煤田小構(gòu)造精細(xì)解釋方法研究及應(yīng)用

介 偉

(河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊,河南省鄭州市,450009)

煤田小構(gòu)造精細(xì)解釋方法研究及應(yīng)用

介 偉

(河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊,河南省鄭州市,450009)

常規(guī)三維地震勘探方法對小斷層進(jìn)行精細(xì)解釋是很困難的,但通過小斷層正演模擬和屬性分析認(rèn)為屬性技術(shù)可以解決此問題。介紹了利用常規(guī)解釋方法結(jié)合相干體技術(shù)、方差體技術(shù)、屬性技術(shù)、曲率體技術(shù)等多種方法對小構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)解釋,該方法在勘探小斷層方面取得了較好效果。

三維地震 正演模擬 屬性技術(shù) 相干體技術(shù) 方差體技術(shù) 曲率體技術(shù)

在煤礦開采、掘進(jìn)過程中,小斷層往往與冒頂、突水、瓦斯突出等事故伴生,在工作面巷道掘進(jìn)過程中如遇到小斷層就要改變掘進(jìn)方向,調(diào)整工作面,造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此查明小斷層對于煤礦開采意義很大

小斷層在地震剖面上,通常表現(xiàn)為微小錯動,同相軸扭曲,或者振幅變?nèi)醯忍卣?但由于傳統(tǒng)地震勘探技術(shù)的限制,煤田地震勘探對小斷層的識別精度在1/4～1/8λ,再加上各種干擾因素和不同地區(qū)地質(zhì)條件的影響,利用傳統(tǒng)的處理和解釋方法分辨3～5 m的小斷層存在困難。

本文利用Geoframe和VVA(Visual Vax At)軟件生成的相干體切片、方差體切片、屬性切片、曲率體切片等對3～5 m小斷層進(jìn)行了解釋,效果明顯。

1 小斷層正演模擬

1.1 不同頻率子波時間剖面分析

小斷層在時間剖面上會造成何種異常?時差和屬性上有何反映?通過正演模擬和屬性技術(shù)對這個問題進(jìn)行了探討。

表1 地質(zhì)模型參數(shù)

首先制作一個簡單的地質(zhì)模型,模型共3層,最上面為340 m的煤系地層,中間為3 m厚的煤層,其下還為煤系地層。煤層中間有1條落差為3 m的斷層使煤層錯開,模型不考慮噪聲影響。地質(zhì)模型參數(shù)見表1。

利用Tesseral軟件,對該模型進(jìn)行垂直波場模擬。分別用50 Hz、75 Hz、100 Hz的子波計算,所得剖面見圖1。圖1(a)和圖1(b)顯示, 50 Hz子波和75 Hz子波所獲得的時間剖面上,斷層處的同相軸時差特征不明顯,一般很難看出差異,即使在100 Hz子波的時間剖面上,圖經(jīng)放大后也才能看出微弱的時差,見圖1(c)。

圖1 不同頻率子波時間剖面圖

1.2 地震屬性分析

無論是多高頻率的子波,在時間剖面上很難看出3 m斷層的時差特征。本文針對在屬性剖面上是否有異常,采用50 Hz子波進(jìn)行了瞬時振幅、瞬時頻率、瞬時相位不同地震屬性剖面對比,見圖2。可以看出,3 m的斷層都有異常顯示,瞬時相位屬性異常清晰,見圖2(c),在瞬時頻率和瞬時振幅屬性上異常反映最差,見圖2(a)、(b)。

圖2 不同地震屬性剖面圖(50 Hz子波)

然后采用瞬時相位地震屬性進(jìn)行了100 Hz子波和50 Hz子波效果對比,見圖3,100 Hz子波屬性剖面上的異常比50 Hz的子波清晰,說明地震勘探提高目的層反射波主頻非常重要。

圖3 不同子波瞬時相位屬性剖面

分析3 m小斷層的正演模擬和地震屬性結(jié)果,雖然3 m的斷層在時間剖面上沒有明顯的時差,但在屬性剖面上有明顯的異常反映,這為利用地震屬性解釋小斷層提供了基礎(chǔ),因此可用地震屬性技術(shù)對小構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)解釋。

2 工程勘探實例

勘探區(qū)面積5.1 km2,地形平坦,地震地質(zhì)條件較好,但區(qū)內(nèi)小斷層較為發(fā)育,據(jù)統(tǒng)計已采工作面資料,區(qū)內(nèi)3 m以上斷層密度約11條/km2,3～5 m的斷層密度約8條/km2,另區(qū)內(nèi)還有薄煤帶及無煤帶,給煤礦安全和高效生產(chǎn)造成很大困難。

