三维地震数据动态解释技术在沈南煤矿中的应用

杨国敏+刘志强

摘 要：传统地质手段主要依靠钻孔资料解释岩浆岩侵入煤层及煤层变焦问题。沈南井田内的钻孔不均匀，使用常规地质手段很难确定岩浆岩侵入煤层边界。而三维地震资料具有大面积密集采集信息的优势，因此利用地震信息，结合钻孔资料、矿井地质资料，对沈南某矿某采区12煤层进行岩性处理与解释，确定12煤层的岩浆岩侵入边界，为巷道掘进及工作面回采提供地质依据。

关键词：岩浆岩侵入；地震信息；岩性处理；动态解释

引言

2010年6月，我队完成了沈阳焦煤集团沈南某采区三维地震勘探工程，提交了三维地震勘探报告。采区内12煤层的岩浆岩侵入情况较为复杂，从区内统计的23口钻孔来看，揭露有岩浆岩侵入12煤层的钻孔有5个，岩浆岩厚度为2.4m～7.95m，平均厚度4.97m。根据下采区掘进和回采过程中提供的矿井地质资料，发现岩浆岩对12煤层的侵蚀非常严重，回采巷道中煤层厚度变化较大，局部将煤层吞蚀。用传统的地质手段解决此问题，很难满足煤矿巷道设计及采掘工程的要求，所以带着该问题，着手对采区三维地震资料再进行岩性处理实行动态解释，包括波阻抗反演处理、谱分解处理和地震相分析；然后再利用三维地震数据体、波阻抗数据体、振幅切片、谱分解切片和地震相分类图对采区12煤层岩浆岩的分布范围进行综合解释，确定12煤层的岩浆岩侵入边界。

1 地震资料的岩性处理解释方法

地震资料的岩性处理是从叠前和叠后地震数据中提取出来的运动学、动力学和统计学地震特殊测量值；进而用地震特殊值提取、显示、分析和评价地震属性，并利用地震属性进行目的层构造、岩性解释的技术。

1.1 地震属性技术

地震属性技术的关键：就是要有高信噪比的地震数据和高精度的地震层位解释。而地震属性包含同相属性和数据体属性，其中同相属性中的振幅属性可以分析煤层反射波在平面上的能量分布情况；而数据体属性中的相干、方差属性可以分析主要由构造引起的变化特征。

1.2 地震反演技术

就是利用测井曲线约束三维地震资料，将反映界面信息的地震剖面转化成反映地层信息的反演剖面。

1.3 谱分解技术

就是利用谱分解技术可以实现在时间域内不能达到的分辨率。通过煤层岩性异常而造成的反射波能量谱异常来识别。

1.4 地震相技术

就是利用地震道波形对地震道进行分类，将有助于减少用单一地震属性，如振幅、相位、频率等对相划分带来的多解性。

2 地震资料的构造解释成果

2.1 层位解释

就是地震地质层位标定，第一步利用钻孔的测井曲线（密度和声波时差曲线），结合地震子波，制作合成记录；第二步结合反射波对比，在钻孔处标定7、12煤的反射波层位（见图1）。

从图1可以看出，12煤层对应的地震反射波（T12）振幅能量最强，同相轴连续性最好，可以全区连续追踪；7煤层对应的地震反射波（T7）振幅能量较强，但同相轴连续性相对较差，区域可连续追踪。

2.2 断层解释

在断点解释上，以地震时间剖面为主，解释可靠性较高的断点；在断层组合上，结合断点在平面上的分布，对断点进行组合，确定断层的性质；在小断层的解释结合地震属性切片，对小断层进行精细解释。

3 地震资料的岩性处理与解释

3.1 钻孔统计与煤厚变化趋势

本次动态解释工作，共收集到穿过7、12煤层的钻孔23个，其中11个钻孔有测井资料。区内7煤很薄，除2011-6井、512井在7煤处为岩浆岩外，其他钻孔揭露7煤厚度均不超过1.4m。在23个钻孔中，12煤层正常的钻孔14个，12煤层含有夹矸的钻孔2个，12煤层变薄（<0.7m）的钻孔1个，12煤层为岩浆岩的钻孔5个，缺少12煤层资料的钻孔1个。在层位标定的基础上，通过谱值预测了7煤和12煤煤层厚度变化。

