方差体技术在转龙湾煤矿小断层解释中的应用

李 强

（陕西省煤田物探测绘有限公司，陕西 西安 710005）

0 引言

随着三维地震勘探技术的不断成熟，充分利用三维数据体信息及特征，精确解释小断层为矿井的现代化建设和安全开采提供可靠的地质依据［1-2］。地震勘探的三维数据体是对地下情况的规则反映，当地下存在断层或陷落柱等地质异常体时，接受地质异常体反射波的地震道就会和周围其他的地震道产生差异。方差体技术通过分析地震道的这种差异，即可检测出地层中存在的异常情况［3-5］。在转龙湾煤矿解释过程中我们通过分析对比选取合适的时窗长度运用乘法运算模式进行方差体数据提取，得到清晰可靠的方差体水平切片，并结合时间剖面分别对勘探区内的小断层进行解释，为矿方安全高效生产提供了有力指导［6］。

1 勘探区概况及地震采集方法

1.1 勘探区概况

转龙湾井田行政区划隶属鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林陶亥镇及布尔台乡管辖，位于伊金霍洛旗政府所在地伊金霍洛镇东40 km，东胜区南东31 km。包头至府谷的213省道从转龙湾井田东侧约10 km通过，G210国道从转龙湾井田西侧约255 km处通过。测区表层的沙层结构松散，其速度基本稳定在400 m/s左右，该低速沙层对有效波的吸收衰减作用强烈。勘查区范围内被第四系风成砂覆盖，全区无基岩出露，无潜水面，根据钻孔资料、低速带调查和成孔时记录情况，覆盖层均为沙土覆盖，速度横向变化不大。含煤岩系及其下部地层仅在钻孔中见到。

1.2 地震采集方法

当沙土覆盖层小于20 m时，井深打至高速层界面，单井激发，且井深大于12 m。当沙土覆盖层大于20 m时，单井激发，井深20 m。采用12线4炮48道正交束状观测系统，中点激发，覆盖次数为24次。采用5个60 Hz检波器插堆埋置，80～140道接收，道距5或10 m，排列铺设方式采用直线型，采样间隔0.5 ms，记录长度1.5 s，记录格式SEG-D全频段接收。

2 方差体技术在小断层解释中的应用

2.1 方差体技术时窗长度及运算选择

方差体技术是根据不同的目标体选择运算模式和时窗长度，计算样点与周围相邻地震道时窗内样点平均主值间的方差后，再加权归一化得出的方差值，从而突出了由断层或异常地质体所造成的地震反射的异常，提取数据体中的不连续信息［7-9］。其中，时窗长度的选取应根据测区实际情况多参数联合对比选取，一般来说时窗长度越宽越适合于确定较大规模的断层和地质异常体，时窗长度越窄越适合于确定小断层和较小规模的地质异常体。但时窗长度过窄，容易产生一些如地层倾角所引起的非线性异常，过宽的时窗长度则可能产生对部分断层反映不清楚，断层延伸不够，采集痕迹及浅层激发条件的变化反映不出来等缺点。因此使用方差体切片进行解释时，应选取合适的时窗长度以保证能够清楚真实地反映地质构造。

方差体运算模式分为加法和乘法两种。乘法模式为中心点与周围所选行列范围的所有记录参与运算，而加法模式是主测线和联络线上的数据进行计算的，两者的主要区别存在运算速度和显示效果。乘法参与的数据量大，运算速度稍慢，加法模式由于参与的数据量小，运算速度相对较快；当在构造组既不和联络线平行也不和主测线平行时，加法的显示效果就不是很理想，而乘法模式不受构造走向的影响，显示效果要好一些，所以合适的参数选取能够使方差体切片客观、清楚、真实地反映断层和地质异常体［10］。

2.2 方差数据体提取过程

方差体的制作应用Geoframe地震解释组合体软件（IESX）中的Vaniance Cube制作软件，利用所选择的时窗长度、运算模式和相邻道数等参数计算方差值，形成三维方差数据体，具体步骤如下。

