潞安矿区地震勘探资料精细解释分析

程裕斌

(山西潞安化工有限公司，山西长治 046204)

0 引言

三维地震数据具有横向空间密集采样的优点，但现有煤田三维地震数据处理解释技术尚未充分挖掘地震数据包含着的丰富的构造、岩性及物性信息，且与钻井等地质资料的结合度不高。J.B.Sangree说过“我们只利用了20%的地震数据信息。随着地震属性的应用，地震资料的利用率增加到了35%”[1]，因此，研究与应用新的采区地震数据处理解释理论与方法，对三维地震资料的地质动态解释，进一步发掘三维地震数据的潜力，开展小微地质构造超前精准识别及煤层赋存预测研究，会持续提高地震资料的利用率和解释精度，对煤矿采区的合理布置、主巷道的开拓、综采工作面开采地质条件的评价、避免和减少地质风险等方面具有重要理论及现实意义。

随着三维地震勘探技术的不断更新和采掘的不断深入，多个煤矿开始对以往地震资料的二次解释甚至是三次解释，收到了好的成效[1]。潞安矿区从2000年开展三维地震工作以来，进行三维地震矿井的面积达900km2，由于矿区陷落柱较为发育，相比于全国其他地区三维地震10m×10m的CDP网格，潞安矿区地质任务要求5m×10mCDP网格密度，高于其他矿区，为矿井生产提供了重要的地质依据。但在矿井开采中依然存在小构造遗漏较多，5m落差以下断层及20m以下陷落柱可靠性不高、煤层底板误差超过地质任务要求等问题。针对这些问题，潞安环能集团多个矿区进行了三维地震资料精细解释。迄今为止，潞安矿区余吾、常村、漳村、李阳等多个矿井二次处理解释面积已达70km2，通过二次精细解释，发现了一些问题存在的原因，有效提高了解释精度，为今后地震勘探精度的提高提供了借鉴。

1 矿区地质

潞安矿区位于华北断块区吕梁-太行断块，沁水块坳东部次级构造单元沾尚-武乡-阳城北北东向褶带中段，其主体部分为新生代叠加长治新裂陷。区域地层区划属于华北地层区山西地层分区长治小区。地层由老到新依次发育有上元古界震旦系，古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界三叠系、新近系。主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，可采煤层6～9层，主要可采煤层为二叠系山西组3#煤层、石炭系太原组的9#和15#煤层。

矿井构造属典型的新华夏系构造，受区域断褶带和沁水拗陷的影响，背斜一般东缓西陡，向斜一般东陡西缓。断裂一般为张性和压扭性正断层。陷落柱较为发育[2-4]。

2 矿区地震资料解释常见问题分析

地震资料解释误差有深度误差、厚度误差及构造误差。深度误差主要表现为标高、倾角、幅度等，构造误差主要表现为断层、陷落柱及其他地质异常体的位置、性质、摆动范围、延展长度、断层落差等。

误差的产生有客观原因也有主观因素。从地震勘探过程分析，常见原因如下：

1)观测系统的影响。有的工区目的层浅，有效覆盖次数达不到规范或设计要求[5-8]。

2)采集质量误差。数据采集的质量主要包括两个方面，就是激发与接收。这其中不仅包含激发层位、激发药量和检波器埋置的质量，也取决于最为基础的激发和接收位置的准确性。

3)资料处理与速度分析误差。潞安矿区属低山丘陵地区，在资料处理过程中静校正工作必不可少，在统一基准面静校正过程中，替换速度的选择会影响数据体的空间形态，一般根据覆盖层的平均速度进行选择，替换速度高于反射波在地层中的实际传播速度，填充或削减部位的校正量就比实际的小，褶曲幅度变小；如果替换速度小于反射波在地层中的实际传播速度，填充或削减部位校正量就会比实际的大，褶曲幅度变大，在对叠加数据体进行偏移归位时会造成构造的位置不准确等问题。因此资料处理中的速度分析工作要精细[9]。

4)偏移误差。潞安矿区进行三维地震勘探初期很少用到叠前偏移技术，有的矿区揭露断层等标志点少甚至没有，造成偏移速度的误差。

5)时深转换误差。已知资料网度过稀、速度变化大。

6)地震资料的多解性。

7)经验误差即人为解释与分析误差。 对矿井地质规律的认识程度会造成解释误差。

3 精细解释方法

3.1 数据加载的精细

由于从普遍使用1954年北京坐标系到1980年西安坐标系到现在的2000坐标系，前后不到20a时间，由于推广与精度的需要，有的矿井响应号召将采掘资料使用的坐标系进行了修改，但随之需要修改有一系列的工作要做，如钻孔资料、各类地质报告等，由于一些钻孔资料是20世纪60、70年代的纸质资料，修改的难度较大，而在1954坐标系与1980坐标系混用的年代，有的图纸没有标注坐标系，如果技术人员调动或者精力不够集中极易造成坐标系张冠李戴的现象，因此数据加载前，三维地震数据体、钻探、巷道、工作面揭露等已知地质资料所有数据一定要统一坐标系。

3.2 精细的速度分析

速度分析的精度决定了时深转换的精度，已知资料的充分利用和与周边资料的综合分析以及对资料处理各种速度的分析是提高时深转换精度的关键。

3.3 时间剖面与揭露资料精细的对比分析

不只是地震勘探存在多解性，钻探与测井的煤岩层对比、巷道中无煤带的解释等均存在多解性，精细解释就是对钻探、巷道、工作面揭露的所有地质资料与三维资料进行综合分析，消除或降低多解性[10]。

