三維地震可視化解釋在大同礦區的應用

杜文鳳

（中國礦業大學（北京）煤炭資源與安全開采國家重點實驗室 北京 100083）

0 引言

大同煤田是華北典型的二疊系—侏羅系雙系含煤盆地，目前侏羅系煤炭資源接近枯竭，深部石炭二疊系煤層成為主力接替資源。

隨著礦井建設向縱深推進，三維地震勘探逐步進入復雜地質條件區，面臨小斷層、陷落柱、沖刷帶和火成巖侵入帶等地質構造[1-2]，因此，準確地進行地質構造預測，對礦井安全生產具有非常重要的意義。

采區三維地震勘探在礦井建設中發揮著重要作用，但是常規三維地震資料解釋存在嚴重的二維化解釋問題，表現在三個方面：第一，常規三維地震解釋效率低，這主要是因為解釋沿用了從層位標定、層位追蹤、斷層解釋到構造成圖的二維地震解釋方法與流程，導致斷層組合不夠合理，人為修改工作量大，解釋效率降低；第二，地震信息不能得到充分利用，這是由于解釋以抽稀主測線和聯絡測線進行，地震信息不能充分利用，測線間隔之間難免漏失小斷層和小構造等；第三，解釋受視角限制，這是因為解釋是在剖面或水平時間切片上進行，不能從全三維視角反映地下空間地質特征。

為解決三維地震資料解釋面臨的二維化問題，就要充分發揮三維地震數據信息量大和空間歸位準確的優勢，建立三維可視化地震解釋方法，利用煤層在三維地震數據表現出的反射強、同相軸連續性好的特點，開展層位自動追蹤，通過地震屬性提取，將地震屬性融合，快速進行小構造識別，從三維視角對地震數據進行空間立體交互解釋，提高三維地震資料解釋精度、解釋效率和對小構造的識別能力。

以東周窯煤礦三維地震勘探區為例，應用三維可視化解釋方法開展實際資料應用研究。

1 三維地震可視化解釋方法

與傳統三維地震解釋二維化思路不同，三維地震可視化解釋是通過對三維數據體進行立體掃描確定地質目標，通過體—面—線—點的三維可視化解釋，實現對煤層及其構造解釋。三維可視化地震解釋主要包括反射層位自動解釋和構造自動解釋，圖1 為三維可視化地震解釋流程[3]。

圖1 三維可視化地震解釋流程

1.1 層位自動解釋

層位標定是地震層位解釋的基礎，通常利用人工合成地震記錄進行標定。人工合成地震記錄是基于聲波測井曲線和密度測井曲線求取反射系數序列，與井旁地震道提取的地震子波進行褶積計算得到。在合成地震記錄上，根據目的層深度讀出時間值，在實際地震記錄上標定目標層位，實現對該井點處地震地質層位的地質標定。單井層位標定后，可通過連井層位立體顯示（如圖2所示），檢驗層位標定效果。

圖2 連井立體顯示

從井出發進行層位自動追蹤，采用種子點、剖面線和層位面（即點線面）控制層位自動追蹤，實現對層位的自動解釋，圖3為8#煤層自動層位追蹤結果。

圖3 8#煤層自動層位追蹤

1.2 地震屬性構造自動解釋

地震數據體中包含大量地下地質信息，不同地震屬性可能與地下地質情況或者構造有關聯。當地下存在斷層和陷落柱等地質構造時，會引起地震波動力學特征（如振幅何能量等）和運動學特征（如速度和時差等）變化，因此通過地震波動力學和運動學特征變化，可以對斷層和陷落柱等地質構造進行識別。

每種地震屬性都具有一定的地質意義，都只能反映某些地質特征，當利用單一地震屬性進行地質解釋時[4]，容易產生多解性，影響構造解釋精度。信息融合作為一種多參數綜合分析方法[5]，其融合結果比單一地震屬性更準確全面。因此，將信息融合技術應用于地震屬性構造預測中，就是綜合考慮多種地震屬性特征，通過對多種地震屬性進行融合處理，得到反映地質構造的最優屬性，解決單一地震屬性構造解釋產生的多解性問題。圖4顯示了地震屬性上斷層解釋結果。

