董蕊靜

（中煤科工西安研究院（集團(tuán)）有限公司，陜西西安 710077）

0 引言

煤田地震勘探目前已經(jīng)發(fā)展到除了探明煤層賦存狀態(tài)之外，還要盡可能查明在煤礦開(kāi)采過(guò)程中可能會(huì)遇到的斷層、陷落柱等異常構(gòu)造的精細(xì)解釋階段，異常構(gòu)造探測(cè)面向的目標(biāo)體更小，要求的探測(cè)精度更高［1］。近年煤田地震勘探由常規(guī)勘探發(fā)展到高密度激發(fā)、大道數(shù)接收、寬方位角甚至全方位角、高覆蓋次數(shù)的高密度地震勘探，在此基礎(chǔ)上發(fā)展的基于偏移距矢量片的OVT 域處理解釋技術(shù)也進(jìn)入應(yīng)用階段，該技術(shù)可以充分利用高密度寬方位地震數(shù)據(jù)攜帶的信息，改善處理效果，提高處理解釋精度，進(jìn)一步提升煤田異常構(gòu)造探測(cè)精度［2-3］。

在煤田OVT 解釋技術(shù)中，常規(guī)做法是將全方位螺旋道集按照方位角平均劃分成為多個(gè)方位角道集，如常用的4 個(gè)方位角，生成4 個(gè)分方位剖面，在這些剖面上進(jìn)行異常構(gòu)造解釋。但異常構(gòu)造發(fā)育方向與尺寸是隨機(jī)的，以上規(guī)則劃分的方位角道集生成的剖面在微小異常構(gòu)造解釋時(shí)仍存在不足［4］。

本文對(duì)煤田“兩寬一高”高密度地震數(shù)據(jù)進(jìn)行OVT 域處理，得到螺旋道集，在該道集及其共方位角疊加數(shù)據(jù)體上檢測(cè)該異常構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)方位及有效偏移距，構(gòu)造優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)體，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行異常構(gòu)造解釋，本文以陷落柱解釋為例。

1 OVT域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

OVT 技術(shù)是針對(duì)寬方位地震數(shù)據(jù)發(fā)展起來(lái)的新的地震數(shù)據(jù)處理解釋技術(shù)，該技術(shù)在正交觀測(cè)系統(tǒng)中將整個(gè)地震數(shù)據(jù)按照檢波線和炮線劃分為若干個(gè)十字排列，每個(gè)十字排列道集對(duì)應(yīng)固定的線號(hào)和CDP 號(hào)，且按照炮線和檢波線等距離劃分為若干矩形，每個(gè)矩形即為一個(gè)OVT 片，其個(gè)數(shù)與炮線和檢波線交點(diǎn)個(gè)數(shù)相同。按照OVT 在十字排列中的位置構(gòu)建坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)為炮檢線交點(diǎn)，X軸為接收線，Y軸為炮線，OVT 片中心點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為偏移距，該連線與縱軸之間的夾角為方位角。按照以上原理對(duì)整個(gè)工區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行十字交叉道集抽取，將具有相同坐標(biāo)的OVT 向量片抽取出來(lái)得到OVT 道集，該道集包含了三維坐標(biāo)、偏移距及方位角，即為五維數(shù)據(jù)體［5-6］。

2 優(yōu)勢(shì)方位地震數(shù)據(jù)

郝守玲等通過(guò)物理模型驗(yàn)證測(cè)線方向與地質(zhì)異常發(fā)育方向平行時(shí)，反射時(shí)間最小、傳播速度最大、振幅最大，而當(dāng)測(cè)線方位與異常發(fā)育方向垂直時(shí)、反射時(shí)間增加至最大，波傳播速度最小、振幅最小，進(jìn)而定義了斷裂的優(yōu)勢(shì)方位道集［7-10］。通過(guò)分方位角剖面對(duì)比可知地震觀測(cè)的方位角方向垂直于構(gòu)造走向時(shí)，有利于構(gòu)造解釋，即為優(yōu)勢(shì)方位［11-13］。

