方差體技術(shù)在轉(zhuǎn)龍灣煤礦小斷層解釋中的應(yīng)用

李 強(qiáng)

（陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005）

0 引言

隨著三維地震勘探技術(shù)的不斷成熟，充分利用三維數(shù)據(jù)體信息及特征，精確解釋小斷層為礦井的現(xiàn)代化建設(shè)和安全開采提供可靠的地質(zhì)依據(jù)［1-2］。地震勘探的三維數(shù)據(jù)體是對(duì)地下情況的規(guī)則反映，當(dāng)?shù)叵麓嬖跀鄬踊蛳萋渲鹊刭|(zhì)異常體時(shí)，接受地質(zhì)異常體反射波的地震道就會(huì)和周圍其他的地震道產(chǎn)生差異。方差體技術(shù)通過分析地震道的這種差異，即可檢測出地層中存在的異常情況［3-5］。在轉(zhuǎn)龍灣煤礦解釋過程中我們通過分析對(duì)比選取合適的時(shí)窗長度運(yùn)用乘法運(yùn)算模式進(jìn)行方差體數(shù)據(jù)提取，得到清晰可靠的方差體水平切片，并結(jié)合時(shí)間剖面分別對(duì)勘探區(qū)內(nèi)的小斷層進(jìn)行解釋，為礦方安全高效生產(chǎn)提供了有力指導(dǎo)［6］。

1 勘探區(qū)概況及地震采集方法

1.1 勘探區(qū)概況

轉(zhuǎn)龍灣井田行政區(qū)劃隸屬鄂爾多斯市伊金霍洛旗納林陶亥鎮(zhèn)及布爾臺(tái)鄉(xiāng)管轄，位于伊金霍洛旗政府所在地伊金霍洛鎮(zhèn)東40 km，東勝區(qū)南東31 km。包頭至府谷的213省道從轉(zhuǎn)龍灣井田東側(cè)約10 km通過，G210國道從轉(zhuǎn)龍灣井田西側(cè)約255 km處通過。測區(qū)表層的沙層結(jié)構(gòu)松散，其速度基本穩(wěn)定在400 m/s左右，該低速沙層對(duì)有效波的吸收衰減作用強(qiáng)烈。勘查區(qū)范圍內(nèi)被第四系風(fēng)成砂覆蓋，全區(qū)無基巖出露，無潛水面，根據(jù)鉆孔資料、低速帶調(diào)查和成孔時(shí)記錄情況，覆蓋層均為沙土覆蓋，速度橫向變化不大。含煤巖系及其下部地層僅在鉆孔中見到。

1.2 地震采集方法

當(dāng)沙土覆蓋層小于20 m時(shí)，井深打至高速層界面，單井激發(fā)，且井深大于12 m。當(dāng)沙土覆蓋層大于20 m時(shí)，單井激發(fā)，井深20 m。采用12線4炮48道正交束狀觀測系統(tǒng)，中點(diǎn)激發(fā)，覆蓋次數(shù)為24次。采用5個(gè)60 Hz檢波器插堆埋置，80～140道接收，道距5或10 m，排列鋪設(shè)方式采用直線型，采樣間隔0.5 ms，記錄長度1.5 s，記錄格式SEG-D全頻段接收。

