基于高密度三维地震数据属性分析的煤层构造预测

摘 要：华东矿区煤层发育多，且构造复杂，对解释精度要求高，常规窄方位地震勘探数据解释，已无法保证煤层异常体的解释精度。针对这一问题，以高密度三维地震数据为基础，采用多属性分析技术，对地质异常体进行综合解释与刻画。研究表明，基于高密度数据基础的多属性联合解释技术，能够有效佐证解释成果的可靠性，对异常体在煤层的展布情况刻画更精确详细，显著提高煤层异常体的预测，为今后在同地区的地震勘探提供指导意义。

关键词：异常体；全数字高密度；三维地震数据；多属性；煤层构造

中图分类号：TD163 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）24-0090-04

Abstract： There are many coal seams in East China mining area， and the structure is complex， which requires high interpretation accuracy. Conventional narrow azimuth seismic exploration data interpretation has been unable to guarantee the interpretation accuracy of coal seam abnormal bodies. In order to solve this problem， based on the high-density 3D seismic data， the multi-attribute analysis technique is used to comprehensively interpret and depict the geological abnormal body. The study shows that the multi-attribute joint interpretation technology based on high-density data can effectively prove the reliability of the interpretation results， describe the distribution of abnormal bodies in coal seams more accurately and in detail， and significantly improve the prediction of abnormal bodies in coal seams. It will provide guidance for future seismic exploration in the same area.

Keywords： abnormal body; full digital high density; 3D seismic data; multi-attribute; coal seam structure

地质异常体包括断层、冲刷带、陷落柱及岩浆侵入等，这些异常都会对煤系地层造成一定的破坏，影响煤矿的巷道布设及安全生产。如何准确地预测这些异常对煤矿的高效生产具有重要的指导意义[1]。

现阶段，不同学者探索出了很多基于地震资料解释并预测不同的地质异常的方法[2-5]。具有代表性的包括：Chen、吴斌等[6-9]，他们尝试不同的反演、属性等方法，提高煤层边界的分辨率，均取得很好的效果。证明基于地震资料的反演及属性研究可很好地识别地质异常体，降低地震解释多阶性。

基于此，研究区位于皖北QYZ煤矿，其特点是煤层埋藏深、层位多并且构造复杂；但地面地震地质条件较好，有利于地震波的发育，有良好的地震基础资料。常规的小偏移距，窄方位角观测系统取得的地震数据，对小断层和岩浆侵入等地质异常的刻画较模糊，全数字高密度地震资料具有宽方位角、大偏移距接收的特点，接收到的地下层位信息更丰富，完整的波场信息其属性信息更敏感，反应的目的层信息更真实可靠[10]。此次研究将在QYZ煤矿全数字高密度地震资料的基础上，采用波形与多属性分析相结合技术，对研究区的地质异常体进行综合解释，其解释结果能够为煤矿安全生产提供有效指导。

1 研究区地质概况

研究区位于皖北QYZ煤矿，属华北型石炭二叠系隐伏式煤田，煤层多、构造复杂。主要含煤地层为二叠系的山西组、下石盒子组和上石盒子组。含煤地层厚度约1 270 m，含1、2、3、4、5、6、7、8、10和11等10个煤组，含煤30余层。可采煤层有32、51、52、53、62、72、82和10等8层，可采煤层总厚13.40 m，占含煤总厚的56.77%，其中32为主要可采煤层，51、52、53、62、72、82和10为次要可采煤层，主要可采煤层平均总厚2.90 m，占可采煤层平均总厚的21.64%。根据煤层面积可采率、可采指数、变异系数、煤层的结构、煤层可采范围的连续性及可采点分布特征，综合确定32、82煤层为较稳定煤层，为主采煤层研究区总体构造形态为一较宽缓的向南部仰起的向斜，地层产状一般较为平缓，沿走向和倾向有一定的起伏变化，地层倾角一般5～30°左右，次级褶曲局部较为发育；断层较为发育，断层组合规律性较强；岩浆岩在本矿中下部煤层侵入，使得可采煤层及煤层结构受到一定影响，构造情况复杂。典型的地震剖面如图1所示。

2 研究区高密度与常规资料对比

地震数据处理的主要目的是提高地震数据的信噪比、分辨率、保真度，最终对地下目标地质体准确成像，为后续的地震资料解释提供高质量的数据体。为了能够充分利用全数字高密度地震数据，保留全面的地质信息，提出针对性处理措施，具体处理流程如图2所示。

相同处理方式后，由图3对比可知，高密度地震资料对煤层构造的刻画更精确，层位的波组特征更好，断点更加清晰，全数字高密度成果明显更优于常规成果，为后续的资料精细解释及属性提取打下坚实的基础。

3 基于高密度数据的地质异常体属性解释

通常认为地震属性携带与地层的结构特征等有关的地层信息，反映与构造有关的地震属性异常的地震信息主要包括以下几类：振幅类信息、频率类信息、相位类信息、曲率类信息等等。地震属性的提取是进行属性解释的基础，目的层中构造的存在，势必造成目的层与围岩的物性差异，这种差异可能体现在地震波的时间、地震波的频率、振幅、相位差异。对构造进行反映，各种层属性都有所体现，但振幅类属性最为敏感（图4）。

常规的断层解释体现了由点到线的思想和过程，基于全数字高密度、高信噪比的数据体，在常规解释的基础上，针对中小断层，以方差体为基础，采取先参考平面、再由点到线的方法进行解释。方差体反映了地震数据中相邻两道之间的地震差异，在方差体的基础上制作顺层时间切片，具有线性特征的异常反映代表了断层的延伸方向，可作为断层组合的依据，如图5所示。

利用层属性解释断层，实际是方差体解释断层的补充与延伸，也是先参考断层某一个或融合属性的平面展布，再进行断点的识别与组合，能够把时间剖面中更微弱的变化体现出来，对于小断层的识别更为有利，如图6所示。

地震属性类型多、数据量大、属性之间量纲不一，属性的不断增加对于煤层预测也会带来不利的影响，并非属性越多其预测效果就越好。地震属性优化能够有效降低地震属性维数，寻求最佳地震属性组合，提高预测精度，减少运算时间。针对本区主要选择方差体与层属性详解的方式，对大中小断层进行采点预测，并对断层断点进行评级，共抽查评定断点1 937个，其中A级断点1 343个，占69.33%；B级断点586个，占30.25%；C级断点8个，占0.42%，可靠断层121条；较可靠断层48条，可有效满足对矿井的安全生产指导。

4 结论

1）基于全数字高密度的地震数据，相较于常规数据，对小断层的刻画更清晰、准确，为后续精确解释小地质异常体提供坚实的数据基础。

2）波形分析和多属性分析技术相互佐证，对不同规模异常体识别，准确度更高，能有效指导矿方的煤层采掘部署和安全生产。

3）只依靠波形分析和多属性相结合的方式，对高密度的数据使用并不充分，在今后的研究中心，可再次挖掘数据潜力，利用OVT技术，使用叠前反演技术，可预测裂隙发育方向以及瓦斯富集区，为高瓦斯矿井的安全生产提供指导。

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