基于高分辨率地震资料的精细构造解释——以晋城寺河矿西采区为例<br/>

基于高分辨率地震资料的精细构造解释——以晋城寺河矿西采区为例

2012-06-17霍振龙徐延勇陈凤英陈鹏辉

科技视界 2012年2期

霍振龙徐延勇陈凤英陈鹏辉

（1.山西晋城无烟煤矿业集团寺河煤矿山西晋城 048006；2.中国矿业大学〈北京〉资源与安全开采国家重点实验室中国北京 100083；3.山西省长治市司马煤业公司通风部山西长治 047100)

在煤层开采过程中，断层、褶皱、陷落柱等都是不容忽视的地质构造，它们不仅破坏煤层连续性和井巷中围岩的稳定性，且会形成良好的导水通道或瓦斯聚集场所,成为煤层顶底状和性质及其分布情况，对矿井设计的优化、合理的布置采区和工作面开采均可提供可靠的地质依据。板突水和瓦斯突出的潜在危险。因此正确的识别和解释煤田的地质构造。

我国煤矿在上世纪90年代要求查明20米以上的断层，随着煤矿开采机械化的不断开展，对构造分布的查明要求不断提高，比如，要求在开采前预先知道小构造的分布情况，尤其是3米小断层的构造分布情况。目前在淮南的部分矿区，由于地震地质条件较好，实现小断层的构造解释，对于山西地区，由于地表的地形变化大，黄土厚，存在严重的静校正问题，常规地震资料处理解释方法难以满足精细解释的要求[1-2]。

选取寺河矿西采区的地震资料为例，通过采用先进的地震资料处理技术，尤其是对地震资料进行静校正工作，消除复杂地表条件的影响；在获得较好地震资料的基础上，通过结合已知构造分布，建立小构造的解释模式，进而依次解释模式对全区的地震资料进行解释，进而获得整个勘探区的精细构造分布。

1 高分辨率地震资料处理

在寺河矿地区，由于山区表浅层地震地质条件比较复杂，对地震波的采集会造成较大的干扰，对地震分辨率有较大损害。为了在解释和反演过程中能取得较好的效果，应有针对性地对地震资料进行处理。主要的处理技术如下：

1.1 叠前噪声压制

图1 面波压制前后炮记录

图2 折射静校正前后单炮记录

图3 振幅频率补偿前后单炮记录

通过调查分析原始数据,寺河矿区原始数据中主要存在强的面波和声波干扰,另外个别炮记录上还存在一些野值。利用多域分步噪音压制技术进行噪声处理，对全区的噪音都得到较好的压制，如图1。

图4 剩余静校正前叠加剖面

图5 剩余静校正处理后叠加剖面（迭代一次）

图6 剩余静校正处理后叠加剖面（迭代二次）

图7 剩余静校正处理后最终叠加剖面

1.2 静校正

从单炮记录看初值清楚，故采用初值折射静校正方法计算静校正量，基准面采用固定基准面，基准面高程850米。对单炮记录应用静校正，可以看出初至变光滑，目的层反射波连续性增强，如图2。

1.3 地表一致性振幅补偿

因激发和接受条件的差异，记录的地震数据能量和频率差异较大，地表一致性振幅频率补偿，可以有效减弱采集因素引起的地震数据的振幅和频率差异，如图3。

1.4 剩余静校正

剩余静校正量就是在CMP道集上进行动校正和高程静校正之后与标准双曲线之前存在的差值。在进行剩余静校正时主要的步骤有：（1）拾取层位时间（2）分解出震源和接收点静校正量、构造时差和动校正时差（3）在得到最佳剩余静校正量后，在进行NMO之前把得到的震源和接受点静校正量加到道集中去。这些静校正量应用于反褶积和抽道集之后的数据上，然后重新进行速度分析，得到新的速度可用于获得一致性最好的叠加剖面，结果如图4-图6所示。