圖4 斷層在地震屬性切片上的顯示

1.3 構造成果圖繪制

地震構造圖是地震勘探最終成果圖件，是以地震資料為依據做出的平面圖，根據等值線參數不同，分為等時線圖、等速線圖和等深度構造圖。等時線圖是根據地震時間解釋數據直接繪制，基本反映了構造起伏形態。在等時圖的基礎上，通過精確的速度場進行時深轉換，即可獲得等深度構造圖。

2 煤層厚度預測

煤層厚度預測采用基于地質統計學的協克里金法[6]進行。根據地質統計分析，確定與煤層厚度相關系數最高的地震屬性，建立地震屬性與煤層厚度之間的關系，利用協克里金法，預測煤層厚度分布。這種方法將稀疏的井點煤層厚度和高密度地震數據有機結合，能精確反映井點煤厚情況和體現地震數據趨勢。

協克里金煤層厚度預測的具體方法是：首先應用球狀模型，對井點處煤層厚度進行實驗變差函數擬合，獲得煤層厚度變差函數模型，然后建立地震振幅屬性變差函數模型，最后，建立井點處煤層厚度和地震振幅屬性的變差函數模型。在變差函數模型基礎上，根據克里金估計的無偏和方差最小條件，采用協克里金法，計算出全區每一個數據點的煤層厚度值。

根據協克里金法預測出8#煤層厚度，如圖5所示，8#煤層厚度變化較大，東中部較厚，ZK2114 孔附近煤層最厚，達到3.13 m，北部較薄，西南部ZK2510孔附近最薄，僅為0.50 m。

圖5 8#煤層厚度分布

3 三維地震解釋成果

3.1 煤層起伏形態

根據三維地震資料解釋發現，主要煤層主體構造形態為一走向NW，傾向SW的單斜構造，見圖6。

圖6 主要煤層立體顯示

8#煤層總體走向NW，傾向SW，傾角約3°～17°。煤層最高點在測區東北部，鉆孔ZK1809 以北，底板標高940 m，煤層最低點在測區西南角，鉆孔ZK2510 和ZK2712 之間，底板標高690 m。其中在測區中北偏東部，鉆孔YZ1和鉆孔ZK1910之間附近，受構造影響，煤層下沉，底板標高670 m。

3.2 構造分布特征

如圖7所示，測區共解釋斷層83條，斷層總體走向北西向為主，北東向為輔，傾角變化范圍60°～70°。落差≤5 m 的斷層35 條，落差在5 m＜H≤10 m 范圍的斷層21條，落差＞10 m的斷層27條。

圖7 斷層立體顯示

測區共解解釋陷落柱17 個，8#煤長軸直徑在50 m≤D≤100 m范圍的陷落柱3個，8#煤長軸直徑D＞100 m的陷落柱14個。

3.3 探采對比

目前勘探區僅在東側有巷道和工作面穿過。巷道已揭露陷落柱1個，斷層5條。構造解釋探采對比如圖8 所示，本次解釋的陷落柱與北部巷道揭露的陷落柱位置吻合，南部巷道揭露的斷層位置，分別與本次解釋的2個陷落柱位置吻合。

圖8 構造解釋探采對比

4 結論

（1）建立了體—面—線—點的三維可視化解釋方法，突破了傳統三維地震解釋二維化的思路，可實現對煤層及其地質構造的三維立體解釋。

（2）將信息融合技術應用于地震屬性構造解釋，通過對多種地震屬性融合處理解釋地質構造，解決了單一地震屬性構造解釋的多解性問題。

（3）基于地質統計學，將稀疏井點煤厚數據和高密度地震資料有機結合，建立了協克里金煤層厚度預測方法，在變差函數模型基礎上，根據克里金估計的無偏和方差最小條件預測煤層厚度，這種煤厚預測既能精確地反映井點煤厚和能體現地震數據變化趨勢。

（4）巷道已揭露三維地震解釋中的陷落柱1個，斷層5條，說明三維地震可視化解釋方法是有效的，可以在大同礦區推廣使用。