3.4 水平切片与时间剖面综合解释断层、陷落柱

利用水平切片解释地质构造能够直观显示断层的延展方向、陷落柱的范围等信息，有效利用这些信息与时间剖面综合解释能够提高解释的精度。当部分位置分辨率较低时，可以根据附近错断干脆的点进行连接，投影到时间剖面上，由闭合点确定断层位置。

3.5 加密解释网度

由于潞安矿区陷落柱发育，加密解释对细微构造特别是小的陷落柱解释至关重要。

3.6 属性分析技术的应用

即使加密解释也会遗漏一些细微构造异常，因此，科学运用地震属性技术快速、高效、准确地识别肉眼不能识别的细微特征是精细解释不可或缺的方法，地震属性分析包括地震层位属性、地震层间属性及地震体属性分析等方面。它主要通过对叠前、叠后地震数据进行数学变换，导出有关地震波的几何形态、运动学特征、动力学特征和统计学特征的特殊属性值。不同的属性，揭示了地质体不同的岩性、物性变化。需要提取多种地震属性进行综合解释分析才能够精确地刻画地质构造。因此地震时间剖面解释的网度加密要在属性分析的基础上进行，根据地震属性参数对断层、陷落柱、煤层厚度及结构、岩性等的敏感性进行针对性选择对应的属性解释各类地质现象。

3.7 谱分解技术的应用

谱分解技术是通过“傅氏变换”或“最大熵”法将时间域的地震数据转换为频率域的地震数据，通过在频率域内对三维地震数据进行全频段扫描、成像，改善和提高地震资料对地质异常体的分辨能力[11]。

在应用谱分解处理的相位数据体及振幅数据体中，低频率切片反映断距相对较大的断层与陷落柱，而高频率切片主要反映相对较小的断层与陷落柱。遵循由低频到高频，先相位后振幅，与相干体、方差体结合的解释思路，应用中低频切片解释主干断层与大陷落柱，在此基础上应用中高频切片识别解释小断层与小陷落柱。据此实现对构造的精细解释。

3.8 文字插图的制作

对于矿井生产人员来说，对地震解释工作站使用、解释都不熟悉，报告文字的精细程度决定了其对矿井生产的帮助程度。因此，一条断层、一个陷落柱或者褶曲形态需要解释人员从多个方向的多条测线、水平切片、属性资料等进行说明，并标注测线、水平切片等在属性平面中的位置，如有已知钻孔等已知地质资料应悉数标注。

4 典型效果案例分析

4.1 修正断层

MJ区MF1断层：原三维解释为正断层，精细解释为逆断层。将DF1和DF6修正为一条断层，修正了该断层的性质、落差与延展长度。依据如下：

从图1时间剖面上看，8～15#煤层反射波组断点错断清晰，逆断层产状明显，煤层反射波有重复现象，断层条带内T8与T15反射波时差变大；符合逆断层的受力特点，受水平挤压作用影响，上盘逆推作用形成拱窿形态，下盘呈现逆牵引的凹陷形态。计算断层倾角在25～45°，属逆掩断层。如果解释为正断层，则切割了12#和8#煤层反射波的同相轴(图1中红色虚线位置)。图1A时间剖面上显示时差约15ms，计算断层最大落差大于20m。

A X384时间剖面； B X416时间剖面； C X448时间剖面；D X480时间剖面； E 沿T15波方差属性切片；F水平等时切片； G钻孔揭露煤层间距变大图1 MF1断层在属性切片显示及对应位置的时间剖面特征Figure 1 Fault MF1 attribute slice display and corresponding position time sectionfeatures

4.2 修正陷落柱

LY区精细解释前没有发现陷落柱，而精细解释成果为22个陷落柱(图2)，其原因在于对资料认识的程度不够和对区域地质规律认识的不足。

图2 LY区时间剖面与水平切片解释陷落柱Figure 2 LY region time section and horizontal slice interpreted subsided column

4.3 修正煤层底板标高

LY某区替换速度为2 500m/s，而地层平均速度一般为3 400m/s，替换速度影响使得数据体不能完全直观反映地质体的真实形态。加上当时时深转换的已知点较少，致使底板深度偏离较大(图3)。若要在现有的数据体上通过时深转换获得煤层的真实形态，就需要足够多的已知点或钻孔，根本的解决方式就是重新处理解释。

图3 LY某区精细解释前后底板及构造变化情况Figure 3 Floor and structural variations before and after fine interpretation in an area of LY region

5 结论及建议

1)二次解释在构造、褶曲形态等方面成效明显，说明地震资料的动态精细解释是提高地震资料解释精度的必要手段。

2)技术人员分析方式的差异和经验的问题会导致解释结果的不同，建议同一矿区的资料由不同的解释人员进行解释，对存在差异的解释结果进行论证后确定最终成果再交付矿方使用。

3)应用地震属性技术、谱分解技术等新技术对地震资料进行综合解释。

4)建议项目结束后原始数据及时提交矿方，并提供原始数据及空间属性文件、三维叠加偏移的数据体资料，并注明数据坐标系。将新技术用于二次处理和精细解释中，为潞安矿区矿井开拓提供更加准确的地质资料[12-13]。