蚂蚁追踪技术在童亭109采区小构造解释中应用

赵　刚，张兴平，田　力，程　彦

（1.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州072750；2.中国煤炭地质总局勘查总院，北京100000）

蚂蚁追踪技术在童亭109采区小构造解释中应用

赵刚1，张兴平1，田力2，程彦1

（1.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州072750；2.中国煤炭地质总局勘查总院，北京100000）

童亭煤矿109采区进行了三维地震勘探工作，落差在10m以上断裂基本被确认，小于5m断层较多，靠肉眼识别难以保证解释的准确性，且效率较低，为此引入了蚂蚁追踪技术对小断层进行解释。首先对三维地震数据体进行边缘处理，调整参数得到不同蚂蚁追踪数据体，然后提取沿层属性切片，进行属性异常筛选和评价，优选出符合本地区的计算参数，最终完成对地质小构造的精细识别。在该采区，地下实际巷道揭露断层18条，利用蚂蚁追踪技术获得的属性体沿层切片显示的异常有14处，可见，该技术能够有效的指导人工地震解释工作，清楚直观的显示断裂痕迹，实现小构造的精细识别，具有一定有效性和实用性。

断层；常规地震剖面；方差体剖面；振幅属性；蚂蚁追踪技术

0　引言

国内煤矿多数采区已广泛开展了了三维地震勘探，获得了大量地下地质体信息，并能较好的查明落差大于10 m的断层，即使如此，仍与煤矿安全、高效生产的要求有一定差距［1］。21世纪初，具有自动识别断裂异常、快速、人为主观干预少、解释精度高等优点的蚂蚁追踪技术在石油系统被广泛应用于裂缝检测中，并取得了不错的效果。近年来煤田系统也开始在三维地震勘探中尝试该技术，并对5 m左右的断层解释有一定的可信度。本文以童亭煤矿109采区小构造解释为例，介绍了蚂蚁追踪技术的应用，解释结果与实际巷道揭露断层吻合较好。

1　蚂蚁追踪技术

蚂蚁追踪技术是利用智能搜索功能和三维可视化技术，自动提取断层面的一种解释方法，其解释的断层具有客观性、准确性及可重复性。

1.1流程

适合煤田的蚂蚁追踪技术流程分三步：预处理地震资料，增强边界特征，突出特殊的地层不连续性；生成蚂蚁追踪立方体，提取断层；沿层属性提取，确认、校验断层。

第一步利用边缘探测手段，增强地震资料中的空间不连续性，并通过噪声压制技术，预处理地震资料。

第二步生成蚂蚁追踪体，选择合适参数，对预处理后的数据体进行蚂蚁追踪。

第三步人机交互操作，对提取的断层进行筛选和评价，并对参数进行适当的调整，以保证所得结果与实际资料吻合。

1.2参数设定

①蚂蚁边界（样点数1～30）：设置每只“蚂蚁”的控制半径，用于确保每只蚂蚁搜索局部最大值时的初始位置不与其它蚂蚁的控制范围重叠。

②蚂蚁追踪偏差（样点数0～3）：控制追踪时局部极大值的最大允许偏差，如果距极大值点距离超出了追踪步长，追踪偏差参数将被考虑。如果偏差太大，该蚂蚁将不能继续追踪。

③蚂蚁步长（样点数2～10）：决定了每只蚂蚁在搜索局部极大值时的单步长度。增加该值将使每只蚂蚁搜索得更远，但会降低精度。

④允许非法步数量（样点数0～3）：允许多少个蚂蚁步长内搜索不到极大值。

⑤必须合法步数（样点数0～3）：控制搜索结果的非法间隙是否连接，与允许非法步数量结合使用。例如蚂蚁连续搜索到二个合法步后。如果此时必须合法步数参数设为2，搜索结果有效。如果必须合法步数参数设为3，并且下一步为非法步，此断裂追踪结果将无效。