2 方差體技術(shù)在小斷層解釋中的應(yīng)用

2.1 方差體技術(shù)時(shí)窗長度及運(yùn)算選擇

方差體技術(shù)是根據(jù)不同的目標(biāo)體選擇運(yùn)算模式和時(shí)窗長度，計(jì)算樣點(diǎn)與周圍相鄰地震道時(shí)窗內(nèi)樣點(diǎn)平均主值間的方差后，再加權(quán)歸一化得出的方差值，從而突出了由斷層或異常地質(zhì)體所造成的地震反射的異常，提取數(shù)據(jù)體中的不連續(xù)信息［7-9］。其中，時(shí)窗長度的選取應(yīng)根據(jù)測區(qū)實(shí)際情況多參數(shù)聯(lián)合對(duì)比選取，一般來說時(shí)窗長度越寬越適合于確定較大規(guī)模的斷層和地質(zhì)異常體，時(shí)窗長度越窄越適合于確定小斷層和較小規(guī)模的地質(zhì)異常體。但時(shí)窗長度過窄，容易產(chǎn)生一些如地層傾角所引起的非線性異常，過寬的時(shí)窗長度則可能產(chǎn)生對(duì)部分?jǐn)鄬臃从巢磺宄?，斷層延伸不夠，采集痕跡及淺層激發(fā)條件的變化反映不出來等缺點(diǎn)。因此使用方差體切片進(jìn)行解釋時(shí)，應(yīng)選取合適的時(shí)窗長度以保證能夠清楚真實(shí)地反映地質(zhì)構(gòu)造。

方差體運(yùn)算模式分為加法和乘法兩種。乘法模式為中心點(diǎn)與周圍所選行列范圍的所有記錄參與運(yùn)算，而加法模式是主測線和聯(lián)絡(luò)線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的，兩者的主要區(qū)別存在運(yùn)算速度和顯示效果。乘法參與的數(shù)據(jù)量大，運(yùn)算速度稍慢，加法模式由于參與的數(shù)據(jù)量小，運(yùn)算速度相對(duì)較快；當(dāng)在構(gòu)造組既不和聯(lián)絡(luò)線平行也不和主測線平行時(shí)，加法的顯示效果就不是很理想，而乘法模式不受構(gòu)造走向的影響，顯示效果要好一些，所以合適的參數(shù)選取能夠使方差體切片客觀、清楚、真實(shí)地反映斷層和地質(zhì)異常體［10］。

2.2 方差數(shù)據(jù)體提取過程

方差體的制作應(yīng)用Geoframe地震解釋組合體軟件（IESX）中的Vaniance Cube制作軟件，利用所選擇的時(shí)窗長度、運(yùn)算模式和相鄰道數(shù)等參數(shù)計(jì)算方差值，形成三維方差數(shù)據(jù)體，具體步驟如下。

首先，在Seismic Attribute ToolKit對(duì)話框中，單擊Model按鈕；接著，設(shè)置Depth域或Time域，打開Model Selection對(duì)話框；然后在Model Selection對(duì)話框中，單擊Time選項(xiàng)卡或Depth選項(xiàng)卡選擇所需模型；如果想在所選模型參數(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)新的時(shí)間或深度模型，輸入一個(gè)名稱、前綴和描述到相應(yīng)的文本框內(nèi)，然后點(diǎn)擊Create按鈕。接著在Survey對(duì)話框中選擇測網(wǎng)，選擇二維或三維地震數(shù)據(jù)。然后選擇輸入Class和輸出Class，需注意：由于在方差體計(jì)算中，處理方向并不重要，因此沒有必要選擇User＞Access option；默認(rèn)的方向是In-line；在現(xiàn)有操作列表中，選擇Variance Cube并打開其對(duì)話框，在該對(duì)話框中設(shè)定以下參數(shù)：窗口長度、主測線范圍、聯(lián)絡(luò)測線范圍提示。主測線范圍和聯(lián)絡(luò)測線范圍是在兩個(gè)方向上看到道的數(shù)目；“3”是中心道兩邊各加一道，共為3道；“3”和“5”通常會(huì)產(chǎn)生合理的結(jié)果，而較大值往往會(huì)使結(jié)果變得模糊。最后在Variance Cube對(duì)話框的操作類型區(qū)，選擇操作類型“3+3”或操作類型“3×3”。

2.3 方差體技術(shù)應(yīng)用參數(shù)選取

在方差體的時(shí)窗參數(shù)選擇時(shí)，根據(jù)小斷層與圍巖、煤層接觸帶的物性差異以及自身的地震、地質(zhì)特性，考慮到煤層反射波的主頻為60 Hz這一特點(diǎn)，沿煤層反射波向上向下各開5 ms、10 ms、15 ms、20 ms時(shí)窗，通過方差體屬性進(jìn)行分析對(duì)比得出，基于煤層反射波所開10 ms時(shí)窗所獲得的方差體屬性切片能客觀、真實(shí)清楚地反映小斷層的構(gòu)造特性。