3.2 火成岩侵入正演模拟

岩浆岩通常是从地壳薄弱的地带侵入，断层面易成为岩浆岩侵入的通道，而岩浆岩侵入之后所产生的断层可能切割岩浆岩体（见图2）。

3.3 地震属性体处理与解释

根据研究区12煤层反射波的上述波形特征，选择时窗长度为21ms，对12煤层反射波（T12）分别提取了平均振幅、瞬时频率、主频相位、相对波阻抗等四个属性。通过对比发现，平均振幅、相对波阻抗切片与钻孔验证较好。其中平均振幅切片中，红色、黄色为煤层正常区，深蓝色为异常区；相对波阻抗切片中，绿色红色为正常区，紫色黑色为异常区（见图3）。

3.4 谱分解处理与解释

为了有效识别岩浆岩侵入区，利用谱分解技术对12煤层的地震反射波进行谱分解。从不同频率的谱分解切片可以看出，煤层在40～45Hz时，频率响应增强；在60Hz之后能量开始减弱，根据12煤层的谱分解切片变化特征，可以划分正常煤层（见图4）。

3.5 地震相分析与解释

本区12煤层被岩浆岩侵入后，地震波形特征发生明显改变。根据地震资料的这一特点，对本区地震资料进行了处理。通过与钻孔数据对比，时窗长度为15ms分类数为7的地震相分类图可信度较高，但总体分辨率不如属性与谱分解高（见图5）。

3.6 地震反演处理与解释

要通过地震反演信息划分岩浆岩侵入范围，那么在正常煤层和岩浆岩侵入煤层的测井曲线上必须有所差异（见图6）。

通过图6对比可知，12煤层正常区具有低密度的特点，而侵入区具有高密度的特点。在进行地震反演处理过程中，把密度测井曲线作为约束条件，提高了岩浆岩-煤层边界的分辨能力，较好地解决了岩浆岩侵入的识别问题。

图7为部分过井波阻抗反演剖面，过2010-3井的波阻抗反演剖面，12煤层被岩浆岩侵入，岩浆岩厚7.95m，表现为高波阻抗值，颜色为紫色；过658井的波阻抗反演剖面，12煤层厚2.7m，但顶板有岩浆岩侵入，煤层顶板有天然焦，表现为较高波阻抗值，颜色为蓝色；过2011-1井的波阻抗反演剖面，12煤层厚5m，可以看出12煤层在剖面上表现为绿色，波阻抗值较低，为正常煤层。

由于研究区域内12煤层厚度变化较大，平均厚度在3m左右，波阻抗平均值切片能够提供煤层厚度的变化信息。图中显示色标由绿色变紫色，对应的波阻抗值由小变大。钻探证明，12煤层厚度异常区域即岩浆岩侵入区的波阻抗值较大，这是因为其岩性从低速度、低密度的煤层变为高速度、高密度的岩浆岩所致。

综合分析多种地震属性，选取分辨率较高、钻孔验证较好的切片作为解释依据，包括平均振幅、45HZ谱分解，时窗为15ms分类数为7的地震相分类和12煤层平均波阻抗切片，利用地震属性切片圈定了12煤层岩浆岩侵入范围。

4 结束语

通过本文岩性处理及动态解释介绍，地震属性技术能够利用更多的地震信息，进行综合分析，可大大提高煤矿地质异常体的检测能力和精度；地震属性技术不仅能对三维地震资料进行构造和煤层解释，同时还可以开展岩性解释，包括预测灰岩岩溶裂隙发育带、煤层顶底板岩性变化、瓦斯富集带及火成岩发育状况等。总之，利用地震属性技术可以提高现有的地震资料解释精度与可靠性，扩大解决地质问题的应用范围。

参考文献

[1]孔庆河.下东六采区三维地震勘探报告[R].2010.

[2]崔若飞.岩性地震勘探在煤矿安全生产中的应用[C].2013年西安精细勘查论坛论文集中国煤炭地质总局编.

[3]孙学凯，崔大尉，秦轲，王远.地震反演技术在煤矿安全开采中的应用[C].煤炭高精度三维地震勘探技术与应用效果研讨会论文集.2010.3中国煤炭地质总局编.

