煤田地震勘探断层解释技术及应用

郭秀娟

(山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局，山西 太原 030045)

近年来，煤炭行业对构造的判断准确性要求越来越高，三维地震勘探方法是一种既快速有效又经济实用的煤矿采区构造探测方法。三维地震勘探的主要目的是对断层进行解释，而目前资料解释工作中，断层解释及各断点在平面上的组合存在着不少问题，为了更好地为煤矿服务，地震地质应该紧密结合，参照区域地质构造，并把地质构造沉积理论与实际资料相结合，采用剖面与平面相结合，属性、面块与可视化整体控制等多种方法进行三维地震勘探断层解释。本文对断层解释原理方法进行阐述，并以山西宁武某矿为例，描述了应用成果。

1 断层解释技术

1.1 断点解释依据

在垂直的时间剖面上，如果反射波同相轴出现扭曲、分叉合并、错断、强相位转移、产状突变、断面反射波出现以及反射波同相轴波组间隔突然变化，数目突然增减或消失等，就认为该处为断点。其中，主要标志是反射波同相轴的错断。解释中同时参考层位上下波形的错断情况。

1.2 断点解释所采取的措施

1)区域控制。

在解释工作正式开始前，对该区构造规律、区域地质进行分析，掌握全区构造特征。

2)分类解释，逐条命名。

在解释中先用80×80大网度进行解释，对较大断层进行控制，反复对比，之后加密成40×40网度、20×20网度，如果有必要一直加密到5×5网度对小断层进行解释。

为了方便，解释断层时，要分别命名，分别着色，使每个断层和相邻断层有明显的区别，以便在不同方向的剖面上闭合断层。

3)多种方法联合解释。

断点解释过程中，本着“切片定走向，剖面定倾向，共同定产状”的原则进行解释。充分利用工作站解释系统的逐级放大、剖面切片对接显示、变面积和变密度显示、多窗动态显示、彩色显示功能，做到主剖面、联络剖面交错解释，从剖面到各种切片，或属性、可视化再到剖面等联合解释。

4)属性切片全面分析断层。

利用构造变化在运动学、动力学特征等大量信息中的反映，生成属性切片，在断层位置有明显变化，有助于断层解释。属性切片主要优点在于根据不同属性可以对不同性质的断层均进行显示，不易漏解断层。

5)方差体切片寻找特殊断层分析。

当遇到地下存在断层，一些地震道的反射特征会发生变化，方差体是通过检测各地震道之间的差异程度，从而检测出断层的信息。方差体切片主要优点在于断层与地层走向接近时，普通切片很难发现，而方差体水平切片仍然有清晰的显示。

6)三维可视化手段，了解断层的空间展布形态。

利用三维可视化手段进行全三维断层解释，可以对规模较大断层的空间展布形态有直观的了解，有利于掌握断层的空间结构。三维可视化解释主要优点在于能够使解释人员对断层有很好的空间概念，有利于断层的组合。

7)面块技术，提高解释效率。

面块切片除具有常规的拾取功能外，主要优点是能够根据反射波信噪比的高低选择适合的拾取方式，信噪比高可采用成片拾取;信噪比低则只能采用点或线的方式拾取;如果大范围拾取有问题，还可以成片进行删除。

8)物探与钻探、地质资料相结合。

三维地震解释过程中要结合钻井地质资料，进行层位标定，并通过地层对比进一步检查、落实断层解释的可靠性。

1.3 断层组合

通过对区域构造的了解，并对属性切片、方差体切片、三维可视化直观观察和垂直水平切片的对比组合，最终完成断层的组合。断层组合原则:同一断层的断点在相邻剖面上有一定的规律性，这些关系应在同一层位上表现出统一性和连续性，并且符合地质构造规律，所组合的断层符合地质构造规律，且在同一煤层反射波上表现出统一性和连续性。