2.1 勘探技術(shù)選擇

本文采用地震屬性技術(shù)結(jié)合常規(guī)解釋方法對斷層進(jìn)行解釋,先采用時間剖面、層拉平切片、相干/方差體技術(shù)等常規(guī)解釋方法對易于識別的斷層及薄煤區(qū)進(jìn)行解釋,然后利用常規(guī)地震屬性技術(shù)和曲率體屬性技術(shù)對小構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)解釋。

相干體技術(shù)、方差體技術(shù)、屬性技術(shù)近幾年在煤田上應(yīng)用廣泛,效果較好,可供選擇使用的軟件也很多,本文以Geoframe軟件為例進(jìn)行解釋。而曲率體屬性對小斷層反映較為敏感,煤田使用此技術(shù)的較少,可供選擇使用的軟件不多,本文以VVA(Visual Vax At)軟件為例進(jìn)行解釋。

2.1.1 相干/方差體技術(shù)

相干/方差體技術(shù)利用相鄰道地震信號之間的相似性來描述地層、巖性等的橫向非均勻性,特別是在識別斷層以及了解與儲集層特征密切相關(guān)的砂體展布等方面非常有效。應(yīng)用三維相干/方差數(shù)據(jù)體時間切片進(jìn)行構(gòu)造解釋和巖性解釋,可以幫助解釋人員迅速認(rèn)識整個工區(qū)斷層等構(gòu)造及巖性的整體空間展布特征,從而達(dá)到加快解釋速度及提高解釋精度、縮短勘探周期的目的,目前已經(jīng)成為一種常規(guī)手段用于地震構(gòu)造和巖性解釋。

2.1.2 地震屬性技術(shù)

地震屬性是指從疊前和疊后地震數(shù)據(jù)中提取出來的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和統(tǒng)計學(xué)地震特殊測量值,過去的文獻(xiàn)常稱為地震屬性參數(shù),現(xiàn)在已統(tǒng)稱為地震屬性。地震屬性技術(shù)在煤田地震勘探中包括地震屬性的提取、地震屬性的分析、利用地震屬性區(qū)分構(gòu)造、巖性并進(jìn)行目的層預(yù)測,現(xiàn)已經(jīng)成為一種常規(guī)手段用于地震構(gòu)造和巖性解釋。

2.1.3 曲率體屬性技術(shù)

曲率屬性可以從沿層面屬性上識別出小的撓曲、褶皺、凸起、差異壓實特征,這些在常規(guī)解釋時是無法追蹤的。

通常意義上曲率是用來表征層面上某一點處變形彎曲的程度,層面變形彎曲越厲害,曲率值就會越大。如果將這些構(gòu)造變形如撓曲、褶皺等定量結(jié)果與更常規(guī)的斷裂圖像結(jié)合起來,地質(zhì)科學(xué)家就能預(yù)測有利于天然裂縫分布的區(qū)域及更準(zhǔn)確地解釋微起伏構(gòu)造。因此曲率體屬性技術(shù)是一種值得研究和推廣的裂縫預(yù)測及小斷層解釋新屬性。

2.2 應(yīng)用效果

本文利用Geoframe軟件生成的層拉平切片、方差體切片對斷層及薄煤區(qū)進(jìn)行了常規(guī)解釋,見圖4,圖中顏色變化呈條帶狀的為斷層,呈片狀的為薄煤區(qū)。

圖4 層拉平、方差體切片(Geoframe軟件生成)

利用Geoframe軟件生成的屬性切片(弧長、上半周面積屬性)對斷層及薄煤區(qū)進(jìn)行了精細(xì)解釋,見圖5,圖中顏色變化呈條帶狀的為斷層,呈片狀的為薄煤區(qū),斷層及薄煤區(qū)反映更加清晰。

圖5 地震屬性圖(Geoframe軟件生成)

最后利用VVA軟件生成的曲率體屬性(傾角曲率屬性、時差屬性、彎曲度屬性)對小于5 m的小斷層進(jìn)行了精細(xì)解釋,見圖6。圖中顏色變化呈條帶狀的為斷層,小斷層明顯增多,而且反映清楚。

從圖4、圖5、圖6可以看出,在小斷層精細(xì)解釋上,地震屬性技術(shù)能提高小斷層的解釋精度,但曲率體屬性技術(shù)效果好于地震屬性技術(shù),曲率體屬性圖上小斷層反映清楚,分辨率高,直觀,易于識別,能反映地震屬性圖上看不到的小斷層,因此對精細(xì)解釋小斷層有利。