摘 要：传统地质手段主要依靠钻孔资料解释岩浆岩侵入煤层及煤层变焦问题。沈南井田内的钻孔不均匀，使用常规地质手段很难确定岩浆岩侵入煤层边界。而三维地震资料具有大面积密集采集信息的优势，因此利用地震信息，结合钻孔资料、矿井地质资料，对沈南某矿某采区12煤层进行岩性处理与解释，确定12煤层的岩浆岩侵入边界，为巷道掘进及工作面回采提供地质依据。

关键词：岩浆岩侵入；地震信息；岩性处理；动态解释

引言

2010年6月，我队完成了沈阳焦煤集团沈南某采区三维地震勘探工程，提交了三维地震勘探报告。采区内12煤层的岩浆岩侵入情况较为复杂，从区内统计的23口钻孔来看，揭露有岩浆岩侵入12煤层的钻孔有5个，岩浆岩厚度为2.4m～7.95m，平均厚度4.97m。根据下采区掘进和回采过程中提供的矿井地质资料，发现岩浆岩对12煤层的侵蚀非常严重，回采巷道中煤层厚度变化较大，局部将煤层吞蚀。用传统的地质手段解决此问题，很难满足煤矿巷道设计及采掘工程的要求，所以带着该问题，着手对采区三维地震资料再进行岩性处理实行动态解释，包括波阻抗反演处理、谱分解处理和地震相分析；然后再利用三维地震数据体、波阻抗数据体、振幅切片、谱分解切片和地震相分类图对采区12煤层岩浆岩的分布范围进行综合解释，确定12煤层的岩浆岩侵入边界。

1 地震资料的岩性处理解释方法

地震资料的岩性处理是从叠前和叠后地震数据中提取出来的运动学、动力学和统计学地震特殊测量值；进而用地震特殊值提取、显示、分析和评价地震属性，并利用地震属性进行目的层构造、岩性解释的技术。

1.1 地震属性技术

地震属性技术的关键：就是要有高信噪比的地震数据和高精度的地震层位解释。而地震属性包含同相属性和数据体属性，其中同相属性中的振幅属性可以分析煤层反射波在平面上的能量分布情况；而数据体属性中的相干、方差属性可以分析主要由构造引起的变化特征。

1.2 地震反演技术

就是利用测井曲线约束三维地震资料，将反映界面信息的地震剖面转化成反映地层信息的反演剖面。

1.3 谱分解技术

就是利用谱分解技术可以实现在时间域内不能达到的分辨率。通过煤层岩性异常而造成的反射波能量谱异常来识别。

1.4 地震相技术

就是利用地震道波形对地震道进行分类，将有助于减少用单一地震属性，如振幅、相位、频率等对相划分带来的多解性。

2 地震资料的构造解释成果

2.1 层位解释

就是地震地质层位标定，第一步利用钻孔的测井曲线（密度和声波时差曲线），结合地震子波，制作合成记录；第二步结合反射波对比，在钻孔处标定7、12煤的反射波层位（见图1）。

从图1可以看出，12煤层对应的地震反射波（T12）振幅能量最强，同相轴连续性最好，可以全区连续追踪；7煤层对应的地震反射波（T7）振幅能量较强，但同相轴连续性相对较差，区域可连续追踪。

2.2 断层解释

在断点解释上，以地震时间剖面为主，解释可靠性较高的断点；在断层组合上，结合断点在平面上的分布，对断点进行组合，确定断层的性质；在小断层的解释结合地震属性切片，对小断层进行精细解释。

3 地震资料的岩性处理与解释

3.1 钻孔统计与煤厚变化趋势

本次动态解释工作，共收集到穿过7、12煤层的钻孔23个，其中11个钻孔有测井资料。区内7煤很薄，除2011-6井、512井在7煤处为岩浆岩外，其他钻孔揭露7煤厚度均不超过1.4m。在23个钻孔中，12煤层正常的钻孔14个，12煤层含有夹矸的钻孔2个，12煤层变薄（<0.7m）的钻孔1个，12煤层为岩浆岩的钻孔5个，缺少12煤层资料的钻孔1个。在层位标定的基础上，通过谱值预测了7煤和12煤煤层厚度变化。

