煤矿地质构造的精细解释方法

秦晶晶，王言剑

（1.中国矿业大学资源学院，江苏徐州 221008;2.兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东邹城 272100）

煤矿地质构造的精细解释方法

秦晶晶1，王言剑2

（1.中国矿业大学资源学院，江苏徐州 221008;2.兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东邹城 272100）

随着煤矿三维地震勘探技术的发展，煤矿开采对地质构造的解释精度要求越来越高，常规地震解释将不能满足解释精度的需要，特别是对断层的解释要求较高，为此，提出了有针对性的精细解释方法。结合一个具体实例，从相干切片、方差切片、多方位观测及提取地震属性等方面，阐述了三维地震勘探的精细解释方法。以上几种解释技术的有机结合，将能够得到较好的构造解释效果，从而为煤矿开采的安全生产提供了更可靠的勘探成果。

精细解释;地震属性;方差切片;相干切片

Accurate Interpretation Method of Tectonic i n Coal Mine

近几年来，由于煤矿人员对地下的地质信息以及小构造的发育情况掌握不清，导致在煤矿开采过程中造成巨大的经济损失甚至产生煤矿事故。如果在巷道掘进的前方遇到断层或其他构造，就必须重新布置工作面，这样就大大地增加了采煤的成本。因此，弄清煤系地层中的地质构造，特别是断层，在煤矿开采的工作中起到十分重要的作用。

三维地震勘探是当今勘探精度较高的勘探技术，特别是在煤田构造勘探中效果明显，取得了广泛的应用，产生了巨大的经济和社会效益。近十几年来许多煤矿开展了大量的三维地震勘探工作，但就目前的勘探精度而言，尚不能完全满足煤矿生产的需要，主要存在的问题是落差5m及5～10m的断层勘探精度不高，特别在复杂地区勘探精度更低，据统计落差5m以上断层勘探准确率约为60%;断层位置确定不够准确，一般位置偏移为40m左右，大断层尤为不准;对相距较近的多条断层不能够很好地分辨，通常把几条断层解释成一条断层。

上述问题的存在严重影响了煤矿开采的效率和安全，造成以上几个方面的原因除了三维地震勘探本身特点以外还有以下两方面的因素:目前大多数的解释思想基本上还是采用二维的剖面解释，没有充分利用三维地震勘探资料的动力学特征和全空间信息，大大降低了对地下地质体的认识精度;新技术手段利用不多。

为此，针对现有问题，在总结煤矿地质规律的基础上，提出有针对性的精细解释方法，对已有资料进行充分的利用，进一步提高三维地震勘探的精度，目前在国内众多地区取得了一定的效果。

1 断层构造的地震波场响应

通过设计一个正演模型，分析地震反射波在断层处的地震响应，为后期的地震解释工作提供一个有利的依据。正演模型如图1所示。

图1 正演模拟

图1（a）是小断层的地质模型。模型参数为:煤层厚度8m，煤的断距左侧5m、右侧3m，煤层速度为 2000m/s，围岩速度从上到下分别为1800m/s，3000m/s，3200m/s，震源子波为60Hz频率的雷克子波，图1（b）为入射频率为60Hz的地震正演剖面。经过分析，断距为3m的小断层，地震剖面上有微小的变化，5m断距的断层反射特征较为明显，可以进行断层解释。

2 三维精细解释方法及实例应用

本次精细解释主要运用Geoframe解释软件和研制开发的煤矿三维地震动态解释系统，从相干属性、方差属性以及提取地震属性等方面来实现地震勘探的精细解释。下面以山东地区某煤矿三维地震勘探为例，阐述煤田构造的地震精细解释方法及其实际应用效果。