基于以上原理，在煤田地震異常構(gòu)造探測(cè)中，通過(guò)對(duì)構(gòu)造異常中CMP 面元對(duì)應(yīng)的螺旋道集及其共方位角疊加數(shù)據(jù)體進(jìn)行優(yōu)勢(shì)方位及有效偏移距識(shí)別，通過(guò)采用合理的方位角、偏移距進(jìn)行優(yōu)勢(shì)道集疊加，生成優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)體，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行異常構(gòu)造精細(xì)解釋。該技術(shù)的提出彌補(bǔ)了OVT 技術(shù)中全方位以及方位角規(guī)則劃分的地震數(shù)據(jù)對(duì)異常構(gòu)造識(shí)別不足的問(wèn)題，使得異常構(gòu)造的刻畫更精細(xì)。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于淮北某礦，該礦區(qū)前期開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生過(guò)陷落柱突水事故造成淹井災(zāi)害，故在高密度地震勘探地質(zhì)任務(wù)中要求查明直徑大于20m 的巖溶陷落柱，要求擺動(dòng)范圍小于20m。故于2022 年進(jìn)行三維高密度地震勘探，觀測(cè)系統(tǒng)橫縱比為0.71，各個(gè)方向的地震數(shù)據(jù)比較全（圖1），且均勻分布，能夠較為全面的采集地質(zhì)信息，基于此對(duì)采集的高密度地震數(shù)據(jù)進(jìn)行OVT域處理。

圖1 高密度三維地震數(shù)據(jù)玫瑰圖Figure 1 Rosemap of high-density 3D seismic data

3.2 OVT域數(shù)據(jù)處理

對(duì)經(jīng)過(guò)靜校正、反褶積等常規(guī)處理之后的道集進(jìn)行OVT 處理。首先進(jìn)行OVT 排序，OVT 排序是OVT 處理的基礎(chǔ)，其本質(zhì)是使用共炮檢距道集在笛卡爾坐標(biāo)系下按照offsetX、offsetY進(jìn)行分組。在每一組十字排列中按照檢波線距和炮線距等間隔劃分得到的若干小矩形即為若干OVT道集。圖2為本研究區(qū)內(nèi)地震數(shù)據(jù)的OVT片分組示意圖。圖3為按照OVT片集合的順序抽取的OVT道集。

圖2 笛卡爾坐標(biāo)系下OVT分組Figure 2 OVT group in Cartesian coordinate system

圖3 OVT道集內(nèi)偏移距隨方位角分布Figure 3 Distribution of offset with azimuth in OVT gather

3.3 基于優(yōu)勢(shì)道集的異常構(gòu)造探測(cè)

本勘探區(qū)存在陷落柱，但在全方位地震剖面上陷落柱特征并不明顯，不能做到陷落柱邊界精細(xì)解釋，因此針對(duì)陷落柱區(qū)域內(nèi)的CMP 面元進(jìn)行優(yōu)勢(shì)道集選擇，其思路是首先選擇陷落柱區(qū)域中CMP 面元對(duì)應(yīng)的螺旋道集及其共方位角疊加數(shù)據(jù)體，根據(jù)振幅、走時(shí)選定優(yōu)勢(shì)方位，再根據(jù)優(yōu)勢(shì)方位確定合理的偏移距參數(shù)，得到最終的優(yōu)勢(shì)道集。

首先選擇陷落柱異常區(qū)域內(nèi)CMP 面元的螺旋道集進(jìn)行共方位角疊加，得到相同炮檢距道的全方位道集，在該道集上統(tǒng)計(jì)最弱振幅道集或者最大反射時(shí)間道集對(duì)應(yīng)的方位，該方位角即為檢測(cè)的針對(duì)當(dāng)前異常的優(yōu)勢(shì)方位。圖4為異常區(qū)域內(nèi)CMP面元的螺旋道集以方位角為關(guān)鍵字疊加得到的全方位角道集，對(duì)比圖4a中不存在異常構(gòu)造的全方位道集可見(jiàn)4b 道集中可刻畫異常構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)方位范圍為（70°～120°、240°～300°）（坐標(biāo)系統(tǒng)以正北為0°，方位角順時(shí)針增加）。

圖4 全方位角地震道集Figure 4 Omnidirectional angular seismic track collection

同時(shí)對(duì)以上面元的螺旋道集進(jìn)行各項(xiàng)異性分析，圖5為道集對(duì)應(yīng)的振幅切片，切片上振幅能量弱的方位即為陷落柱異常的優(yōu)勢(shì)方位，統(tǒng)計(jì)得到陷落柱優(yōu)勢(shì)方位近南北向（60°～120°，240°～300°）（坐標(biāo)系統(tǒng)以正東為0°，角度逆時(shí)針增加）。

