煤田小构造精细解释方法研究及应用

介 伟

(河南省煤田地质局物探测量队,河南省郑州市,450009)

煤田小构造精细解释方法研究及应用

介 伟

(河南省煤田地质局物探测量队,河南省郑州市,450009)

常规三维地震勘探方法对小断层进行精细解释是很困难的,但通过小断层正演模拟和属性分析认为属性技术可以解决此问题。介绍了利用常规解释方法结合相干体技术、方差体技术、属性技术、曲率体技术等多种方法对小构造进行精细解释,该方法在勘探小断层方面取得了较好效果。

三维地震 正演模拟 属性技术 相干体技术 方差体技术 曲率体技术

在煤矿开采、掘进过程中,小断层往往与冒顶、突水、瓦斯突出等事故伴生,在工作面巷道掘进过程中如遇到小断层就要改变掘进方向,调整工作面,造成很大的经济损失。因此查明小断层对于煤矿开采意义很大

小断层在地震剖面上,通常表现为微小错动,同相轴扭曲,或者振幅变弱等特征,但由于传统地震勘探技术的限制,煤田地震勘探对小断层的识别精度在1/4～1/8λ,再加上各种干扰因素和不同地区地质条件的影响,利用传统的处理和解释方法分辨3～5 m的小断层存在困难。

本文利用Geoframe和VVA(Visual Vax At)软件生成的相干体切片、方差体切片、属性切片、曲率体切片等对3～5 m小断层进行了解释,效果明显。

1 小断层正演模拟

1.1 不同频率子波时间剖面分析

小断层在时间剖面上会造成何种异常?时差和属性上有何反映?通过正演模拟和属性技术对这个问题进行了探讨。

表1 地质模型参数

首先制作一个简单的地质模型,模型共3层,最上面为340 m的煤系地层,中间为3 m厚的煤层,其下还为煤系地层。煤层中间有1条落差为3 m的断层使煤层错开,模型不考虑噪声影响。地质模型参数见表1。

利用Tesseral软件,对该模型进行垂直波场模拟。分别用50 Hz、75 Hz、100 Hz的子波计算,所得剖面见图1。图1(a)和图1(b)显示, 50 Hz子波和75 Hz子波所获得的时间剖面上,断层处的同相轴时差特征不明显,一般很难看出差异,即使在100 Hz子波的时间剖面上,图经放大后也才能看出微弱的时差,见图1(c)。

图1 不同频率子波时间剖面图

1.2 地震属性分析

无论是多高频率的子波,在时间剖面上很难看出3 m断层的时差特征。本文针对在属性剖面上是否有异常,采用50 Hz子波进行了瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位不同地震属性剖面对比,见图2。可以看出,3 m的断层都有异常显示,瞬时相位属性异常清晰,见图2(c),在瞬时频率和瞬时振幅属性上异常反映最差,见图2(a)、(b)。

图2 不同地震属性剖面图(50 Hz子波)

然后采用瞬时相位地震属性进行了100 Hz子波和50 Hz子波效果对比,见图3,100 Hz子波属性剖面上的异常比50 Hz的子波清晰,说明地震勘探提高目的层反射波主频非常重要。

图3 不同子波瞬时相位属性剖面

分析3 m小断层的正演模拟和地震属性结果,虽然3 m的断层在时间剖面上没有明显的时差,但在属性剖面上有明显的异常反映,这为利用地震属性解释小断层提供了基础,因此可用地震属性技术对小构造进行精细解释。

2 工程勘探实例

勘探区面积5.1 km2,地形平坦,地震地质条件较好,但区内小断层较为发育,据统计已采工作面资料,区内3 m以上断层密度约11条/km2,3～5 m的断层密度约8条/km2,另区内还有薄煤带及无煤带,给煤矿安全和高效生产造成很大困难。

2.1 勘探技术选择

本文采用地震属性技术结合常规解释方法对断层进行解释,先采用时间剖面、层拉平切片、相干/方差体技术等常规解释方法对易于识别的断层及薄煤区进行解释,然后利用常规地震属性技术和曲率体属性技术对小构造进行精细解释。

相干体技术、方差体技术、属性技术近几年在煤田上应用广泛,效果较好,可供选择使用的软件也很多,本文以Geoframe软件为例进行解释。而曲率体属性对小断层反映较为敏感,煤田使用此技术的较少,可供选择使用的软件不多,本文以VVA(Visual Vax At)软件为例进行解释。

2.1.1 相干/方差体技术

相干/方差体技术利用相邻道地震信号之间的相似性来描述地层、岩性等的横向非均匀性,特别是在识别断层以及了解与储集层特征密切相关的砂体展布等方面非常有效。应用三维相干/方差数据体时间切片进行构造解释和岩性解释,可以帮助解释人员迅速认识整个工区断层等构造及岩性的整体空间展布特征,从而达到加快解释速度及提高解释精度、缩短勘探周期的目的,目前已经成为一种常规手段用于地震构造和岩性解释。

2.1.2 地震属性技术

地震属性是指从叠前和叠后地震数据中提取出来的运动学、动力学和统计学地震特殊测量值,过去的文献常称为地震属性参数,现在已统称为地震属性。地震属性技术在煤田地震勘探中包括地震属性的提取、地震属性的分析、利用地震属性区分构造、岩性并进行目的层预测,现已经成为一种常规手段用于地震构造和岩性解释。