3.2 火成岩侵入正演模拟

岩浆岩通常是从地壳薄弱的地带侵入，断层面易成为岩浆岩侵入的通道，而岩浆岩侵入之后所产生的断层可能切割岩浆岩体（见图2）。

3.3 地震属性体处理与解释

根据研究区12煤层反射波的上述波形特征，选择时窗长度为21ms，对12煤层反射波（T12）分别提取了平均振幅、瞬时频率、主频相位、相对波阻抗等四个属性。通过对比发现，平均振幅、相对波阻抗切片与钻孔验证较好。其中平均振幅切片中，红色、黄色为煤层正常区，深蓝色为异常区；相对波阻抗切片中，绿色红色为正常区，紫色黑色为异常区（见图3）。

3.4 谱分解处理与解释

为了有效识别岩浆岩侵入区，利用谱分解技术对12煤层的地震反射波进行谱分解。从不同频率的谱分解切片可以看出，煤层在40～45Hz时，频率响应增强；在60Hz之后能量开始减弱，根据12煤层的谱分解切片变化特征，可以划分正常煤层（见图4）。

3.5 地震相分析与解释

本区12煤层被岩浆岩侵入后，地震波形特征发生明显改变。根据地震资料的这一特点，对本区地震资料进行了处理。通过与钻孔数据对比，时窗长度为15ms分类数为7的地震相分类图可信度较高，但总体分辨率不如属性与谱分解高（见图5）。

3.6 地震反演处理与解释

要通过地震反演信息划分岩浆岩侵入范围，那么在正常煤层和岩浆岩侵入煤层的测井曲线上必须有所差异（见图6）。

通过图6对比可知，12煤层正常区具有低密度的特点，而侵入区具有高密度的特点。在进行地震反演处理过程中，把密度测井曲线作为约束条件，提高了岩浆岩-煤层边界的分辨能力，较好地解决了岩浆岩侵入的识别问题。

图7为部分过井波阻抗反演剖面，过2010-3井的波阻抗反演剖面，12煤层被岩浆岩侵入，岩浆岩厚7.95m，表现为高波阻抗值，颜色为紫色；过658井的波阻抗反演剖面，12煤层厚2.7m，但顶板有岩浆岩侵入，煤层顶板有天然焦，表现为较高波阻抗值，颜色为蓝色；过2011-1井的波阻抗反演剖面，12煤层厚5m，可以看出12煤层在剖面上表现为绿色，波阻抗值较低，为正常煤层。

由于研究区域内12煤层厚度变化较大，平均厚度在3m左右，波阻抗平均值切片能够提供煤层厚度的变化信息。图中显示色标由绿色变紫色，对应的波阻抗值由小变大。钻探证明，12煤层厚度异常区域即岩浆岩侵入区的波阻抗值较大，这是因为其岩性从低速度、低密度的煤层变为高速度、高密度的岩浆岩所致。

综合分析多种地震属性，选取分辨率较高、钻孔验证较好的切片作为解释依据，包括平均振幅、45HZ谱分解，时窗为15ms分类数为7的地震相分类和12煤层平均波阻抗切片，利用地震属性切片圈定了12煤层岩浆岩侵入范围。

4 结束语

通过本文岩性处理及动态解释介绍，地震属性技术能够利用更多的地震信息，进行综合分析，可大大提高煤矿地质异常体的检测能力和精度；地震属性技术不仅能对三维地震资料进行构造和煤层解释，同时还可以开展岩性解释，包括预测灰岩岩溶裂隙发育带、煤层顶底板岩性变化、瓦斯富集带及火成岩发育状况等。总之，利用地震属性技术可以提高现有的地震资料解释精度与可靠性，扩大解决地质问题的应用范围。

参考文献

[1]孔庆河.下东六采区三维地震勘探报告[R].2010.

[2]崔若飞.岩性地震勘探在煤矿安全生产中的应用[C].2013年西安精细勘查论坛论文集中国煤炭地质总局编.

[3]孙学凯，崔大尉，秦轲，王远.地震反演技术在煤矿安全开采中的应用[C].煤炭高精度三维地震勘探技术与应用效果研讨会论文集.2010.3中国煤炭地质总局编.