首先，在Seismic Attribute ToolKit对话框中，单击Model按钮；接着，设置Depth域或Time域，打开Model Selection对话框；然后在Model Selection对话框中，单击Time选项卡或Depth选项卡选择所需模型；如果想在所选模型参数的基础上创建一个新的时间或深度模型，输入一个名称、前缀和描述到相应的文本框内，然后点击Create按钮。接着在Survey对话框中选择测网，选择二维或三维地震数据。然后选择输入Class和输出Class，需注意：由于在方差体计算中，处理方向并不重要，因此没有必要选择User＞Access option；默认的方向是In-line；在现有操作列表中，选择Variance Cube并打开其对话框，在该对话框中设定以下参数：窗口长度、主测线范围、联络测线范围提示。主测线范围和联络测线范围是在两个方向上看到道的数目；“3”是中心道两边各加一道，共为3道；“3”和“5”通常会产生合理的结果，而较大值往往会使结果变得模糊。最后在Variance Cube对话框的操作类型区，选择操作类型“3+3”或操作类型“3×3”。

2.3 方差体技术应用参数选取

在方差体的时窗参数选择时，根据小断层与围岩、煤层接触带的物性差异以及自身的地震、地质特性，考虑到煤层反射波的主频为60 Hz这一特点，沿煤层反射波向上向下各开5 ms、10 ms、15 ms、20 ms时窗，通过方差体属性进行分析对比得出，基于煤层反射波所开10 ms时窗所获得的方差体属性切片能客观、真实清楚地反映小断层的构造特性。

分别进行了不同时窗长度和不同相邻道数参数分析，图1为相同相邻道数不同时窗长度参数对比分析。可以看出选用小时窗5 ms时，方差体切片反映异常，多存在一些由于地层倾角变化引起非线性的异常；采用10 ms时窗计算时，对断层和由于地面障碍物引起的采集痕迹以及由于浅层激发条件变化引起的资料品质差异反映清楚，对煤层冲刷带反映清楚，对其它一些由于地层起伏引起的差异反映弱；采用15 ms时窗计算时，对部分断层延伸长度不够，对部分断层反映不清楚，同时对采集痕迹和浅层激发条件的变化反映不出来。分析认为选取10 ms时窗时对资料的信息显示的更全面，为最佳时窗。图2为采用最佳时窗，不同参与道计算的结果，采用5道时，有部分断层反映不清楚；采用7道时，断层带显示过宽，方差体切片有失真现象，采用3道时对各种构造和采集痕迹反映清晰。

图1 相同相邻道数不同时窗长度对比分析

解释过程中，利用各煤层中方差体属性值的变化分析推测断层的位置及延展方向，将解释成果显示在水平切片中，突出断层等地层不连续性的信息，从而解释小构造。

2.4 成果对比及验证

成果对比：通过研究区构造的规律来指导断层的组合，对于小断层，在时间剖面及其他属性无法准确识别时，通过方差体水平切片分析解释小断层的构造和延伸情况从图3中可以看出方差体属性的异常点较为明显，方差体属性切片对小断层的位置及走向的反映较为准确、清晰，给小断层的精确解释提供了有力的指导。

图2 相同时窗长度不同相邻道数对比分析

图3 弧长属性和方差体属性对比

以上解释结果分别在矿方的掘进过程中得到了验证，可以为相似地区利用方差体解释小断层提供借鉴作用。

验证情况：转龙湾工区总体构造形态为N-NNW的单斜构造，倾向SW，倾角1°～2°查明了三维勘查区内落差大于等于5 m的断层4条，断层落差均在8～13 m范围内落差小于5 m的断层3条，小断层均为正断层，在时间剖面上反映特征为同相轴扭曲，在方差体切片上断层走向清晰，并得到了矿方的验证。

3 结语

通过选择适合勘探区实际地质构造的参数，分析对比不同的方差体提取参数对小断层、解释的影响，选择了适合研究区实际地质构造的参数，得到较为理想的方差数据体，方差体水平切片更能清楚地反映出小断层的分布特征和延展性，是一种较好的解释小构造的手段。后经巷道和钻孔揭示验证认为成果有效、可靠，为勘探区内下一步矿井安全、高效生产工作提供依据和指导。