1.5 叠前时间偏移

图8 叠前时间偏移结果（上）与原始资料（下）对比图

叠前时间偏移是复杂构造成像最有效的方法之一，根据叠前时间偏移的假设，在地层倾角较大，地下横向速度变化不明显的情况下，叠前时间偏移可以取得较好的效果，尤其是对于小构造的成像具有较好的效果。偏移叠前时间偏移一方面可以实现高精度的构造成像，另一方面还可以改善速度分析的结果。叠前时间偏移考虑了适应各种倾斜地层的DMO叠加，通过把绕射能量归为到其相应的绕射点上去，能够把存在于每一记录道中的反射波能量转移到其他真实的地下位置处，偏移精度明显提高。对该区地震数据体进行叠前时间偏移的效果如图8。

2 地震资料的精细构造解释

2.1 精细构造的解释模式

图9 西采区三维地震数据体

图10 西采区三维可视化图

经过全三维处理得到西采区三维地震数据体（如图9），三维数据体中蕴藏着丰富的地质信息。本次三维地震资料精细构造解释采用体-面-线-点相结合的全三维解释方法进行[3-5]。全三维解释的基本过程是，以三维可视化立体显示为基础（如图10），之后利用三维可视化技术对数据体进行多视角空间立体追踪，然后结合各种切片（如沿层切片、水平切片、面块切片）和各种地震剖面（如主测线、联络测线、任意测线、连井测线）进行层位和断层解释[6]，最后获得小断层、褶曲、煤层变薄带、冲刷带等地质解释成果。

本次解释的重点是在对地震资料的重新处理的基础上做精细构造解释，提高解释的精度。由于研究区部分已经开采，且揭露了部分断层，将这些断层的实际坐标输入解释系统，根据已揭露的断层，在地震剖面图和平面图上分别显示，之后提取不同的地震属性，找出已揭露的断层的属性特征，再依据该特征类推到整个研究区，得出全区的构造分布情况。

2.2 通过多属性地震数据体进行小构造解释

目前有较多学者都用地震属性来指导小断层的解释工作，并且在实际的应用中取得了较好的效果[7-12]。其中主要的属性技术有方差体属性，相干体属性，瞬时属性等。方差体属性是揭示地下异常体的一种有效方法，它更能清楚地识别断层和地层特征。方差体技术的特有算法是通过三维数据体来比较局部地震波形的相似性。相干值较低的点与地质不连续性如断层和地层、特殊岩性体边界密切相关。对相干数据体作水平切片图，可揭示断层、岩性体边缘、不整合等地质现象，识别构造和断层的分布,还能够减少复杂情况下人为因素造成的误差及由此而产生的多解性。瞬时属性是根据复地震道分析在地震波到达位置上抬取的属性，如瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率，并可由此导出许多其它的瞬时地震属性

图11 F21断层

图12 F22断层

根据实际的地质资料，可以得知，在西一南翼回风二巷垂直向下大概240米的地方有一实际揭露的逆断层F21，断距为4米，在以往的地震资料处理中没有该断层的响应，在此次的解释中断层F21在地震剖面上响应较为明显，且解释结果（包括断层的倾向，断距等）与实际情况吻合（如图11）。

另外，115井实际的柱状图对15号煤层的描述，此处的煤质较软，呈现出碎粒状，可以确定有断层或其他地质构造的影响，在本次地质构造解释中，断层F22直接穿过115井，与实际的地质资料吻合（如图 9）。

图13 已知断层（F21，F22）在瞬时相位属性体上的显示状态

由于规模较小的地质构造在地震剖面上的显示不是很明显，这就给解释工作带来诸多不便。大量的研究表明，利用不同的地震属性特征可以有效地解决这个问题。本次研究主要提取了方差体属性和瞬时相位属性，依据已知断层，瞬时相位属性与之吻合的较好（图13），因此，将已知断层在瞬时相位属性体上所表现出的特征推广到整个研究区，来指导小构造的解释工作，最终得出全区的构造情况（图14）。

在瞬时相位属性体上，有构造的区域会表现出不同的颜色，这样依据这一特征推广到全区，得出全区的地质构造情况。在如图14中所示的构造分布中，沿着红线的就是勘探区内的小断层分布情况，这些断层的落差大部分在5米左右，一组的走向为NNE,一组的走向为NWW，构造走向与区域大背景的情况相同。