⑥终止条件（0～50%）：该参数为每只蚂蚁在追踪过程中允许的总非法步数百分比。当非法步数达到该参数限制时，该蚂蚁的追踪停止［2］。

2　应用效果

以淮北童亭煤矿109采区为例。本区主要含煤地层为石炭二叠系，可采煤层7-2、8-2、10煤；10煤层已开采，实际资料较为丰富，故选用此煤层作为研究对象。原始地震资料信噪比较高，同相轴连续性较好，但部分地段构造较为复杂。落差大于10 m断层解释基本已完成（小断裂解释工作尚未进行），主体构造以北东走向为主（图1，红色为断层，黑色的为巷道），通过提取10煤层沿层Throw属性（图2，10煤层沿层Throw属性图），属性切片异常与主体构造对应关系较好，但小断裂显示不清晰。为解决这一问题，并准确、快速识别地质小断裂，尝试利用蚂蚁自动追踪解释技术来实现。

图3为原始地震剖面，可以看出本区构造比较复杂，部分地段同相轴连续性较差，小断层较为发育。图4为构造平滑后的地震剖面，构造平滑后，小断面变得干脆、清晰，为后续加强边界效应提供了条件。图5为方差体地震剖面。三条剖面线均为In⁃line377线。在完成方差体后，利用软件蚂蚁体自动追踪功能，调试相关参数，即可得到不同参数下的断裂异常平面分布。通过在不同参数下的497 ms（目的层时间）的时间切片对比，不同的参数对断裂异常的分布有很大影响，根据单一变化原则，最终选择对断裂异常敏感的蚂蚁边界作为调试目标，共做了5次试验，参数如表1所示，调试后发现蚂蚁边界值越小，提取的沿层振幅属性异常单位密度越大，反之，越小；具体参数的选取，一是要分不同的解释阶段，二是需要与实际巷道揭露的断层进行对照，考虑到此次应用蚂蚁追踪技术来解释小构造，故参数需要多次调整，以获取接近实际断裂分布的最优参数。

图1　勘探区构造主体架构Figure1　Prospecting area structural principle framework

图2　10煤层的Thorw属性图Figure2　Coal No.19 Thorw attribute

图3　原始地震剖面Figure3　Original seismic sections

图4　构造平滑后地震剖面Figure4　Seismic sections after structural smoothing

图5方差体地震剖面Figure5　Variance cube seismic section

图6为表1中参数4下沿10煤层提取的振幅属性与实际巷道揭露断层叠合平面图，红色为已解释构造方案，黑色为蚂蚁体追踪后振幅属性异常区，切片中断裂振幅属性异常区发育密度大，对应的沿层振幅属性中断裂发育密度越大，成正比关系，而影响断裂发育密度的为蚂蚁边界参数值，该值越小，断裂密度越大。

表1　参数调试表Table1　Parameters shakedown test

图6　参数4下蚂蚁追踪沿层属性叠合图Figure6　Ant tracking bedding attribute superposition under parameter 4

利用矿上提供的实际采掘资料揭露断层情况，对蚂蚁参数合适情况进行校验，图7至图9是对煤层巷道中遇到的断点进行展示及其对应说明。

图7中，上图对应的实际巷道发现的109FX2断点平面位置，下图为断点对应的剖面位置，剖面上10煤层同相轴断点位置有微小弯曲特征，如果单从手动解释来看，容易忽视，一般不会认为是小断层。

图8中，上图对应的实际巷道发现的109FX1断点平面位置，下图为断点对应的剖面位置，剖面上10煤层同相轴断点位置有变细特征。

图9中，上图对应的实际巷道发现的109FX3断点平面位置，下图为断点对应的剖面位置，剖面上10煤层同相轴有明显的扭曲变形特征。

将巷道实际揭露断点与蚂蚁异常图叠合后，统计吻合条数如表2。从统计结果来看，在蚂蚁参数2、3、4结果差异不大。结合区内断裂发育密度、构造发育方向、实际巷道揭露断点数目及采掘面揭露断层数目，参数4能更好的指导生产，但别的参数下的蚂蚁异常在不同阶段也具有实际意义。

需要说明的是不同的蚂蚁边界参数，影响蚂蚁在平面上的延伸方向，因而需了解区内构造发育规律，然后对断层走向进行限制，从而获得符合实际情况的属性图。图10是同一位置不同参数下的蚂蚁振幅属性异常的延伸方向对比情况。

