浅谈几种地震属性技术在煤田地震勘探构造解释中应用及效果

2021-05-24席井昌

西部探矿工程 2021年6期

刘建，席井昌

（山西省地球物理化学勘查院，山西运城044004）

1 概述

虽然早在20世纪70年代末就在油气开发勘探阶段就已经开展了三维地震试验性的探索，但一直到20世纪末才在煤炭地质构造勘探时得到较好地应用。随着三维地震勘探精度的逐步提高和解决地质问题能力的日益增强，三维地震勘探技术已经成为煤田开发勘探阶段的主要常规手段之一。常规三维地震勘探资料解释的思路，主要是利用时间剖面上反射波组同相轴的变化，来解释构造。随着科学技术和制造业的高速发展，目前大部分煤矿，均实现了机械化和自动化，常规三维地震勘探资料解释技术已经不能满足矿井安全生产的要求，特别是对小构造体识别能力。这就对煤田三维地震勘探提出了更新、更高的要求。

通过多年的不断实践和反复验证，油气藏领域的地震属性技术完全能够用于煤田三维地震勘探。它不仅能够解决各种岩性问题，同时也能解决小构造（落差较小的断层、长轴较短的陷落柱）问题，而这些地质问题正是当前煤矿安全生产所遇到的困境之一，迫切需要解决的问题。

地震属性是指通过一系列处理和数学算法从地震数据（叠前或叠后）中提取出来的有关地震波的运动学属性、几何学属性、动力学属性和统计学属性的特殊度量值。地震属性包括地震剖面属性、目的层层位属性和体属性，在煤田地震勘探中我们常用的是目的层层位属性。

地震属性技术的重点是在于属性提取，然后是属性的分析和利用，最后进行预测。目的层层位属性就是沿我们所需要研究的目的层的层面根据界面开一个合适的时窗提取各种地震信息，具体提取方法：瞬时提取、单道分时窗提取和多道分时窗提取。属性的提取时窗很重要，开的时窗大了，包含的信息多了，同样包含很多不必要的信息；时窗开小了，会丢失点所需要的信息。这些都会给解释带来麻烦。一个完整的属性体，其最大特点就是能产生有相关联的数据，从而提供地震信号逐道之间的连续性和相似性的有用信息。将固定的三维数据体转化为能反映一定地球物理特征的新三维数据体。

2 煤田勘探中几种常用的属性体

2.1 方差体属性

三维地震数据体是反映地下一个规则网格的反射波的发育情况，当遇到断层、陷落柱或其他地质异常时，一些地震道的反射波的特征就会与其他地震道的反射波的特征之间有差异。方差数据体技术就是利用地震信号相邻两道或多道之间的差异性来直接描述地层、岩性等的横向变化，特别是在识别落差较小的断层、判断断层正确性及确定断层面在空间上的分布形态和变化趋势等方面有其独到的优势。

方差体计算方法就对地震数据体中所有的样点求取方差值，从而得到与地震数据相对应的方差体数据。在解释过程中，用方差数据体的透明及立体显示、可以旋转等技术可以直观地了解整个勘探区的总体地质构造形态，查看断层和陷落柱及其他地质异常体的空间展布情况。

三维地震数据包含了大量的地震地质信息，如断层、陷落柱及某些地层变化等信息。三维方差体技术能够对三维地震地质信息自动拾取，特别是识别断层、陷落柱及地层不连续变化，准确解释含煤地层中落差更小的断层(5m左右)和长轴较短的陷落柱（20m左右），甚至能够更加准确地给出断裂带延展方向，直至探明更小的地质异常体。

从图1可以看出，在地震时间剖面上该断层位置煤层反射波组有变化，但无法准确判断由何种原因引起的；在方差体切片上，我们可以清晰地看出该处反射波组变化由断层导致，且延伸较长，但落差较小，故时间剖面上无法分辨。因此，借助方差体属性，可以帮助解释人员准确判断断层的分布形态和变化趋势。

2.2 均方根振幅属性

地震波场振幅属性的变化可直接或间接地揭示或描述地层厚度。煤层在地质上也是一种横向厚度相对稳定、连续岩性，因此煤层反射波振幅与煤层厚度肯定也存在着准线性关系，我们同样可以从地震反射波中提取振幅信息预测煤层厚度的变化趋势，其理论依据为：