同一断层在相邻时间剖面上的显示示意图见图1。

图1 同一断层在相邻时间剖面上的显示图

由图1可知，DF8断层在相邻剖面上均表现为2#煤层上断点反映较明显，5#煤层上断点反映相对不明显。

剖面上解释的断点通过工作站双屏幕显示功能做出平面展布，并可以切出任意范围内的水平切片和任意方向的垂直剖面，做出任意范围内的属性切片，在水平切片和属性切片上可直观检查断层平面分布是否符合地质规律，利用垂直断层走向的剖面检查断层落差、形态和水平断距，利用平行断层走向的剖面检查断层走向的合理性。通过多方向的互相检查不断修改，提高断层组合的可靠性。

2 应用实例及效果分析

2.1 地震地质条件

山西宁武某矿地处晋北山区，呈现为黄土覆盖的丘陵地貌，总的地势为西北、低东南高，较大沟谷呈南北向延伸，大小支沟向主沟两侧呈树枝状展布，沟谷间以断续黄土梁峁相隔，地形比较复杂。最大相对高差149.9 m。勘探区内黄土覆盖区占全区面积的60%以上，主要分布于山脊两侧的平台、斜坡上，勘探区西北部黄土厚度一般小于5 m，东南部较厚，最大厚度＞30 m。岩性以含砂黏土和黏土为主，不含水，波速极低。基岩出露区占全区面积的30%左右，岩性主要为泥岩、砂岩等。表浅层地震地质条件较差。本区主要勘探目的煤层的密度与速度和上下围岩有较大差异，是一个较好的反射界面，形成能量较强的反射波，是本次勘探的主要目的反射波和地质解释的主要依据。深层地震地质条件较好。

2.2 关键技术及应用效果

1)区域控制。

宁武某矿位于宁武煤田轩岗矿区北部鄂尔多斯盆地东部边缘、山西地台北与吕梁隆起北端的宁静向斜北部东翼，为祁吕贺山字型构造脊柱东侧盾地与东翼内带之间一沉积煤盆地，以北北东向的新华夏系构造为主，北东向区域性断裂与北西横向张性断裂较发育，断层规模较大，其性质多为压扭性断层，其次为斜交或垂直于向斜轴的断层，一般规模较小，区域地质构造复杂。本区解释的构造符合区域地质规律。

2)通过三维可视化，了解断层的空间展布形态。

通过三维可视化及动态演示功能，对整个勘探区构造有一个大概的了解。本区除部分区域外，地震数据的信噪比较高，存在两组比较强的反射波，结合钻孔及地质资料大致可以判定分别为2#煤层和5#煤层形成的反射波。本区煤层总体上看起伏不大，通过对目的层2#煤层、5#煤层附近的水平切片动态观察，可以了解到本区为一轴向NE的背斜构造。

通过对数据体进行动态浏览，对整个勘探区的基本状况有了全面的认识，对解释方案的确定起指导作用。

3)属性切片、方差体切片全面分析断层。

本次地震属性分析提取了对构造反映明显的体属性，及相应煤层反射波的同相轴属性，T2波的部分地震属性与2#煤层底板等高线示意图的对比见图2。

图2 T2波的部分地震属性与2#煤层底板等高线示意图的对比图

另外，对一些小断层根据地震属性也能有较好地反应，见图3。

由图3可知DF3断层在垂直剖面上同相轴几乎没有变化，容易漏解。但是，在反射能量、最大能量切片上反映明显，利用地震属性差异，可以解决小断层异常解释的问题。

图3 DF3断层在地震属性及时间剖面上的反应示意图

4)利用面块技术提高解释效率。

本次解释利用了振幅面块切片，见图4。

图4 振幅面块切片示意图

由图4可以看出，一些构造的分布情况，也可以进行层位追踪。图4中箭头所示区域为2#煤层拾取的同相轴，错断处为断层的位置。

5)结合钻井地质资料。

钻孔数据是进行地震勘探不可缺少的已知资料，利用联井剖面，可以使地震解释成果与地质成果进行结合。

3 结论

三维地震勘探断层解释是一项系统的综合型工程，要多种方法相结合，通过对比印证才能取得较好效果。利用多种方法相结合的解释技术，对表浅层地震地质条件较差、深层地震地质条件较好的地区构造解释是可行的，具有推广价值。

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