分別進(jìn)行了不同時(shí)窗長度和不同相鄰道數(shù)參數(shù)分析，圖1為相同相鄰道數(shù)不同時(shí)窗長度參數(shù)對(duì)比分析?？梢钥闯鲞x用小時(shí)窗5 ms時(shí)，方差體切片反映異常，多存在一些由于地層傾角變化引起非線性的異常；采用10 ms時(shí)窗計(jì)算時(shí)，對(duì)斷層和由于地面障礙物引起的采集痕跡以及由于淺層激發(fā)條件變化引起的資料品質(zhì)差異反映清楚，對(duì)煤層沖刷帶反映清楚，對(duì)其它一些由于地層起伏引起的差異反映弱；采用15 ms時(shí)窗計(jì)算時(shí)，對(duì)部分?jǐn)鄬友由扉L度不夠，對(duì)部分?jǐn)鄬臃从巢磺宄?，同時(shí)對(duì)采集痕跡和淺層激發(fā)條件的變化反映不出來。分析認(rèn)為選取10 ms時(shí)窗時(shí)對(duì)資料的信息顯示的更全面，為最佳時(shí)窗。圖2為采用最佳時(shí)窗，不同參與道計(jì)算的結(jié)果，采用5道時(shí)，有部分?jǐn)鄬臃从巢磺宄徊捎?道時(shí)，斷層帶顯示過寬，方差體切片有失真現(xiàn)象，采用3道時(shí)對(duì)各種構(gòu)造和采集痕跡反映清晰。

圖1 相同相鄰道數(shù)不同時(shí)窗長度對(duì)比分析

解釋過程中，利用各煤層中方差體屬性值的變化分析推測斷層的位置及延展方向，將解釋成果顯示在水平切片中，突出斷層等地層不連續(xù)性的信息，從而解釋小構(gòu)造。

2.4 成果對(duì)比及驗(yàn)證

成果對(duì)比：通過研究區(qū)構(gòu)造的規(guī)律來指導(dǎo)斷層的組合，對(duì)于小斷層，在時(shí)間剖面及其他屬性無法準(zhǔn)確識(shí)別時(shí)，通過方差體水平切片分析解釋小斷層的構(gòu)造和延伸情況從圖3中可以看出方差體屬性的異常點(diǎn)較為明顯，方差體屬性切片對(duì)小斷層的位置及走向的反映較為準(zhǔn)確、清晰，給小斷層的精確解釋提供了有力的指導(dǎo)。

圖2 相同時(shí)窗長度不同相鄰道數(shù)對(duì)比分析

圖3 弧長屬性和方差體屬性對(duì)比

以上解釋結(jié)果分別在礦方的掘進(jìn)過程中得到了驗(yàn)證，可以為相似地區(qū)利用方差體解釋小斷層提供借鑒作用。

驗(yàn)證情況：轉(zhuǎn)龍灣工區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為N-NNW的單斜構(gòu)造，傾向SW，傾角1°～2°查明了三維勘查區(qū)內(nèi)落差大于等于5 m的斷層4條，斷層落差均在8～13 m范圍內(nèi)落差小于5 m的斷層3條，小斷層均為正斷層，在時(shí)間剖面上反映特征為同相軸扭曲，在方差體切片上斷層走向清晰，并得到了礦方的驗(yàn)證。

3 結(jié)語

通過選擇適合勘探區(qū)實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造的參數(shù)，分析對(duì)比不同的方差體提取參數(shù)對(duì)小斷層、解釋的影響，選擇了適合研究區(qū)實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造的參數(shù)，得到較為理想的方差數(shù)據(jù)體，方差體水平切片更能清楚地反映出小斷層的分布特征和延展性，是一種較好的解釋小構(gòu)造的手段。后經(jīng)巷道和鉆孔揭示驗(yàn)證認(rèn)為成果有效、可靠，為勘探區(qū)內(nèi)下一步礦井安全、高效生產(chǎn)工作提供依據(jù)和指導(dǎo)。