（1）当煤层厚度大于等于地震波在煤层内旅行的一个波长时，层内双程时差等于或大于2T(约等于子波的延续时间)，这时煤层的顶、底板反射波可以分开，但极性相反。

（2）当煤层厚度进一步减小时，两个反射波开始重叠形成一个反射波。每个反射独立的信息越来越少，顶、底板反射波合成的信息越来越多。当厚度为四分之一波长(即双程时差T/2为)时,合成振幅达到最大，此时的煤层厚度就是所谓的调谐厚度。

（3）当煤层厚度小于八分之一波长时，只存在顶、底板反射的合成信息，而没有单独特性的信息，此时合成振幅减小，周期变短。

就是说，当煤层厚度等于四分之一波长时，振幅出现最大；小于四分之一波长时，复合波形的形状没有变化，而振幅随厚度的减薄继续变小，但在合成振幅信息中依然包含着地层厚度的信息。

根据以上理论依据，结合钻孔资料，我们可以预测煤层厚度变化趋势。图2就是我们利用均方根振幅属性在山西省晋城某矿对3#煤层厚度变化进行了预测，后期我们收集了一些钻孔资料及矿方的掘井资料进行了对比验证，准确率达到68%，进而说明用均方根振幅属性可以预测煤层厚度是完全可以的。

2.3 “三瞬”属性

在煤田三维地震勘探中，瞬时属性参数剖面比常规的地震时间剖面能更好地排除干扰，识别异常，尤其是断层和陷落柱，并对地下异常做出真实、客观的评价。对于同一地质体，如果三种瞬时属性在同一位置发生明显变化，那么该地质体在该处的物性就发生了变化，进而可以判断该处出现了构造异常或地层分层。在这三个属性参数中，瞬时相位的分辨率最高，而瞬时频率和瞬时振幅的变化也较为直观，所以通常根据瞬时频率和瞬时振幅属性来确定地下构造异常或地层分层的大概位置，然后利用瞬时相位，精确地确定该异常空间分布形态或分层轮廓线。

（1）瞬时相位属性。瞬时相位是所选数据内各地震道的相位值，它不管反射波的能量强弱都能显示出它的相位，也就说在同一种地层中弱振幅的反射波在瞬时相位图上也可以有很好的连续性，因此，瞬时相位是一种独立于地震振幅的，它量度的是地震剖面上反射波同相轴的连续性，并且不受其它的地震属性参数影响，能更好地反映构造几何形体的细节。当地震波在各向同性均匀介质中传播时，其相位是连续的；当地震波在各向异性介质中传播时，其相位在异常位置将发生显著变化，在瞬时相位属性剖面图中可以明显看出不连续。笼统的说就当地震波由一种介质向另一种介质传播时，在刚进入另一种介质时，地震波的因此利用瞬时相位必定发生改变，造成与以前的相位不连续。因此利用瞬时相位，能够较好地对目的层构造异常进行分辨。当瞬时相位图像剖面中相位不连续时，就可以判断该处存在构造异常或地质分层。

从图3可以清晰地看出，由于断层和陷落柱的存在，破坏了煤层的连续性，

因此，断层和陷落柱在瞬时相位剖面上，表现为同相轴中断、错断、消失、紊乱或同相轴不连续等现象。

（2）瞬时频率属性。瞬时频率其实就是瞬时相位的时间导数，是相位的时间变化率，它是与地层构造和岩性变化相关联的一种属性。当地震波由一种介质进入另一种介质界面时，地震波的频率将在此刻发生明显变化。这种变化可以在瞬时频率图像剖面中较为清楚地显示出来。当地震波穿过断层或陷落柱时，由于断裂和塌陷处充填物的密度与传播速度比完整地层密度和传播速度低，入射波的高频成分被充填物吸收而急剧衰减，因此，在瞬时频率剖面上，反射波频率表现为频率降低（见图4）。

（3）瞬时振幅属性。瞬时振幅正比于该时刻地震信号总能量的均方根，是反射强度的量度。利用这种特征便于解释特殊岩性的变化、不整合、断层、陷落柱和古河道等地质构造。若目的层稳定连续，则在瞬时振幅剖面上表现为强振幅特征；若目的层断裂和陷落处充填了松散物，则在瞬时振幅剖面上表现为振幅异常（见图5）。