探测2m落差断层的地震模型研究

郑 文,程增庆,张国新,梁树民

1.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750

2.铁法煤业（集团）有限责任公司，辽宁调兵山 112700

0 前言

自1993 年煤炭采取三维地震勘探在煤矿应用以来，应用三维地震勘探成果在煤矿采区设计和巷道掘进取得了巨大的成功，三维地震勘探的应用极大地提高了煤矿至成果的精度。三十年的成果表明煤矿采区三维地震勘探可以达到的精度：实践证明煤炭采区二维地震勘探的成果精度可以达到在地震地质条件较好的地区时间剖面上发现落差大于5m 的断层，可以查明落差大于10m 的断层；应用煤矿采区三维地震勘探在地震地质条件较好的地区基本可以查明落差在5m 以上的断层，二落差在5m 以下断层的查出的程度不高，景观采用多属性技术可以发现一些落差较小的断层，但是由于处理剖面精度不高，往往造成落差小于5m 的微小断层正确率不高。本文通过数学模型研究，提出了查出落差小于5m 的微小断层的解释方法，并分析了它的应用效果和局限性。

断层在时间剖面上的反映是地质解释人员识别断层的依据，落差较大的断层往往表现为同相轴的明显错断，二落差小于四分之一波长的断层往往只能由动力学特征来判断。而对于小断层的识别主要是根据地震反射波的动力学特征来识别的，就是用通常的地震属性分析技术来识别小断层，识别我们不能简单的利用同相轴错断断层老姐杀跌断层，这就是我们解释落差小于四分之一波长断层的方法，如落差小于四分之一波长断层的的解释可以利用水平切片和剖面解释相结合的方法完成，解释主要是识别煤层反射波同相轴是否产生挠曲、振幅减弱、频率变化或波形变化等，利用水平属性的放大作用识别断层，达到解释和识别小断层的目的。利用地震解释软件就是利用计算机将人们的这些思想实现提高解释效率，提高解释精度，发现利用常规方法不能发现的小断层。

在地震时间剖面上解释断层是指断层在时间剖面上的解释特征，二断层在时间剖面上的表现特征与断层的落差、频率、煤层、断层性质及地层年代、解释工具的解释能力相关。

利用地震资料查出落差2～5m 的断层要求具有较高分辨率和较高信噪比的高密度地震资料作保障，同时解释结果的准确性是否经得起后期钻井的检验和证明。

有效应用于砂、泥岩地层研究的地震属性技术，对煤层研究是否会同样有效？哪些属性和方法能够有效应用到该领域的研究之中？它反映T5（13-3 煤）、T4（11-2 煤）均为强反射层，且为低阻抗层；同时在这两套煤层的上下还可能存在若干套类似的低阻抗煤层，但是由于厚度较薄，横向厚度变化大或围岩的差异，在地震剖面上没能得到像T5 和T4 层那样强的反射同相轴。

如何在地震剖面上解释落差在2～5m 断距，本文利用煤炭地质资料建立了地震地质模型，首先对小断层模型进行模型正演，模拟小断层地震响应特征，研究断层地震响应总结小断层的识别方法。

1 模型参数

主要地球物理参数

速度层速度埋深地层倾角反射层位反射时间平均最高频率 主频T0 0.57 2300 2300 656 3 197 138 T6 0.66 2400 2500 768 4 197 138 T5 0.7 2500 3000 828 4 197 138 T4 0.74 2700 3100 892 4 197 138 T3 0.78 2800 3300 958 4 197 138 T2 0.8 3000 3600 994 4 197 138

2 数学模型研究

根据煤矿开采的要求，我们承担地质任务要求查明落差5m 以上的断层，同时要求尽可能的解释出落差小于5m 大于2m 的断层，为此，我们应用了正演模型技术，利用煤矿地质数据模拟落差2m 断层的的地震响应，分析不同频带区间地震反射相应对落差2m 断层的分辨能力，以指导实际地震资料解释中对细小断层的识别和解释。煤层厚度大于1m 是时可以产生被我们是别的煤层波。

图1 落差2m 的断层不同频率正演模拟结果－射线追踪方法（据蔡希玲2007）

图1 是利用射线追踪方法正演模拟落差2m 断层的一组地震响应，对该图进行分析不难得出如下结论：

频带宽度在10Hz～30Hz 范围内，落差2m 的断层在地震反射同相轴上只表现为轻微的扭动；

频带宽度在10Hz～60Hz 范围内，落差2m 的断层在地震反射同相轴上产生的扭动增强了许多；

频带宽度在10Hz～130Hz 范围内，落差2m 的断层使地震反射同相轴上产生了错断；

频带宽度在10Hz～160Hz 范围内，落差2m 的断层使地震反射同相轴产生了明显的错断；

图2 落差2m 断层不同频率正演模拟结果（波动方程方法）

理论计算和数学模型模拟结果表明，对于落差3m 的断层，地震反射同相轴的双程旅行时间上下盘的时间差小于2ms；对于落差3m 的断层，地震反射同相轴的双程旅行时间上下盘的时间差小于4ms。

图2 是利用波动方程模拟的结果，波动方程模拟的结果与上述结论基本一致。

主频为25Hz 时，落差2m 的断层在地震反射同相轴上只表现为轻微的扭动；

主频为50Hz 时，落差2m 的断层在地震反射同相轴上产生的扭动增强了许多；

主频为100Hz 时，落差2m 的断层使地震反射同相轴上产生了错断；

主频为200Hz 时，可以较清楚识别断层。

综上所述，要在地震剖面上识别2m～5m 落差的断层，首先需要提高地震时间剖面的频带宽度按或者提高地震时间剖面的主频，使得地震时间剖面具有较高的分别率。实践表明，在淮南矿区只要是在激发、接收、资料处理等方面采区合适的措施就可以实现，主要主要可采煤层波即T5、T4 及T3 等煤层反射层的优势频率达到90Hz 左右（图3），在这种情况下，根据本文数学模拟结论，这种资料就可以识别出落差大于3m 断层。

本文的模拟结果是数学模型，实际资料解释利用该文的结果要求地震资料具有较高的信噪比，一般情况下要求地震资料的信噪比大于7，才能在地震资料上识别出落差大于3m的断层。提供给狂放的地震解释成果还要经过综合研究，利用多属性解释技术结合井下实见成果，进行综合研究，降低解释的多解性提高解释成果的精度和准确率。

图3 主要目的层段地震频谱统计结果

[1]杨起，韩德馨.中国煤田地质学，北京：煤炭工业出版社，1979.