部和東南部，缺失范圍靠近勘探邊界，且范圍較小，因此對工作面的布設(shè)影響微弱。

4 結(jié) 論

（1）通過時間剖面分析，研究區(qū)主要煤層整體呈走向NNE，傾向NWW的單斜形態(tài)，西北部發(fā)育微小褶曲。解釋了正斷層2條，落差均小于5 m，呈現(xiàn)出構(gòu)造程度簡單的特征。

（2）采用波阻抗反演方法，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)煤層自東向西先由厚變薄再逐漸加厚，但變化范圍較小。2煤的最厚處與最薄處相差僅為1 m，表明煤層厚度的空間分布較為穩(wěn)定。

（3）采用時間剖面和頻率屬性相結(jié)合的分析方法，結(jié)合鉆探資料驗證，未發(fā)現(xiàn)古河流的沖刷現(xiàn)象。3-1煤的缺失范圍位于研究區(qū)東北部和東南部，但分布范圍較小。