2.1 方差和相干技术

图2、图3、图4分别是某采区的相干切片、层位振幅切片、方差切片。相干切片反映的是一定时窗范围内波形的相似程度。通过道间相似性等属性的计算，实现三维振幅数据体向三维相似系数属性的转换，从而突出波形的不连续特征，图2中的相干切片是基于煤矿三维地震动态解释系统利用C3算法得到的。方差切片是通过计算道集内地震道与平均地震道之间的方差值得到方差体，突出由断层或其他异常所造成的地震波异常，图4中的方差切片是基于Geoframe解释软件得到的。为了验证各种切片对断层的反映效果，本文计算时选用的视窗均为10ms。

图2 相干切片

通过图2、图3和图4分析对比，可以看出相干切片、层位振幅切片比方差切片对断层的反映较明显，尤其是图中圈注的断层，该断层的最大落差为55m，相干切片和层位振幅切片清晰地展示了该大断层的空间发展分布。然而相干切片比层位振幅切片更丰富、更清晰地反映了小断层的细节。综上所述，相干切片更能清楚地识别断层特征，为煤矿开采提供了识别断层的有利证据。

图3 层位振幅切片

图4 方差切片

2.2 任意方向测线解释技术

该技术主要使用基于Windows操作系统开发的煤矿三维资料动态解释系统进行分析和解释。该技术解释的主要思路为:在煤层底板等高线AutoCAD图上任意拾取测线→动态解释系统显示剖面→在拾取剖面上进行解释→AutoCAD图显示断层的上下盘→根据断层上下盘的走向趋势绘出断层。在煤矿开采的过程中，由于揭露地下的信息越来越丰富，此技术使煤矿人员利用已揭露的地质信息对原来的解释成果进行验证或重新解释，实现了煤矿人员的同步交互解释，更适用于煤矿人员的需要。如图5为不同方位的地震剖面，可以看出地震剖面上的断层在不同方位上显示具有明显的差异。

图5（a）、（b）、（c）分别是垂直与F10断层走向、与垂直断层走向偏65°和45°剖面，分析得出:当选取的测线垂直断层走向（图5（a））和与断层走向偏45°方向（图5（c））时，反射波的振幅有明显变化，可以解释此处存在断层;当选取的测线与断层走向偏65°时（图5（b）），反射波的振幅几乎没有变化，如果解释人员仅从此方位解释断层时，就可能遗漏该断层的解释。

因此，在进行精细解释时应从多方位选取测线，这样才能获得更精细的构造形态，进而提高解释成果的可靠性。

图5 断层在不同方向上的地震剖面

2.3 地震属性技术

所谓的地震属性就是由叠前或叠后地震数据，经过数学变换导出的有关地震波的运动学特征、动力学特征、几何形态和统计学特征，其中没有介入任何其他类型的数据。因此，利用地震属性技术在煤田勘探中具有非常重要的使用价值。由于地震属性数量繁多，且新的属性层出不穷，因此，在本次精细解释中提取了频率、最大振幅、时差、相似系数等对小断层特征反映明显的地震属性参数，最后将这些地震属性按照不同的权重进行标准化处理绘出综合曲线图。

图6（a）为地震剖面解释图，图6（b）为属性综合曲线图。从图6分析可得:属性综合曲线图中数值大的地方在地震剖面上反射波的确存在异常。除此之外，断层的位置及宽度在地震剖面上解释的断层达到吻合，说明此方法在识别断层的特征方面具有一定的指导意义。

3 结论

本文主要基于煤矿三维地震动态解释系统和Geoframe解释软件，运用方差技术、相干技术及地震属性技术对断层进行精细解释。研究发现:断层解释以相干切片为主，结合层位振幅切片、方差切片及提取地震属性方法相互验证，最后能够得到较好的构造解释效果，为煤矿开采提供了更丰富更可靠的勘探成果。

图6 地震属性图示

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P631.4

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1006-6225（2011）04-0023-03

2011－05－19

秦晶晶 （1986－），女，河南洛阳人，硕士研究生，主要从事三维地震资料处理和解释的研究。

［责任编辑:王兴库］

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