探采對比在地震資料解釋中的應用方法及效果

張宏

(山東省煤田地質局物探測量隊，山東 濟南 250104)

自1995年以來，針對龍口煤電有限公司梁家煤礦構造情況，分區域進行多區塊三維地震勘探，地震勘探成果給采面布置及巷道開拓起到了關鍵的指導作用。通過地震勘探資料與采掘揭露資料的對比分析，發現該煤礦三維勘探資料解釋存在一些誤差，以六采區為例，經過探采對比，找出誤差產生的原因并進行修正，提高了解釋精度及解決地質問題的能力，為今后同類地區的資料解釋提供了借鑒(1)張宏、謝文偉、彭慧芳等，山東省煤田地質局物探測量隊，龍口煤電有限公司梁家煤礦六采區三位地震數據體與實際揭露資料對比分析報告，2015年6月。。

1 概況

1.1 區域地質概況

黃縣煤田位于魯東地塊，膠北隆起的北西緣，為中、新生代形成的斷陷盆地，煤盆地的形成受黃縣-大辛店斷層和玲瓏-蓬萊兩組基底斷裂控制，該煤礦位于黃縣煤田西北部，為古近紀隱伏煤田，古近紀地層角度不整合于下伏老地層之上，被較厚的第四系所覆蓋[1-2]。

區內地層系統自下而上為新太古代膠東巖群、古元古代粉子山群、新元古代蓬萊群、中生代白堊紀青山群、古近系、第四系[3-4]。

1.2 不同于山東其他勘探區的地質特點

(1)與石炭-二疊紀煤層不同的是，梁家井田的含煤地層為古近系李家崖組[5]，含煤上2、煤上1、煤1、煤2、煤3、煤4等6層煤，含煤層段平均厚度約216m。

(2)煤層層數多，夾多層韌性強的油頁巖，巖層密度小、硬度低[6-8]，地震波的傳播速度低。

2 探采對比及誤差原因分析

2.1 用于探采對比的資料和方法

原地震地質成果圖件與實際揭露情況的對比，對已知資料(鉆探、測井成果、巷道和工作面資料)和三維地震地質成果資料(以下稱原成果)進行搜集整理和對比分析，對三維數據體進行解釋，找出誤差原因，提交探采對比分析報告。

2.2 主要誤差

(1)在實際揭露的≥5m的斷層中，地震沒有解釋的有9條。

(2)地震資料上有斷層的特征，但實際不存在的斷層共4條。

表1 黃縣煤田與巨野煤田煤層物性對比

(3)解釋的斷層落差與實際揭露的有誤差，誤差0～14m，平均約2.80m。

(4)解釋的斷層位置與實際揭露位置的誤差，2煤層一般較實際揭露偏下盤方向10～20m,4煤層較實際揭露偏下盤方向15～25m。

2.3 誤差產生原因分析

(1)原勘探時間早，地震資料處理技術原因。該區大斷層發育，受當時處理技術與軟件等的影響，造成斷面波及斷點位置不能全三維歸位，修飾偏重，模糊了小斷層的識別。

(2)邊界效應的影響。邊界附近資料不完整，偏移時會出現劃弧現象，易造成斷層位置誤差，形成假的斷層或掩蓋真的斷層。

(3)地震地質條件的影響。村莊等障礙物造成局部覆蓋次數偏低，造成時間剖面的分辨率變低，連續性變差，小的斷層無法識別。

(4)資料解釋中的相位誤差。當時無速度測井數據，采用強相位對比易造成相位誤差。該次解釋較原三維解釋向下移了一個相位，換算成距離約為1煤與2煤的間距，因此，除斷層錯斷不干脆等解釋誤差外，該次解釋的斷層位置根據斷層傾角的不同，一般向斷層傾向方向平移10～20m(圖1)。

圖1 相位誤差分析

(5)斷層切割關系的認識上存在多解性。

(6)由于地震資料分辨率的原因，局部發育多條小斷層時無法有效識別。

(7)側重點不同當年地震勘探覆蓋次數16次，主要目的層為2煤層，受上覆強反射層的屏蔽，4煤層反射波能量偏低。

3 現有資料分析及評價

3.1 現有資料

鉆探、測井成果，巷道資料，工作面資料或揭露資料探采方法及程度如表2所示。

3.2 鉆探、測井資料分析

表2 探采對比資料統計

測區內有鉆孔24個，大部分為1975—1979年的鉆孔，有視電阻率、人工伽馬和自然伽馬3種測井曲線，1978年下半年開始鉆孔增加自然電位測井，但沒有進行密度測井和聲速測井，對標定地震反射波不利，有3個鉆孔為1969—1970年施工，測井數據不可靠；周邊的13個鉆孔中，有1個1994年施工的鉆孔進行了聲速與密度測井，該井在地震資料的鑲邊范圍內，過該井的地震反射波特征與區內一致，可以用該孔的測井資料制作人工合成地震記錄，對地震反射波進行標定，作為對比解釋的依據。