图7　实际揭露逆断层109FX2∠30°落差1.8mFigure7　Actual revealed reverse fault 109FX2∠30°throw 1.8m

图8　实际揭露109FX1∠60°落差2.0mFigure8　Actual revealed 109FX1∠60°throw 2.0m

图9　实际揭露109FX3∠30°落差2.0mFigure9　Actual revealed 109FX3∠30°throw 2.0m

图10　参数1与参数4同一位置异常延伸方向不同Figure10　Parameter 1 and parameter 4 at same position with different anomalous extending directions

表2　蚂蚁异常与实际揭露断层吻合表Table2　Data sheet of ant tracking anomalies tally with actual revealed faults

3　认识与结论

通过对淮北童亭煤矿109采区实例研究，区内主要构造的走向主要为北东走向，构造复杂程度中等，实际采掘资料反馈得知小断层较多，分布密度大。手动解释小断层费时费力，急需一种新的方式来快速、准确、全面来解决这一问题。本文应用效果表明，蚂蚁追踪技术在此区具有应用的可行性，发挥其优势、避免不足。优势在于蚂蚁体自动追踪技术能够快速的对同向轴异常现象进行追踪，通过对参数优选，可客观、快速对断裂异常进行解释；不足之处在与因地震数据品质欠佳造成的假象，再加上地层非均质性、采集脚印、地震数据噪音等反应形成的“假构造”，因而，在完成了自动追踪后，需要反过来进一步的校验、核实。本文采用固定其它参数，只选取了影响断裂分布密度的核心参数进行了试验，但不能否定其它参数的意义，需充分了解本地区的断层发育规律后做出选择。

总之，蚂蚁体追踪技术在煤矿采区三维地震断裂解释中有积极作用，缩短了解释人员解释时间，增加了构造解释的客观性、准确性及可重复性，因而具有一定实际意义，值得推广应用。

［1］张进铎.地震解释技术现状及发展趋势［J］.地球物理学进展，2006，21（2）：578-587.

［2］林承灏，等.利用蚂蚁追踪技术精细解释矿井地质构造［J］.中国煤炭地质，2013，25（4）：55-59.

［3］唐琪凌，等.蚂蚁算法在断裂系统解释中的应用［J］.特种油气藏，2009，16（6）：30-33.

［4］李建雄，等.地震属性在微断层解释中的应用［J］.石油地球物理勘探，2011，46（6）：925-929.

［5］陈同俊，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，2007，22（2）：573-578.

［6］张欣.蚂蚁追踪在断层自动解释中的应用［J］.石油地球物理勘探，2010，45（2）：278-281.

Application of Ant Tracking Technology on Minor Structure Interpretation in Tongting Coalmine Winning District No.109

Zhao Gang1，Zhang Xingping1，Tian Li2and Cheng Yan1
（1.Geophysical Prospecting and Research Institute，CNACG，Zhuozhou，Hebei 072750；2.Exploration and Research Institute，CNACG，Beijing 100036）

The 3D seismic prospecting has been carried out in the Tongting coalmine winning district No.109，faults with throw over 10m are basically ascertained.But many minor faults with throw less than 5m are hard to be interpreted megascopically and with low ef⁃ficiency，thus the ant tracking technology introduced.Firstly carry out edge processing for 3D seismic data volume，adjust parameters and get different ant tracking data volumes.Then extract bedding attribute slices，carry out attribute anomaly selection and assessment，optimize computation parameters in accordance with the area.Finally fulfill minor structure fine discrimination.In the winning district，18 faults have been revealed by underground roadways；14 anomalies displayed on attribute volume bedding slices through ant tracking technology.It is thus clear that the technology can effectively guide the artificial seismic interpretation，clearly and intuitively display fault traces，and realize minor structure fine discrimination with certain effectiveness and practicability.

fault；traditional seismic section；variance cube section；amplitude attribute；ant tracking technology

P631.4

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.10.16

1674-1803（2016）10-0071-05

赵刚（1984—），男，湖北麻城人，工程师，主要从事地震资料野外采集及室内解释工作。

2015-03-13

责任编辑：孙常长