淮北某礦高密度三維地震勘探巖性解釋技術(shù)研究

李君成

（河南省地球物理空間信息研究院，河南 鄭州 450009）

1 地質(zhì)概況與地球物理特征

1.1 地質(zhì)概況

筆者針對華北地層展開了研究，可以按照由下至上的順序?qū)⑵浞譃槿缦碌貙咏Y(jié)構(gòu)：

奧陶系(O2)：在該地層結(jié)構(gòu)之中含有十分豐富的碎屑巖結(jié)構(gòu)，同時也含有厚層碳酸鹽沉積物，其結(jié)構(gòu)外觀通常表現(xiàn)為灰褐色或灰棕色，是一種厚層狀的石灰?guī)r。此類巖石的致密性一般較脆，且呈裂隙發(fā)育狀，堆積形成含礦地層的基底，厚度不一。

石炭系(C2+3)：厚度一般在116.41m～153.93m范圍內(nèi)，主要為碳酸鹽沉積類巖石，一般形成于海陸交替地帶，其內(nèi)包含粘土巖類及砂巖沉積物，研究區(qū)域內(nèi)不包含下統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這一地層與下伏地層之間常表現(xiàn)出平行不整合接觸的關(guān)系。

二疊系(P)：在研究區(qū)域內(nèi)這一類型的地層發(fā)育良好，是這一區(qū)域之中最為主要的含礦地層。此類地層一般多為砂巖和泥巖的沉積物，形成于近海陸地帶，巖石的總厚度已經(jīng)超出了1000m，該地層在研究區(qū)內(nèi)和下伏地層呈整合接觸關(guān)系。

第四系：下部結(jié)構(gòu)多由灰白色粘土夾薄層砂構(gòu)成，至于上部結(jié)構(gòu)，則一般為土黃色砂與粘土粉砂互層。

由于受到印支、喜馬拉雅和燕山等多期構(gòu)造運動的影響，使得該研究區(qū)域內(nèi)的盆地在形成后表現(xiàn)出相對較為突出的斷裂構(gòu)造發(fā)育情況，并在此基礎(chǔ)上形成了將近北北向東方向作為主要斷層結(jié)構(gòu)的形態(tài)，至于南北向分布的斷層結(jié)構(gòu)，則一般表現(xiàn)為中、小型斷層的結(jié)構(gòu)，并受到來自于結(jié)構(gòu)切割和結(jié)構(gòu)限制的綜合作用。研究區(qū)內(nèi)的礦層傾角受構(gòu)造影響，局部有較大的變化，礦層隱伏露頭處一般較陡，其傾角多處于10°～20°之間。

1.2 地球物理特征

針對所研究區(qū)域的表層結(jié)構(gòu)予以檢測，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域之中的地震地質(zhì)條件相對良好，且地勢呈現(xiàn)為平坦分布的狀態(tài)，不存在特別明顯的地勢起伏，其高差一般可以保持在2m左右。然而，由于該區(qū)域內(nèi)的村莊一般較大且分布相對密集，且村莊分布極容易受到渦河及其支流水系的影響，在一定程度上提升了野外施工的難度。

研究區(qū)域地下淺層5m范圍內(nèi)，層位結(jié)構(gòu)多為粘土和砂質(zhì)粘土質(zhì)地，至于5m以深，則多含有流沙層，且該流沙層在研究區(qū)內(nèi)穩(wěn)定分布，對成孔下藥造成一定的影響。在野外進行施工，一般選在春季進行，這是由于氣候條件較為干旱，潛水面相對較深，一般為6m～7m，成孔深度保持在潛水位以下1m～2m激發(fā)，能夠獲得良好的地震勘探單炮數(shù)據(jù)。

在所研究區(qū)域內(nèi)，地表中的村莊普遍呈現(xiàn)出密集分布的狀態(tài)，在地表高度下5m左右的位置處，存在十分嚴重的流沙分布問題，同時，目的層具有較深的埋藏深度，且此區(qū)域之中的礦層結(jié)構(gòu)一般較為復雜，礦厚變化也比較大，進而促進了斷裂構(gòu)造結(jié)構(gòu)的發(fā)育。由此可見，在淺層區(qū)域內(nèi)的地震地質(zhì)條件相對較為復雜[1]。