而對于薄無煤區(qū)的解釋,Geoframe軟件生成的層拉平切片及地震屬性圖則具有優(yōu)勢,薄無煤區(qū)易于識別和解釋。

圖6 曲率體屬性圖(VVA軟件生成)及最終解釋成果圖

因此這2種軟件結(jié)合起來則可以很好地完成本次勘探任務(wù)。

綜合運(yùn)用上述技術(shù)方法,勘探區(qū)共解釋斷層58條,其中落差3～5 m的斷層32條,薄煤區(qū)18塊,陷落柱等異常區(qū)2塊,取得較好效果。

3 結(jié)論

(1)通過對3～5 m的小斷層進(jìn)行正演模擬及在正演剖面上進(jìn)行屬性提取,結(jié)果表明,小斷層在時間剖面上看不出時差特征,但在屬性剖面上能清晰反映出來。這為利用屬性技術(shù)解釋小斷層打下了理論基礎(chǔ),同時也說明在地震地質(zhì)條件好的地方, 3～5 m的小斷層三維地震是可解釋的。

(2)在落差大的斷層的解釋上,層拉平切片顯示明顯,小斷層顯示不明顯,而且信噪比較低,不利于斷層的精細(xì)解釋。方差體技術(shù)及相干體技術(shù)無論是抗干擾方面,還是斷層的組合、延展方向、切割關(guān)系等方面都比層拉平切片成果清晰,可以提高斷層的解釋精度。

(3)在小斷層精細(xì)解釋上,曲率體屬性技術(shù)對小斷層反映效果好,能夠提高小斷層的解釋精度,解釋精度可由原來的5 m提高到3 m,為礦井生產(chǎn)提供更豐富更可靠的勘探成果。

(4)在薄煤區(qū)解釋上,層拉平切片及地震屬性技術(shù)具有優(yōu)勢,易于識別和解釋薄無煤區(qū)。

[1] 孫選林,李軍,徐天吉等.三維曲率體地震屬性提取技術(shù)研究及應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報,2011 (5)

[2] 陳同俊,崔若飛,郎玉泉等.煤田采區(qū)三維地震精細(xì)構(gòu)造解釋方法[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2007(2) [3] 于洋.基于地震正演及屬性技術(shù)精細(xì)識別煤田小構(gòu)造的研究[D].太原理工大學(xué),2011

[4] 崔偉雄,張潤廷.煤田小構(gòu)造的曲率屬性解釋問題研究[J].能源技術(shù)與管理,2011(6)

[5] 印海南.高精度三維地震勘探在山西晉城礦區(qū)的應(yīng)用[J].中國煤炭,2011(2)

[6] 葉紅星.三維地震資料精細(xì)處理解釋技術(shù)在濟(jì)寧煤田的應(yīng)用研究[J].中國煤炭,2014(2)

(責(zé)任編輯 張毅玲)

中國煤炭地質(zhì)總局“L”型三維水平井開創(chuàng)全國煤炭系統(tǒng)先河

日前,中國煤炭地質(zhì)總局所屬水文地質(zhì)局承擔(dān)的全國煤炭行業(yè)首例“L”型三維水平井——同煤塔山煤礦瓦斯抽采井項目順利竣工。

該項目以兩靶點相對方位角305.6°、最大井斜角81.5°、水平裸孔長206.51 m的高難度鉆探作業(yè),為同煤集團(tuán)解決了以塔山煤礦為典型的高強(qiáng)度開采條件下瓦斯涌出量高的難題,消除了工作面生產(chǎn)中的瓦斯隱患,也為煤炭礦井大采高綜放工作面瓦斯治理探索出了新的途徑,開創(chuàng)了全國煤炭系統(tǒng)的先河。

Research and application of fine interpretation method on small structure in coalfield

Jie Wei
(Geophysical Surveying Team of Henan Province Bureau of Coal Geology,Zhengzhou,Henan 450009,China)

It is difficult to adopt conventional 3D seismic exploration methods for fine interpretation of small faults,but through the small fault forward simulation and the attribute analysis,it is thought that the attribute technique can solve this problem.This paper uses the conventional interpretation method combining with coherence technique,variance technique,attribute technique and curvature technique and other methods to do fine interpretation on small structure, which has good effectiveness on prospecting the small faults.

3D seismic,forward simulation,attribute technique,coherence technique,variance technique,curvature technique

P631

A

介偉(1974－),男,河南新鄉(xiāng)人,高級工程師,1997年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)應(yīng)用地球物理專業(yè),現(xiàn)在河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊從事地震勘探工作。