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，但現(xiàn)有煤田三維地震數(shù)據(jù)處理解釋技術尚未充分挖掘地震數(shù)據(jù)包含著的豐富的構造、巖性及物性信息，且與鉆井等地質(zhì)資料的結合度不高。J.B.Sangree說過“我們只利用了20%的地震數(shù)據(jù)信息。隨著地震屬性的應用，地震資料的利用率增加到了35%”[1]，因此，研究與應用新的采區(qū)地震數(shù)據(jù)處理解釋理論與方法，對三維地震資料的地質(zhì)動態(tài)解釋，進一步發(fā)掘三維地震數(shù)據(jù)的潛力，開展小微地質(zhì)構造超前精準識別及煤層賦存預測研究，會持續(xù)提高地震資料的利用率和解釋精度，對煤礦采區(qū)的合理布置、主巷道的開拓、綜采工作面開采地質(zhì)條件的評價、避免和減少地質(zhì)風險等方面具有重要理論及現(xiàn)實意義。

隨著三維地震勘探技術的不斷更新和采掘的不斷深入，多個煤礦開始對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，進行三維地震礦井的面積達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)任務要求等問題。針對這些問題，潞安環(huán)能集團多個礦區(qū)進行了三維地震資料精細解釋。迄今為止，潞安礦區(qū)余吾、常村、漳村、李陽等多個礦井二次處理解釋面積已達70km2，通過二次精細解釋，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，沁水塊坳東部次級構造單元沾尚-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。

礦井構造屬典型的新華夏系構造，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、厚度誤差及構造誤差。深度誤差主要表現(xiàn)為標高、傾角、幅度等，構造誤差主要表現(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)達不到規(guī)范或設計要求[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，也取決于最為基礎的激發(fā)和接收位置的準確性。

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)一基準面靜校正過程中，替換速度的選擇會影響數(shù)據(jù)體的空間形態(tài)，一般根據(jù)覆蓋層的平均速度進行選擇，替換速度高于反射波在地層中的實際傳播速度，填充或削減部位的校正量就比實際的小，褶曲幅度變??；如果替換速度小于反射波在地層中的實際傳播速度，填充或削減部位校正量就會比實際的大，褶曲幅度變大，在對疊加數(shù)據(jù)體進行偏移歸位時會造成構造的位置不準確等問題。因此資料處理中的速度分析工作要精細[9]。

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

5)時深轉(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)驗誤差即人為解釋與分析誤差。 對礦井地質(zhì)規(guī)律的認識程度會造成解釋誤差。

3 精細解釋方法

3.1 數(shù)據(jù)加載的精細

由于從普遍使用1954年北京坐標系到1980年西安坐標系到現(xiàn)在的2000坐標系，前后不到20a時間，由于推廣與精度的需要，有的礦井響應號召將采掘資料使用的坐標系進行了修改，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)報告等，由于一些鉆孔資料是20世紀60、70年代的紙質(zhì)資料，修改的難度較大，而在1954坐標系與1980坐標系混用的年代，有的圖紙沒有標注坐標系，如果技術人員調(diào)動或者精力不夠集中極易造成坐標系張冠李戴的現(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)一坐標系。

3.2 精細的速度分析

速度分析的精度決定了時深轉(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資料處理各種速度的分析是提高時深轉(zhuǎn)換精度的關鍵。

3.3 時間剖面與揭露資料精細的對比分析

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

3.4 水平切片與時間剖面綜合解釋斷層、陷落柱

利用水平切片解釋地質(zhì)構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間剖面綜合解釋能夠提高解釋的精度。當部分位置分辨率較低時，可以根據(jù)附近錯斷干脆的點進行連接，投影到時間剖面上，由閉合點確定斷層位置。

3.5 加密解釋網(wǎng)度

由于潞安礦區(qū)陷落柱發(fā)育，加密解釋對細微構造特別是小的陷落柱解釋至關重要。

3.6 屬性分析技術的應用

即使加密解釋也會遺漏一些細微構造異常，因此，科學運用地震屬性技術快速、高效、準確地識別肉眼不能識別的細微特征是精細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。它主要通過對疊前、疊后地震數(shù)據(jù)進行數(shù)學變換，導出有關地震波的幾何形態(tài)、運動學特征、動力學特征和統(tǒng)計學特征的特殊屬性值。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行綜合解釋分析才能夠精確地刻畫地質(zhì)構造。因此地震時間剖面解釋的網(wǎng)度加密要在屬性分析的基礎上進行，根據(jù)地震屬性參數(shù)對斷層、陷落柱、煤層厚度及結構、巖性等的敏感性進行針對性選擇對應的屬性解釋各類地質(zhì)現(xiàn)象。

3.7 譜分解技術的應用

譜分解技術是通過“傅氏變換”或“最大熵”法將時間域的地震數(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)對三維地震數(shù)據(jù)進行全頻段掃描、成像，改善和提高地震資料對地質(zhì)異常體的分辨能力[11]。

在應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較大的斷層與陷落柱，而高頻率切片主要反映相對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、方差體結合的解釋思路，應用中低頻切片解釋主干斷層與大陷落柱，在此基礎上應用中高頻切片識別解釋小斷層與小陷落柱。據(jù)此實現(xiàn)對構造的精細解釋。

3.8 文字插圖的制作

對于礦井生產(chǎn)人員來說，對地震解釋工作站使用、解釋都不熟悉，報告文字的精細程度決定了其對礦井生產(chǎn)的幫助程度。因此，一條斷層、一個陷落柱或者褶曲形態(tài)需要解釋人員從多個方向的多條測線、水平切片、屬性資料等進行說明，并標注測線、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)資料應悉數(shù)標注。

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時間剖面上看，8～15#煤層反射波組斷點錯斷清晰，逆斷層產(chǎn)狀明顯，煤層反射波有重復現(xiàn)象，斷層條帶內(nèi)T8與T15反射波時差變大；符合逆斷層的受力特點，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時間剖面上顯示時差約15ms，計算斷層最大落差大于20m。

A X384時間剖面； B X416時間剖面； C X448時間剖面；D X480時間剖面； E 沿T15波方差屬性切片；F水平等時切片； 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應位置的時間剖面特征Figure 1 Fault MF1 attribute slice display and corresponding position time sectionfeatures

4.2 修正陷落柱

LY區(qū)精細解釋前沒有發(fā)現(xiàn)陷落柱，而精細解釋成果為22個陷落柱(圖2)，其原因在于對資料認識的程度不夠和對區(qū)域地質(zhì)規(guī)律認識的不足。

圖2 LY區(qū)時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)體的真實形態(tài)。加上當時時深轉(zhuǎn)換的已知點較少，致使底板深度偏離較大(圖3)。若要在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)體上通過時深轉(zhuǎn)換獲得煤層的真實形態(tài)，就需要足夠多的已知點或鉆孔，根本的解決方式就是重新處理解釋。

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

5 結論及建議

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

2)技術人員分析方式的差異和經(jīng)驗的問題會導致解釋結果的不同，建議同一礦區(qū)的資料由不同的解釋人員進行解釋，對存在差異的解釋結果進行論證后確定最終成果再交付礦方使用。

3)應用地震屬性技術、譜分解技術等新技術對地震資料進行綜合解釋。

4)建議項目結束后原始數(shù)據(jù)及時提交礦方，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)坐標系。將新技術用于二次處理和精細解釋中，為潞安礦區(qū)礦井開拓提供更加準確的地質(zhì)資料[12-13]。