2 基于地震屬性的精細構(gòu)造解釋

2.1 精細構(gòu)造原理及其步驟

建立對于反射波地震屬性切片情況的深入了解，并就這一內(nèi)容予以細致分析，需要積極強化對于結(jié)構(gòu)構(gòu)造問題的解釋，依托于小斷層的方式，實現(xiàn)精細化解釋，在最大程度上保障解釋的精度和有效性。由于結(jié)構(gòu)斷層位置處的波阻抗值不會呈現(xiàn)出過大的差異，同時，反射系數(shù)相對較小，在反射波強度持續(xù)減弱的背景下，可能在振幅屬性切片上表現(xiàn)出相應(yīng)的低值結(jié)果。

一旦發(fā)生構(gòu)造運動，則可能導致地下結(jié)構(gòu)因受到擠壓而發(fā)生層面結(jié)構(gòu)彎曲，對其反射波的曲率屬性造成影響。一般而言，隨著應(yīng)力的提升，曲率應(yīng)呈現(xiàn)出一定的增長趨勢，在一定程度上促進了斷裂結(jié)構(gòu)的發(fā)育。由此可見，充分利用反射波的曲率屬性特性，可以實現(xiàn)對所研究區(qū)域構(gòu)造情況的有效預測，以充分結(jié)合曲率異常和斷層結(jié)構(gòu)之間的變化情況，確定與之相對應(yīng)的結(jié)果歐延展變化長度范圍。在實施斷層識別操作時，一般結(jié)合結(jié)構(gòu)的相似性做出相關(guān)結(jié)論。結(jié)構(gòu)的相似性一般可以用于表征地震數(shù)據(jù)體之間相鄰道所展現(xiàn)出來的相關(guān)屬性的相似度，一般包括各類地震屬性，如局部變化率、方差和相干等。結(jié)合這些屬性內(nèi)容，可以建立對于地震數(shù)據(jù)體之中相應(yīng)異常結(jié)構(gòu)的明確了解，并據(jù)此展開對于各類地質(zhì)異常現(xiàn)象的解釋。

結(jié)合地震屬性予以構(gòu)造解釋，一般按照如下流程進行：第一，結(jié)合反射波的相應(yīng)運動學特征，展開對目的層的初步構(gòu)造解釋；第二，綜合利用多種不同的地震屬性實施精細構(gòu)造解釋，同時驗證初步構(gòu)造方案的合理性；第三，如果在某一區(qū)域內(nèi)同時出現(xiàn)了多種類型的地震屬性，則可以針對這一異常區(qū)域?qū)嵤┘氈聶z查，充分運用地震數(shù)據(jù)體的形式，實現(xiàn)重新解釋；第四，重復上兩步操作，直到確定最終的構(gòu)造解釋方案。

2.2 精確解釋成果

筆者在本次勘探工作實踐之中，針對65條斷層實施了綜合解釋，分別為14條保留和修改的斷層及51條新解釋的斷層。依照斷層性質(zhì)予以分類，可以將其分為3條逆斷層和62條正斷層；結(jié)合可靠程度予以分類，發(fā)現(xiàn)其中可靠斷層、較可靠斷層和控制程度較差斷層的數(shù)量分別為30條、28條和7條；依據(jù)不同斷層之間的最大落差△H予以分類，發(fā)現(xiàn)其中落差低于5m、5m到10m之間、10m到20m之間、20m到50m之間、大于50米的斷層數(shù)量分別為5條、39條、13條、4條、4條。

2.3 巖漿巖侵入礦層的綜合解釋

礦系地層之中的礦層可能會受到巖漿巖不同程度的侵入，一旦巖漿巖侵入了礦層，則可能導致礦層嚴重變質(zhì)，影響礦的品質(zhì)，使得礦層開采的經(jīng)濟效益呈現(xiàn)出明顯下降趨勢，同時，由于巖漿巖侵入巷道，采面等情況，限制礦廠的正常生產(chǎn)，進而縮短了機械設(shè)備的整體使用壽命。由此可見，針對巖漿巖的分布范圍予以積極明確，有助于推動礦業(yè)日后的安全生產(chǎn)。

結(jié)合研究區(qū)域的地質(zhì)資料，發(fā)現(xiàn)在該區(qū)域的東部和北部地區(qū)，都表現(xiàn)出不同程度的巖漿巖侵入問題。通過高密度地震數(shù)據(jù)信息，從大范圍內(nèi)采集地下地質(zhì)信息，可以從不同角度展開對于礦系地層構(gòu)造，結(jié)構(gòu)的研究，并據(jù)此確定地層構(gòu)造和巖性的實際變化情況。