摘 要：传统地质手段主要依靠钻孔资料解释岩浆岩侵入煤层及煤层变焦问题。沈南井田内的钻孔不均匀，使用常规地质手段很难确定岩浆岩侵入煤层边界。而三维地震资料具有大面积密集采集信息的优势，因此利用地震信息，结合钻孔资料、矿井地质资料，对沈南某矿某采区12煤层进行岩性处理与解释，确定12煤层的岩浆岩侵入边界，为巷道掘进及工作面回采提供地质依据。

关键词：岩浆岩侵入；地震信息；岩性处理；动态解释

引言

2010年6月，我队完成了沈阳焦煤集团沈南某采区三维地震勘探工程，提交了三维地震勘探报告。采区内12煤层的岩浆岩侵入情况较为复杂，从区内统计的23口钻孔来看，揭露有岩浆岩侵入12煤层的钻孔有5个，岩浆岩厚度为2.4m～7.95m，平均厚度4.97m。根据下采区掘进和回采过程中提供的矿井地质资料，发现岩浆岩对12煤层的侵蚀非常严重，回采巷道中煤层厚度变化较大，局部将煤层吞蚀。用传统的地质手段解决此问题，很难满足煤矿巷道设计及采掘工程的要求，所以带着该问题，着手对采区三维地震资料再进行岩性处理实行动态解释，包括波阻抗反演处理、谱分解处理和地震相分析；然后再利用三维地震数据体、波阻抗数据体、振幅切片、谱分解切片和地震相分类图对采区12煤层岩浆岩的分布范围进行综合解释，确定12煤层的岩浆岩侵入边界。

1 地震资料的岩性处理解释方法

地震资料的岩性处理是从叠前和叠后地震数据中提取出来的运动学、动力学和统计学地震特殊测量值；进而用地震特殊值提取、显示、分析和评价地震属性，并利用地震属性进行目的层构造、岩性解释的技术。

1.1 地震属性技术

地震属性技术的关键：就是要有高信噪比的地震数据和高精度的地震层位解释。而地震属性包含同相属性和数据体属性，其中同相属性中的振幅属性可以分析煤层反射波在平面上的能量分布情况；而数据体属性中的相干、方差属性可以分析主要由构造引起的变化特征。

1.2 地震反演技术

就是利用测井曲线约束三维地震资料，将反映界面信息的地震剖面转化成反映地层信息的反演剖面。

1.3 谱分解技术

就是利用谱分解技术可以实现在时间域内不能达到的分辨率。通过煤层岩性异常而造成的反射波能量谱异常来识别。

1.4 地震相技术

就是利用地震道波形对地震道进行分类，将有助于减少用单一地震属性，如振幅、相位、频率等对相划分带来的多解性。

2 地震资料的构造解释成果

2.1 层位解释

就是地震地质层位标定，第一步利用钻孔的测井曲线（密度和声波时差曲线），结合地震子波，制作合成记录；第二步结合反射波对比，在钻孔处标定7、12煤的反射波层位（见图1）。

从图1可以看出，12煤层对应的地震反射波（T12）振幅能量最强，同相轴连续性最好，可以全区连续追踪；7煤层对应的地震反射波（T7）振幅能量较强，但同相轴连续性相对较差，区域可连续追踪。

2.2 断层解释

在断点解释上，以地震时间剖面为主，解释可靠性较高的断点；在断层组合上，结合断点在平面上的分布，对断点进行组合，确定断层的性质；在小断层的解释结合地震属性切片，对小断层进行精细解释。

3 地震资料的岩性处理与解释

3.1 钻孔统计与煤厚变化趋势

本次动态解释工作，共收集到穿过7、12煤层的钻孔23个，其中11个钻孔有测井资料。区内7煤很薄，除2011-6井、512井在7煤处为岩浆岩外，其他钻孔揭露7煤厚度均不超过1.4m。在23个钻孔中，12煤层正常的钻孔14个，12煤层含有夹矸的钻孔2个，12煤层变薄（<0.7m）的钻孔1个，12煤层为岩浆岩的钻孔5个，缺少12煤层资料的钻孔1个。在层位标定的基础上，通过谱值预测了7煤和12煤煤层厚度变化。