2.1.3 曲率体属性技术

曲率属性可以从沿层面属性上识别出小的挠曲、褶皱、凸起、差异压实特征,这些在常规解释时是无法追踪的。

通常意义上曲率是用来表征层面上某一点处变形弯曲的程度,层面变形弯曲越厉害,曲率值就会越大。如果将这些构造变形如挠曲、褶皱等定量结果与更常规的断裂图像结合起来,地质科学家就能预测有利于天然裂缝分布的区域及更准确地解释微起伏构造。因此曲率体属性技术是一种值得研究和推广的裂缝预测及小断层解释新属性。

2.2 应用效果

本文利用Geoframe软件生成的层拉平切片、方差体切片对断层及薄煤区进行了常规解释,见图4,图中颜色变化呈条带状的为断层,呈片状的为薄煤区。

图4 层拉平、方差体切片(Geoframe软件生成)

利用Geoframe软件生成的属性切片(弧长、上半周面积属性)对断层及薄煤区进行了精细解释,见图5,图中颜色变化呈条带状的为断层,呈片状的为薄煤区,断层及薄煤区反映更加清晰。

图5 地震属性图(Geoframe软件生成)

最后利用VVA软件生成的曲率体属性(倾角曲率属性、时差属性、弯曲度属性)对小于5 m的小断层进行了精细解释,见图6。图中颜色变化呈条带状的为断层,小断层明显增多,而且反映清楚。

从图4、图5、图6可以看出,在小断层精细解释上,地震属性技术能提高小断层的解释精度,但曲率体属性技术效果好于地震属性技术,曲率体属性图上小断层反映清楚,分辨率高,直观,易于识别,能反映地震属性图上看不到的小断层,因此对精细解释小断层有利。

而对于薄无煤区的解释,Geoframe软件生成的层拉平切片及地震属性图则具有优势,薄无煤区易于识别和解释。

图6 曲率体属性图(VVA软件生成)及最终解释成果图

因此这2种软件结合起来则可以很好地完成本次勘探任务。

综合运用上述技术方法,勘探区共解释断层58条,其中落差3～5 m的断层32条,薄煤区18块,陷落柱等异常区2块,取得较好效果。

3 结论

(1)通过对3～5 m的小断层进行正演模拟及在正演剖面上进行属性提取,结果表明,小断层在时间剖面上看不出时差特征,但在属性剖面上能清晰反映出来。这为利用属性技术解释小断层打下了理论基础,同时也说明在地震地质条件好的地方, 3～5 m的小断层三维地震是可解释的。

(2)在落差大的断层的解释上,层拉平切片显示明显,小断层显示不明显,而且信噪比较低,不利于断层的精细解释。方差体技术及相干体技术无论是抗干扰方面,还是断层的组合、延展方向、切割关系等方面都比层拉平切片成果清晰,可以提高断层的解释精度。

(3)在小断层精细解释上,曲率体属性技术对小断层反映效果好,能够提高小断层的解释精度,解释精度可由原来的5 m提高到3 m,为矿井生产提供更丰富更可靠的勘探成果。

(4)在薄煤区解释上,层拉平切片及地震属性技术具有优势,易于识别和解释薄无煤区。

[1] 孙选林,李军,徐天吉等.三维曲率体地震属性提取技术研究及应用[J].石油天然气学报,2011 (5)

[2] 陈同俊,崔若飞,郎玉泉等.煤田采区三维地震精细构造解释方法[J].地球物理学进展,2007(2) [3] 于洋.基于地震正演及属性技术精细识别煤田小构造的研究[D].太原理工大学,2011

[4] 崔伟雄,张润廷.煤田小构造的曲率属性解释问题研究[J].能源技术与管理,2011(6)

[5] 印海南.高精度三维地震勘探在山西晋城矿区的应用[J].中国煤炭,2011(2)

[6] 叶红星.三维地震资料精细处理解释技术在济宁煤田的应用研究[J].中国煤炭,2014(2)

(责任编辑 张毅玲)

中国煤炭地质总局“L”型三维水平井开创全国煤炭系统先河

日前,中国煤炭地质总局所属水文地质局承担的全国煤炭行业首例“L”型三维水平井——同煤塔山煤矿瓦斯抽采井项目顺利竣工。

该项目以两靶点相对方位角305.6°、最大井斜角81.5°、水平裸孔长206.51 m的高难度钻探作业,为同煤集团解决了以塔山煤矿为典型的高强度开采条件下瓦斯涌出量高的难题,消除了工作面生产中的瓦斯隐患,也为煤炭矿井大采高综放工作面瓦斯治理探索出了新的途径,开创了全国煤炭系统的先河。

Research and application of fine interpretation method on small structure in coalfield

Jie Wei
(Geophysical Surveying Team of Henan Province Bureau of Coal Geology,Zhengzhou,Henan 450009,China)

It is difficult to adopt conventional 3D seismic exploration methods for fine interpretation of small faults,but through the small fault forward simulation and the attribute analysis,it is thought that the attribute technique can solve this problem.This paper uses the conventional interpretation method combining with coherence technique,variance technique,attribute technique and curvature technique and other methods to do fine interpretation on small structure, which has good effectiveness on prospecting the small faults.

3D seismic,forward simulation,attribute technique,coherence technique,variance technique,curvature technique

P631

A

介伟(1974－),男,河南新乡人,高级工程师,1997年毕业于中国矿业大学应用地球物理专业,现在河南省煤田地质局物探测量队从事地震勘探工作。