3 礦層地質(zhì)異常區(qū)預測

礦層埋藏深度、構(gòu)造分布情況、礦層頂?shù)装宓姆忾]程度、傾角及露頭部位、礦層發(fā)育等因素都會對礦層之中甲烷等氣體的富集狀態(tài)造成嚴重影響。要求以解決礦層及有關(guān)底層的賦存情況和構(gòu)造展布情況為最主要目標，確定常規(guī)礦田地震勘探過程所采用的主要方法。針對礦層地質(zhì)異常區(qū)予以預測，是巖性地震勘探的重要內(nèi)容，一般無需借助常規(guī)地震勘探手段予以解釋。

一般而言，礦層和頂?shù)装寰哂幸欢?lián)系的裂隙是重要的甲烷氣體聚集區(qū)，可以在此場所之中進行氣體運移，進而影響礦層的發(fā)育狀態(tài)。針對該區(qū)域內(nèi)的裂隙分布情況進行細致分析，可以確定得到精準度較高的頂?shù)装逋笟庑蕴卣鳌榇耍枰搮^(qū)域的性質(zhì)，針對相關(guān)的礦層和礦產(chǎn)分布情況實施轉(zhuǎn)化，并將其視作與礦產(chǎn)發(fā)育分布和礦層頂?shù)装逦恢锰幜严栋l(fā)育狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的實際問題。要求充分利用方位各向異性技術(shù)，針對礦層反射波的實際特征進行細致研究，明確其在方位角變化時，所發(fā)生的各類變化，并據(jù)此建立對于礦層和圍巖位置處裂隙帶發(fā)育實際的充分預測。與此同時，結(jié)合疊前反演技術(shù)，得到與之對應(yīng)的礦產(chǎn)發(fā)育帶信息，與巖性地震解釋成果相結(jié)合，實現(xiàn)對于這一區(qū)域的有效檢測。

3.1 裂隙發(fā)育帶解釋

依托于12線56炮的束狀正交寬方位角觀測系統(tǒng)實施高密度三維地震勘探，在最大程度上確保各個方位角道的集中度，讓炮檢距和覆蓋次數(shù)得以實現(xiàn)均勻分布，以便據(jù)此展開分析，讓地震P波方位各向異性特征分析結(jié)果的有效性得到充分保障。充分利用裂隙地質(zhì)體相關(guān)的地震響應(yīng)信息，以充分展現(xiàn)整體CMP道集內(nèi)裂隙裂縫的平均效應(yīng)。要求在積極關(guān)注平均效應(yīng)的前提下，強化并提升裂縫屬性計算的有效覆蓋次數(shù)，將高密度三維地震資料中所包含的16個面元數(shù)據(jù)構(gòu)造成超級CMP道集，并按方位角增量30°進行方位道集的抽取，通過常規(guī)地震資料處理的方法，針對不同的方位角道集予以處理，以獲取相應(yīng)的方位偏移數(shù)據(jù)體。

3.2 礦層分布預測

礦層一般產(chǎn)生于礦層構(gòu)造運動之中，由礦層層間滑動所引起，可以為實現(xiàn)高質(zhì)量的氣體富集提供充足的空間，且不會受到過多的壓力。礦層分布是造成礦井地質(zhì)異常的重要地質(zhì)因素，針對礦層的發(fā)育情況予以精準劃分，可以有效判定異常的地質(zhì)區(qū)域，以實現(xiàn)良好的礦井防治效果。針對礦層和正常礦的巖石物理差異予以細致分析，需要充分利用地震反演技術(shù)進行，針對研究區(qū)域內(nèi)的礦層發(fā)育分布區(qū)域?qū)嶋H予以細致全面預測。

3.3 綜合解釋

筆者借助方位各向異性技術(shù)展開了對于研究區(qū)之中7礦層裂隙發(fā)育程度的有效評價，同時，結(jié)合地震反演技術(shù)確定了研究區(qū)7礦層的礦層分布情況，最終得出如下結(jié)論：第一，裂隙在斷層周圍的發(fā)育相對良好，且該區(qū)域條件有利于進行氣體輸送，但是不利于進行氣體貯存；第二，研究區(qū)內(nèi)礦層一般不存在。筆者在綜合解釋后，確定該區(qū)域中礦層地質(zhì)條件良好。

4 結(jié)語

筆者針對精細構(gòu)造解釋、巖漿巖侵入范圍及地質(zhì)異常情況等問題進行了一系列研究，并取得了一定成果，但是在本研究中仍然具有許多問題有待優(yōu)化。為更好應(yīng)對日益復雜化的巖性問題，需要在本文研究的基礎(chǔ)上，尋找多種巖性地球物理勘探方法的最佳結(jié)合方式，以充分提升構(gòu)造、底層及巖性解釋的有效性。