三维地震动态解释及应用

2019-09-16吴晓春

中国煤炭地质 2019年7期

吴晓春

(山西阳泉煤业(集团)有限责任公司，阳泉 045000)

0 引言

我国主要煤矿均开展了采区三维地震勘探工作，获得了大量的三维地震数据。煤矿采区三维地震勘探已成为详细查明井下可采煤层中小断层、小褶曲、陷落柱、采空区、冲刷带等影响煤炭安全生产的地质构造的主要手段，可以有效地指导煤矿安全生产。但是，技术人员在使用三维地震勘探成果的过程中发现许多问题，主要包括：地震成果的利用率低；无法实时获得沿巷道方向的地震剖面；无法对煤层底板等高线的误差进行及时修正；无法利用生产实见的矿井地质信息等。因此，需要把三维地震勘探成果与煤矿生产过程中获得的矿井地质信息相融合，更有效地的解决与煤矿安全生产相关的地质问题。基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统不仅可以对三维地震解释成果进行可视化展示，而且能够利用矿井地质和测量资料对地震解释成果进行动态修正，为煤矿的安全生产提供坚实的技术保障。

1 三维地震动态解释系统

1.1 功能模块设计

总所周知，三维地震勘探技术是一种间接手段，主要是通过反射地震波信息推测地下地质构造发育与岩性，其解释成果存在多解性，已知的地质信息越多，越有利于技术人员排除多解性，从而提高解释精度。煤矿开采是一个动态过程，其井巷资料从无到有，随着井下采掘的进行，已知地质信息也在不断增多。基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统，利用不断增加的地质资料对三维地震的解释方案进行及时修正更新，排除多解性，不断提高三维地震解释成果的准确性，指导煤矿生产，为煤矿的安全开采提供技术支持。

基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统，结合矿井地测部门在生产过程中的实际需求，设计的主要功能有：三维地震数据管理、数据解释、地震属性及可视化显示等，如图1所示。通过这些设计，使煤矿采区三维地震成果融入到龙软GIS平台地测空间数据库中，充分发挥采区三维地震勘探对地测系统功能的补充作用。

图1 三维地震动态解释模块功能设计Figure 1 Design of 3D seismic dynamic interpretation module function

基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统以采区三维地震数据为基础，结合动态更新的地质数据及井巷资料，对三维地震解释成果进行动态解析修正，实现构造精细解释、煤层底板等高线动态更新、巷道及工作面前方地质预测预报等功能。

1.2 主要功能

1.2.1 地质基础信息的数据共享

基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统实现了地质基础信息的数据共享。它既可以利用龙软GIS地测空间信息管理系统中地质数据库中大量的矿井地质信息(比如钻孔数据、断层数据等)；同时，又可以调入相关的采区三维地震解释成果，保存到地质数据库中，更新数据库信息，实现数据共享。

1.2.2 动态更新煤层底板等高线

基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统实现了煤层底板等高线的动态更新。传统地质方法绘制煤层底板等高线主要是基于已知的井巷资料和地质钻孔资料，直接利用插值算法进行插值，在距离钻孔较远的地方，生成的煤层底板等高线误差较大，难以指导煤矿实际生产。开展采区三维地震以后，煤层底板等值线的绘制方法如下：利用钻孔揭露的煤层深度和煤层反射波时间值，求得钻孔处煤层的平均速度。利用钻孔处的煤层平均速度对采区三维地震勘探的速度场进行标定，得到采区速度场，经过时深转换，即可得到勘探区煤层的底板深度，从而绘制煤层底板等高线。当勘探区的钻孔资料较少时，煤层平均速度不能得到较好的标定，经时深转换后得到的煤层底板等高线误差较大。随着煤矿井下采掘的进展，煤层底板标高的资料越来越多，可以利用基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统对煤层底板等高线进行及时动态修正。

1.2.3 生成地震剖面与地质剖面

煤矿采区三维地震剖面反映地震波的运动学特征，提供了煤层起伏形态、构造等信息，龙软地测空间信息管理系统中包含了大量地质、测量数据。基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统将二者联合对比，既能借助采区三维地震数据对地质剖面进行修改，又可以依据实见巷道地质资料修正更新地震解释成果，为掘进与回采的地质预测工作提供更为丰富的基础资料。

2 应用实例

2.1 阳煤集团新元矿四采区

以阳煤集团新元矿四采区为例来说明这个修正更新过程。

阳煤集团新元矿四采区的钻孔数目较少，煤层底板等高线的误差较大。巷道掘进以后，把每个见煤点的底板标高作为虚拟钻孔资料，重新对采区的三维地震速度场进行标定，由于增加了钻孔数量，标定的煤层平均速度场精度得以提高。利用基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统，通过插值算法动态更新了煤层底板等高线，见图2，左边(a)为更新前的煤层底板等值线，右边(b)为更新后的煤层底板等值线。

2.2 阳煤集团二矿九采区

阳煤集团二矿九采区于2006年进行了采区三维地震勘探工作，对3煤层、9煤层和15煤层进行了构造解释，图3中的绿色等值线为15煤层底板等高线。2008年，在15煤层巷道掘进过程中遇到一个构造，地层倾角突然增加20°，图3中的黑色等值线是根据井巷工程获得的实际地质构造形态。从图3中可以看到15煤层的实际地质构造形态与采区三维地震解释成果存在较大误差，表现为煤层底板形态大相径庭。

图4为沿巷道切的三维地震剖面，从图中可以看出，大号端由于位于工区边缘，覆盖次数不够，导致地震数据信噪比降低。在剖面(410-480CDP)处，地震波同相轴品质变差。解释过程中，煤层反射波同相轴追踪时存在误差，T3与T15两波的时间间距小号端为70～75ms，而剖面大号端，两波的时间间距变为85～90ms，显然违反本区域地层沉积稳定的规律。利用基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统对回采区域的T15波进行了重新对比追踪，见图5。对比的基本原则是：在整张地震剖面上，T3波(黄线)与T15波(绿线)的时间间距保持在70～75ms，最终获得了新的煤层层位解释剖面。

通过重新对比，在地震剖面上重新认识了巷道掘进时发现的构造。图5的P69点是构造的起始点，小号方向的T15波可以连续追踪，而大号方向的T15波突然消失。结合T3波、T6波和T12波的波形特征，发现尽管反射波同相轴消失点的位置不同，但只要通过该点，反射波便开始上翘。这种现象的地质解释是：地震波可以连续追踪的区域，煤层倾角不大，有利于反射波的接收；地震波不能连续追踪的区域，煤层倾角变大，不利于反射波的接收。因此，可以可以从地震波同相轴的这个特征来确定地质构造的存在。由此可见，利用不断丰富的矿井地质资料，基于龙软GIS平台的三维地震动态解释系统，可以根据巷道掘进情况及时修正更新采区三维地震勘探成果，力求及时准确地预测未掘进部分影响煤矿安全生产的地质构造，为煤矿安全生产提供有效的地质支撑。