3.2 火成岩侵入正演模拟

岩浆岩通常是从地壳薄弱的地带侵入，断层面易成为岩浆岩侵入的通道，而岩浆岩侵入之后所产生的断层可能切割岩浆岩体（见图2）。

3.3 地震属性体处理与解释

根据研究区12煤层反射波的上述波形特征，选择时窗长度为21ms，对12煤层反射波（T12）分别提取了平均振幅、瞬时频率、主频相位、相对波阻抗等四个属性。通过对比发现，平均振幅、相对波阻抗切片与钻孔验证较好。其中平均振幅切片中，红色、黄色为煤层正常区，深蓝色为异常区；相对波阻抗切片中，绿色红色为正常区，紫色黑色为异常区（见图3）。

3.4 谱分解处理与解释

为了有效识别岩浆岩侵入区，利用谱分解技术对12煤层的地震反射波进行谱分解。从不同频率的谱分解切片可以看出，煤层在40～45Hz时，频率响应增强；在60Hz之后能量开始减弱，根据12煤层的谱分解切片变化特征，可以划分正常煤层（见图4）。

3.5 地震相分析与解释

本区12煤层被岩浆岩侵入后，地震波形特征发生明显改变。根据地震资料的这一特点，对本区地震资料进行了处理。通过与钻孔数据对比，时窗长度为15ms分类数为7的地震相分类图可信度较高，但总体分辨率不如属性与谱分解高（见图5）。

3.6 地震反演处理与解释

要通过地震反演信息划分岩浆岩侵入范围，那么在正常煤层和岩浆岩侵入煤层的测井曲线上必须有所差异（见图6）。

通过图6对比可知，12煤层正常区具有低密度的特点，而侵入区具有高密度的特点。在进行地震反演处理过程中，把密度测井曲线作为约束条件，提高了岩浆岩-煤层边界的分辨能力，较好地解决了岩浆岩侵入的识别问题。

图7为部分过井波阻抗反演剖面，过2010-3井的波阻抗反演剖面，12煤层被岩浆岩侵入，岩浆岩厚7.95m，表现为高波阻抗值，颜色为紫色；过658井的波阻抗反演剖面，12煤层厚2.7m，但顶板有岩浆岩侵入，煤层顶板有天然焦，表现为较高波阻抗值，颜色为蓝色；过2011-1井的波阻抗反演剖面，12煤层厚5m，可以看出12煤层在剖面上表现为绿色，波阻抗值较低，为正常煤层。

由于研究区域内12煤层厚度变化较大，平均厚度在3m左右，波阻抗平均值切片能够提供煤层厚度的变化信息。图中显示色标由绿色变紫色，对应的波阻抗值由小变大。钻探证明，12煤层厚度异常区域即岩浆岩侵入区的波阻抗值较大，这是因为其岩性从低速度、低密度的煤层变为高速度、高密度的岩浆岩所致。

综合分析多种地震属性，选取分辨率较高、钻孔验证较好的切片作为解释依据，包括平均振幅、45HZ谱分解，时窗为15ms分类数为7的地震相分类和12煤层平均波阻抗切片，利用地震属性切片圈定了12煤层岩浆岩侵入范围。

4 结束语

通过本文岩性处理及动态解释介绍，地震属性技术能够利用更多的地震信息，进行综合分析，可大大提高煤矿地质异常体的检测能力和精度；地震属性技术不仅能对三维地震资料进行构造和煤层解释，同时还可以开展岩性解释，包括预测灰岩岩溶裂隙发育带、煤层顶底板岩性变化、瓦斯富集带及火成岩发育状况等。总之，利用地震属性技术可以提高现有的地震资料解释精度与可靠性，扩大解决地质问题的应用范围。

参考文献

[1]孔庆河.下东六采区三维地震勘探报告[R].2010.

[2]崔若飞.岩性地震勘探在煤矿安全生产中的应用[C].2013年西安精细勘查论坛论文集中国煤炭地质总局编.

[3]孙学凯，崔大尉，秦轲，王远.地震反演技术在煤矿安全开采中的应用[C].煤炭高精度三维地震勘探技术与应用效果研讨会论文集.2010.3中国煤炭地质总局编.