3.3 地震原始數據分析及利用

該采區三維地震勘探1998年施工，同年底提交地震勘探報告。從三維數據體來看，2煤層及以上目的層信噪比較高，地震資料分辨率較高，斷點較為清晰，反射波、斷面波歸位總體較好，水平等時切片顯示清晰，構造形態可靠。局部波場復雜，存在干涉現象和劃弧現象，障礙物下的剖面分辨率偏低，影響到斷層的解釋；4煤層結構較為復雜(含夾矸較多)，煤層厚度變化也較大，反射波多為復合反射波，又受到上覆強反射層屏蔽作用的影響，連續性較差。由于種種原因，原始單炮等資料已不能利用，這次對比分析是在原三維偏移數據體上進行的。

4 誤差校正及精細解釋

4.1 鉆探資料的校正

(1)鉆孔的孔斜換算程序有多個版本，雖然利用的公式是相同的，但由于測井數據利用的方法不同，計算的結果也有細微的差異，在該區探采對比報告提交過程中，搜集到在采礦過程中揭露的一個見煤點，以此見煤點為依據，修正了孔斜換算的算法，并對該區的鉆孔重新進行了孔斜換算。

(2)與礦方地質人員進行技術交流，對東部的鉆孔進行了再分析，并重新定案。

4.2 地震資料的精細解釋與校正

(1)根據人工合成地震記錄和抽層試驗對該區的主要反射波進行了標定(圖2)，對該區有明確地質意義的反射波進行對比解釋，對斷層的位置重新進行了圈定。

圖2 人工合成地震記錄

(2)利用該區的已知資料與時間剖面位置的關系進行校正。

(3)對邊界附近、障礙物下及波場復雜地段易造成偏移劃弧的進行認真分析，根據經驗及已知資料去偽存真。

(4)利用屬性分析方法解釋小斷層。

(5)分析了斷層的切割關系(圖3)并圈定斷層位置，合理解釋了時間剖面上上部為正斷層、下部為逆斷層的現象(圖3左下)。

(6)充分利用鉆孔、巷道及工作面等已知資料進行速度分析，對主要煤層和標志層進行時深轉換。

(7)結合區域規律進行分析[10-12]。

(8)相鄰采區三維資料對比分析。

對該礦井內四采區三維地震勘探資料進行了綜合分析，提高了兩工區銜接處資料解釋的可靠性[13]。

5 地質成果及揭露情況分析

5.1 斷層發育規律

該區斷裂構造以EW向斷層為主，同時存在少量NW向、NE向斷層，工區內斷裂構造復雜程度中等；發現斷層均為正斷層，斷層走向上的非直線型、大多數斷層在平面上呈現“S”型或反“S”型，表現了張扭性斷層的特征。大斷層延展較長，一般在1000m以上，落差在50m左右，而中小斷層，特別是落差在10m以下的斷層，延展長度與落差大小規律性不明顯；斷層落差中間大，兩頭小，在尖滅點附近落差變化大。斷層在縱向上的落差有上大下小與上小下大多種表現，總體來看，向N傾的落差較大的斷層大多能錯斷到小樓組地層及煤系地層(圖4的A類斷層)，向S傾的斷層大多錯斷泥灰巖以下煤系地層，在泥灰巖附近僅有輕微的扭曲(圖4的B類斷層)，工區內煤系地層的斷層多呈階梯狀，亦有地塹和地壘構造。向N傾的斷層傾角相對較陡，約為50°～60°，向S傾的斷層相對較緩，約為45°～55°。從圖4的地震相特征分析[5-6]，該區的斷層不是同一時期形成的[14-16]。

圖3 F4-22,F4-23斷層的切割關系在時間剖面上的反映

5.2 主要地質成果

(1)利用礦井揭露的資料與三維地震資料進行了對比分析,對構造、層位進行更加精細的解釋，解釋了產生斷層假象的原因，總結研究了斷層在空間上形態、落差、產狀發育及變化的規律。

(2)可靠控制了2煤層、4煤層及泥灰巖的底板起伏形態。

(3)可靠控制了工區內的煤層構造形態。

(4)2煤及4煤層共組合斷層77條，其中2煤層組合斷層38條，4煤層的斷層68條(其中僅錯斷2煤層斷層9條，同時錯斷2煤與4煤的斷層29條，僅錯斷4煤層的斷層39條)。

5.3 精度分析

由于在實際采掘中避開了大斷層，所以大斷層附近揭露點較少，但鉆孔揭露的已知點較多，通過已知資料重新分析后，對地震資料有了新的認識，吻合更好(圖5、表3)，精度較原來有較大的提高。

