潘家窑井田三维地震资料二次解释及应用

李金松

（晋能控股煤业集团，山西 大同 037003）

潘家窑井田位于石炭-二叠系聚煤盆地边缘，且经历多期次构造运动叠加，导致该区地质构造复杂。本文主要对三维地震成果资料通过常规地震属性、相干等技术，特别是利用三维空间建模技术进行了二次解释，对前期的成果重新进行修正，确保地质资料的准确性，为矿井设计提供相对可靠的地质保障。

1 地震资料解释方法和技术

1.1 地震层位标定

目标5 号煤层的地震层位标定是地震资料二次解释的基础，在充分收集潘家窑井田首采区北部地质与钻孔资料基础上，结合前期研究成果，重点利用合成地震记录资料确定5 号煤层地震反射特征。

研究区内5 号煤层与8 号煤层发育稳定，煤层厚度较大，由于煤层与围岩之间的波阻抗差异较明显，能形成能量极强的反射波同相轴，且全区可稳定追踪。因此，5 号和8 号煤层在地震剖面中表现为明显的两条平行强反射同相轴（图1）。

图1 煤层对应地震层位Fig.1 The corresponding seismic horizon of coal seam

1.2 断层解释及组合

断层解释是此次研究的重点工作之一，除采用常规的地震属性、相干、切片等技术外，重点利用三维空间建模技术，分析5 号煤层在三维空间内的分布特征。

（1） 地震剖面直接解释。

断层解释首先由大到小，反复对比，落差较大的断层在地震资料上的主要标志是反射波同相轴错断或突然消失，特征比较明显，比较容易识别。落差小于5 m 的断层，识别难度较大，在地震资料上的表现为反射波同相轴扭曲、地层倾角突变、光滑程度及振幅强弱变化。在解释小断层或断点时，充分利用水平切片振幅的强弱变化、地震属性、三维建模等多种技术反复确认小断层或断点的存在。

（2） 沿层水平切片断层解释。

沿层水平切片反映地质构造在同一时刻上的平面形态，对了解地下构造形态和查明某些特殊地质现象有独特优点，可弥补剖面断层解释方法的不足。沿层水平切片上同相轴的线性排列指明了构造走向，如果构造走向与断层走向之间存在一个较大的角度，则同相轴就会中断。如构造走向和断层走向几乎平行，则同相轴就不会中断而会平行于断层排列，如图2 所示为5 号煤层的沿层水平切片，从图中可以看出有1 条近北东方向的断层几乎贯穿整个工区。

图2 沿5 号煤层的地震水平切片Fig.2 The seismic horizontal slice along No.5 coal seam

（3） 相干体切片断层分析。

相干技术是地震勘探上常用的断层解释技术，主要利用数学方法，计算相邻地震道之间的相干系数，将三维地震振幅数据体转换为三维相干性属性体。它主要突出相邻道之间地震信息的不连续性，对于在地震剖面上不易显示的断层、岩性突变以及异常体，在相干体上可以直观的显示出来，尤其是解释小断层的空间分布有较好的效果，也可以辅助检查所解释的合理性。如图3 所示为5 号煤层的相干体切片上，黑色位置对应的就是相邻地震道数据差别较大的位置，通常对应断层的分布。可以看出，对应断层的分布特征与沿层水平切片基本一致。

图3 5 号煤层的相干体切片Fig.3 The coherence slice of No.5 coal seam

（4） 断层三维空间建模。

断层的平面组合是断层解释的难点，利用水平切片和相干体技术，可以一定程度上解决断层组合问题，但对于断层的空间分布，不是很直观。此次研究采用三维建模技术几何数据雕刻，利用煤层对应地震反射波的振幅特征，结合钻孔中的煤层信息，统计5 号煤层振幅数值分布规律，在三维空间进行数据雕刻。

