探測2m落差斷層的地震模型研究

鄭 文,程增慶,張國新,梁樹民

1.中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750

2.鐵法煤業（集團）有限責任公司，遼寧調兵山 112700

0 前言

自1993 年煤炭采取三維地震勘探在煤礦應用以來，應用三維地震勘探成果在煤礦采區設計和巷道掘進取得了巨大的成功，三維地震勘探的應用極大地提高了煤礦至成果的精度。三十年的成果表明煤礦采區三維地震勘探可以達到的精度：實踐證明煤炭采區二維地震勘探的成果精度可以達到在地震地質條件較好的地區時間剖面上發現落差大于5m 的斷層，可以查明落差大于10m 的斷層；應用煤礦采區三維地震勘探在地震地質條件較好的地區基本可以查明落差在5m 以上的斷層，二落差在5m 以下斷層的查出的程度不高，景觀采用多屬性技術可以發現一些落差較小的斷層，但是由于處理剖面精度不高，往往造成落差小于5m 的微小斷層正確率不高。本文通過數學模型研究，提出了查出落差小于5m 的微小斷層的解釋方法，并分析了它的應用效果和局限性。

斷層在時間剖面上的反映是地質解釋人員識別斷層的依據，落差較大的斷層往往表現為同相軸的明顯錯斷，二落差小于四分之一波長的斷層往往只能由動力學特征來判斷。而對于小斷層的識別主要是根據地震反射波的動力學特征來識別的，就是用通常的地震屬性分析技術來識別小斷層，識別我們不能簡單的利用同相軸錯斷斷層老姐殺跌斷層，這就是我們解釋落差小于四分之一波長斷層的方法，如落差小于四分之一波長斷層的的解釋可以利用水平切片和剖面解釋相結合的方法完成，解釋主要是識別煤層反射波同相軸是否產生撓曲、振幅減弱、頻率變化或波形變化等，利用水平屬性的放大作用識別斷層，達到解釋和識別小斷層的目的。利用地震解釋軟件就是利用計算機將人們的這些思想實現提高解釋效率，提高解釋精度，發現利用常規方法不能發現的小斷層。

在地震時間剖面上解釋斷層是指斷層在時間剖面上的解釋特征，二斷層在時間剖面上的表現特征與斷層的落差、頻率、煤層、斷層性質及地層年代、解釋工具的解釋能力相關。

利用地震資料查出落差2～5m 的斷層要求具有較高分辨率和較高信噪比的高密度地震資料作保障，同時解釋結果的準確性是否經得起后期鉆井的檢驗和證明。

有效應用于砂、泥巖地層研究的地震屬性技術，對煤層研究是否會同樣有效？哪些屬性和方法能夠有效應用到該領域的研究之中？它反映T5（13-3 煤）、T4（11-2 煤）均為強反射層，且為低阻抗層；同時在這兩套煤層的上下還可能存在若干套類似的低阻抗煤層，但是由于厚度較薄，橫向厚度變化大或圍巖的差異，在地震剖面上沒能得到像T5 和T4 層那樣強的反射同相軸。

如何在地震剖面上解釋落差在2～5m 斷距，本文利用煤炭地質資料建立了地震地質模型，首先對小斷層模型進行模型正演，模擬小斷層地震響應特征，研究斷層地震響應總結小斷層的識別方法。

1 模型參數

主要地球物理參數

速度層速度埋深地層傾角反射層位反射時間平均最高頻率 主頻T0 0.57 2300 2300 656 3 197 138 T6 0.66 2400 2500 768 4 197 138 T5 0.7 2500 3000 828 4 197 138 T4 0.74 2700 3100 892 4 197 138 T3 0.78 2800 3300 958 4 197 138 T2 0.8 3000 3600 994 4 197 138

2 數學模型研究

根據煤礦開采的要求，我們承擔地質任務要求查明落差5m 以上的斷層，同時要求盡可能的解釋出落差小于5m 大于2m 的斷層，為此，我們應用了正演模型技術，利用煤礦地質數據模擬落差2m 斷層的的地震響應，分析不同頻帶區間地震反射相應對落差2m 斷層的分辨能力，以指導實際地震資料解釋中對細小斷層的識別和解釋。煤層厚度大于1m 是時可以產生被我們是別的煤層波。

圖1 落差2m 的斷層不同頻率正演模擬結果－射線追蹤方法（據蔡希玲2007）

圖1 是利用射線追蹤方法正演模擬落差2m 斷層的一組地震響應，對該圖進行分析不難得出如下結論：

頻帶寬度在10Hz～30Hz 范圍內，落差2m 的斷層在地震反射同相軸上只表現為輕微的扭動；

頻帶寬度在10Hz～60Hz 范圍內，落差2m 的斷層在地震反射同相軸上產生的扭動增強了許多；

頻帶寬度在10Hz～130Hz 范圍內，落差2m 的斷層使地震反射同相軸上產生了錯斷；

頻帶寬度在10Hz～160Hz 范圍內，落差2m 的斷層使地震反射同相軸產生了明顯的錯斷；

圖2 落差2m 斷層不同頻率正演模擬結果（波動方程方法）

理論計算和數學模型模擬結果表明，對于落差3m 的斷層，地震反射同相軸的雙程旅行時間上下盤的時間差小于2ms；對于落差3m 的斷層，地震反射同相軸的雙程旅行時間上下盤的時間差小于4ms。

圖2 是利用波動方程模擬的結果，波動方程模擬的結果與上述結論基本一致。

主頻為25Hz 時，落差2m 的斷層在地震反射同相軸上只表現為輕微的扭動；

主頻為50Hz 時，落差2m 的斷層在地震反射同相軸上產生的扭動增強了許多；

主頻為100Hz 時，落差2m 的斷層使地震反射同相軸上產生了錯斷；

主頻為200Hz 時，可以較清楚識別斷層。

綜上所述，要在地震剖面上識別2m～5m 落差的斷層，首先需要提高地震時間剖面的頻帶寬度按或者提高地震時間剖面的主頻，使得地震時間剖面具有較高的分別率。實踐表明，在淮南礦區只要是在激發、接收、資料處理等方面采區合適的措施就可以實現，主要主要可采煤層波即T5、T4 及T3 等煤層反射層的優勢頻率達到90Hz 左右（圖3），在這種情況下，根據本文數學模擬結論，這種資料就可以識別出落差大于3m 斷層。

本文的模擬結果是數學模型，實際資料解釋利用該文的結果要求地震資料具有較高的信噪比，一般情況下要求地震資料的信噪比大于7，才能在地震資料上識別出落差大于3m的斷層。提供給狂放的地震解釋成果還要經過綜合研究，利用多屬性解釋技術結合井下實見成果，進行綜合研究，降低解釋的多解性提高解釋成果的精度和準確率。

圖3 主要目的層段地震頻譜統計結果

[1]楊起，韓德馨.中國煤田地質學，北京：煤炭工業出版社，1979.