6 構造對比

該次著重對2煤層與4煤層均揭露的斷層、地層資料進行對比分析，找出地震資料與已知資料的對應關系及誤差。褶曲形態與原方案基本一致，與原方案基本一致的斷層有23條(圖6)，修正的斷層有8條，改動較大的斷層(圖中圈出的位置)有10條，新增的斷層有28條，否定原有斷層9條。修正的斷層一般在落差較大、斷層發育的地段，波場復雜，斷層的解釋存在多解性，該次解釋方案根據揭露的已知資料與斷層的發育規律、斷層的切割關系、地震反射波的特征進行了綜合分析，對部分斷層進行了修正，解釋結果更接近實際。

A—大斷層：縱向錯斷整套地層;B—大斷層：縱向錯斷泥灰巖及以下含煤地層;C—小斷層：縱向錯斷泥灰巖以下含 煤地層;D—縱向錯斷煤4附近地層;E—縱向錯斷泥灰巖以上地層圖4 該區的典型地震相特征

圖5 已揭露斷層在時間剖面上的反映

否定的斷層分為3類：一是邊界附近，可靠程度低，鑲邊處偏移造成的假斷層；二是由于該區沉積多層油頁巖，地層較軟且韌性強，在受到外力作用時地層僅產生扭曲或小的撓曲，經工作面采掘證明沒有錯斷的(多解性)；三是由于波場復雜，各種反射波相互干涉現象產生錯斷異常現象[10]。

實例1：F31斷層：由圖5A看出，F31斷層特征較為清晰，與18-2孔吻合較好，由此修改了原F31斷層的位置、傾向及延展長度。

實例2：原F6-7斷層(圖7左)附近，根據波形特征和強相位轉換的原則分析斷層向剖面小號方向傾的可能性大；原DF6-57，DF6-66等斷層在邊界附近(圖7右)，分析認為反射波的錯斷與偏移劃弧造成的干涉有關，受影響的位置呈現上窄下寬的近“三角形”。

表3 部分鉆孔與時間剖面對斷層的控制

圖6 精細解釋前(左)后(右)的構造對比圖

圖7 否定斷層(藍色虛線)的時間剖面特征

7 建議

(1)龍口礦區地震地質條件良好，適合進行三維地震勘探工作。對已施工三維地震有已知揭露資料的工區，一定要保存好原始數據，隨著處理、解釋技術的不斷進步和更新，可以進行二次處理、二次解釋，降低處理誤差和解釋的多解性誤差，還原真實的地質現象。

(2)對即將施工的工區，要注重各個環節的質量控制，嚴格按照《規范》施工。

設計的合理性：合理的觀測系統、適當的覆蓋次數、鑲邊資料的完整程度；設計記錄長度時不僅要考慮目的層的深度和角度的影響，還要考慮斷面波及繞射波等的影響，盡量將記錄長度加大。

嚴格的野外施工質量：充分的試驗工作,既是對所選觀測系統正確性的確認,又是確定施工方法與參數的必要手段;單炮的質量比盲目提高覆蓋次數更加重要；加強野外質量監控，做好“三邊”工作。

資料處理：做好流程測試，選用適合的處理參數，在地層傾角偏陡的地區,疊前偏移更能夠保證偏移歸位的準確性，對重點目的層進行針對性的目標處理。

資料解釋：資料解釋存在多解性，在解釋過程中需加強對已知資料的分析與地質情況的掌握與利用，擅于利用測井數據與綜合分析，加強對區域地質規律的了解，加強與生產單位經驗豐富地質人員的溝通。

速度分析：由于地層速度的不均勻，地層的速度也有相應的變化，影響速度的因素有很多，分析過程中需加強對各種因素的綜合分析，才能得到較正確的深度資料。

提高精度：地震勘探作為一種間接手段，有誤差是必然的，如何降低誤差是努力的方向。加強相鄰礦區資料的收集與利用，對降低誤差有顯著的作用。

工區盡量方正，有利于資料的完整，降低鑲邊工作量，減少不必要的浪費，盡可能達到雙贏。

三維地震資料包含有豐富的地質信息，隨著處理水平的提高與解釋技術的發展，一些新的技術能夠將更多的數據信息轉換成地質信息。保留好原始數據及正確的空間屬性文件、疊加三維數據體、偏移三維數據體，以便在必要的時候進行二次處理解釋時使用[10]。

8 結語

地震數據處理與解釋技術有較大的發展，進行一次三維地震數據采集需要耗費極大的人力、物力、財力及精力，而精細處理與解釋則是可以利用技術及軟硬件的更新，以小的付出換來較大的回報；隨著巷道的掘進和工作面揭露資料的增多，精細處理可以利用這些已知點增加偏移歸位的可靠性，可以對所側重的層位進行目標處理；精細解釋可以根據已知資料與三維數據體的對應關系找出規律，提高解釋精度。

探采對比是去偽存真的過程，是學習和提高的過程，解釋人員應經常對提交的報告去做一下探采對比，資料解釋中的迷茫可能會迎刃而解，解釋的最終目的是為采礦服務，解釋精度的提高將會大幅度降低采礦成本。

綜上所述，隨著已知資料的增多，探采對比及對以往三維數據的精細處理與解釋非常必要。