经过振幅雕刻后，获得5 号煤层的三维空间分布特征，如图4 所示，黑色区域对应煤层分布，空白区域对应断层，通过旋转不同角度，从多个方向进行观测，可以更准确的分析断层的空间组合特征，图5 为研究区断层组合分布特征图。

图4 5 号煤层三维空间分布特征Fig.4 The three-dimensional spatial distribution characteristics of No.5 coal seam

图5 研究区断层组合分布特征（注：黑色粗线条为物探解释断层）Fig.5 The combination distribution characteristics of fault in the study area

研究区陷落柱发育，其上覆地层由蚀变逐渐发展到受重力作用而塌落下沉，由于填充物成份复杂且比较松散，并且与煤层的接触边界两侧存在着明显的密度及速度差异，地震剖面上反射特征相对比较明显，如图6 所示，容易识别。同时，在水平切片和空间分布上也能见到对应异常区域。

图6 陷落柱在地震剖面上的反射特征Fig.6 The reflection characteristics of collapse column on seismic profile

2 解释成果与前期成果对比

2.1 断层组合与前期结果对比

将此次研究成果与前期研究成果进行对比分析，如图7 所示。

图7 此次研究与前期研究成果对比Fig.7 The results comparison between this study and previous study

可以看出，底板等高线的分布特征差别不大，区内大断层位置基本一致，但此次研究依据煤层在三维空间的分布特征，将前期研究中的多条孤立断层进行了重新组合。例如，差别较明显的梁家窑右侧的地垒，在三维分布图中非常明显，如图8 所示，而前期断层并没有体现出来。此外，区北侧Y型分叉断层，应该是两条相互切割的断层组合，如图9 所示，而前期解释将这2 条断层分割，并不合理。

图8 梁家窑右侧断层切割形成的地垒Fig.8 The horst formed by fault cutting on the right side of Liangjiayao

图9 PJY2301 附近断层组合对比Fig.9 The comparison of faults combination near PJY2301

2.2 陷落柱解释与前期结果对比

此次研究共识别出12 个陷落柱，全部涵盖前人研究成果。此次研究对前期识别的7 个陷落柱中的大多数认识相同，但对其中3 个认识不同。

（1） X1 陷落柱可靠程度降低。

X1 陷落柱在地震剖面上响应特征，如图10 所示，可以看出，虽然8 号煤层对应T8 反射同相轴有下凹的特点，但5 号煤层对应的T5 反射同相轴基本为平直特征，下凹特点不是很明显，因此本次研究将X1 陷落柱的可靠程度由“较可靠”修改为“较差”。

图10 X1 陷落柱地震反射特征Fig.10 The seismic reflection characteristics of X1 collapse column

（2） 将X5 和X6 陷落柱合并为X5。

此次研究将前期解释的X5 和X6 陷落柱合并为X5 陷落柱，如图11 所示，从地震剖面上可以看出虽然陷落柱中地震反射同相轴还可以识别出，但从整体来看该区域的反射同相轴表现为较大规模的整体下凹，在三维空间图中特征类似，因此，此次研究将这2 个陷落柱进行合并处理。

图11 合并前期解释X5 和X6 陷落柱Fig.11 The combination of previous interpretation of X5 and X6 collapse columns

（3） 删除X7 陷落柱。

前人解释成果中的X7 陷落柱，如图12 所示，位于此次研究中解释的断层中，从5 号煤层的三维空间分布特征上来看，作为断层解释更合理一些，因此，此次研究删除X7 陷落柱。

图12 前人解释X7 陷落柱与此次解释对比Fig.12 The comparison between previous interpretation and this interpretation of X7 collapse column

3 结 论

（1） 对三维地震成果资料进行二次解释，特别是利用三维空间建模技术对前期的成果重新进行修正，确保地质资料的可靠性，为矿井后续建设生产提供技术保障。

（2） 修正了前期三维地震成果，明确了矿井的断层组合及陷落柱的发育情况。