圖6為陷落柱異常區(qū)域內(nèi)CMP面元螺旋道集的時(shí)差切片，該時(shí)差表示標(biāo)準(zhǔn)層與目的層間的時(shí)差，大時(shí)差方位對(duì)應(yīng)的異常構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)方位，分析可見(jiàn)在走時(shí)切片上陷落柱對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)方位近南北向（60°～110°，240°～290°）（坐標(biāo)系統(tǒng)以正東為0°，角度逆時(shí)針增加），以上兩組結(jié)果均證明該異常發(fā)育優(yōu)勢(shì)方位近南北向。故綜合共方位角疊加剖面及螺旋道集分析結(jié)果可見(jiàn)，參與精細(xì)解釋陷落柱的方位角范圍為（60°～120°、240°～300°）（坐標(biāo)系統(tǒng)以正東為0°，角度逆時(shí)針增加）。

圖6 陷落柱異常區(qū)域CMP點(diǎn)時(shí)差切片F(xiàn)igure 6 Time difference section of CMP point in abnormal area of collapse column

在選定優(yōu)勢(shì)方位之后，使用五維解釋中裂縫發(fā)育方向的預(yù)測(cè)功能，在優(yōu)勢(shì)方位的約束下在螺旋道集上進(jìn)行偏移距測(cè)試，選擇偏移距400m、600m、800m、1 000m 的道集進(jìn)行異常構(gòu)造裂縫發(fā)育方向的預(yù)測(cè)，通過(guò)圖7 分析可見(jiàn)當(dāng)偏移距達(dá)到800m 時(shí)，預(yù)測(cè)的陷落柱發(fā)育方向近南北，且隨偏移距的增加所預(yù)測(cè)的裂縫發(fā)育方向不再有大的改變，與前面預(yù)測(cè)的優(yōu)勢(shì)方位一致。針對(duì)本工區(qū)陷落柱，在優(yōu)勢(shì)道集的選擇時(shí)，偏移距參數(shù)為800m。

圖7 不同方位角陷落柱異常方向預(yù)測(cè)Figure 7 Prediction of abnormal direction of collapse column at different azimuths

經(jīng)過(guò)方位角及偏移距測(cè)試之后，最終選擇如圖8 所示的區(qū)域內(nèi)的優(yōu)勢(shì)道集重構(gòu)生成優(yōu)勢(shì)方位數(shù)據(jù)體，具體方位角范圍為（60°～120°、240°～300°）（坐標(biāo)系統(tǒng)以正東為0°，角度逆時(shí)針增加）。偏移距范圍為0～800m。圖9a 為全方位角全偏移距道集的疊加剖面，圖9b 為0°（337.5°～22.5°、157.5°～202.5°）方位角800m偏移距道集的疊加剖面，圖9c為45°（22.5°～67.5°、202.5°～247.5°）方位角800m 偏移距道集的疊加剖面，圖9d 為90°（67.5°～112.5°、247.5°～292.5°）方位角800m 偏移距道集的疊加剖面，圖9e 為135°（112.5°～157.5°、292.5°～337.5°）方位角800m 偏移距道集的疊加剖面，圖9f 為優(yōu)勢(shì)道集的疊加剖面，可見(jiàn)使用優(yōu)勢(shì)方位道集疊加的地震剖面上陷落柱特征更清楚，更符合剖面形態(tài)為反漏斗狀，空間形態(tài)為不規(guī)則塔狀的陷落柱形態(tài)，同相軸錯(cuò)斷的邊界更清晰，陷落柱位置、平面形態(tài)及尺寸更清晰。

圖8 優(yōu)勢(shì)地震道集方位角及偏移距范圍Figure 8 Azimuth and offset range of the dominant seismic track collection

圖9 陷落柱異常疊加剖面Figure 9 Collapse column abnormal superposition profile

4 結(jié)論

以地質(zhì)異常構(gòu)造對(duì)應(yīng)的地震數(shù)據(jù)及其道集上的優(yōu)勢(shì)方位為基礎(chǔ)，結(jié)合其在五維解釋時(shí)的振幅切片和時(shí)差切片進(jìn)行優(yōu)勢(shì)道集提取，使用優(yōu)勢(shì)道集對(duì)異常構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)解釋以達(dá)到提高地質(zhì)異常體解釋精度的要求。以淮北某礦陷落柱異常為例進(jìn)行優(yōu)勢(shì)道集提取及解釋，在優(yōu)勢(shì)道集生成的數(shù)據(jù)體上進(jìn)行異常構(gòu)造解釋，解釋精度高于全方位疊加剖面及規(guī)則劃分的分方位角疊加剖面，驗(yàn)證了該方法的合理性。