基于VVA軟件的三維地震解釋技術在官莊河煤礦的應用

劉毅，薛江，白亮亮，穆曉強，弓江豪

（陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005）

1 概況

山西蒲縣宏源集團官莊河煤業有限公司位于蒲縣太林鄉油房南、官莊村、東開府村一帶，行政區劃屬蒲縣太林鄉管轄。井田位于霍西煤田的中西部，地層出露較齊全，區域東部為老地層出露區，主要為古生界寒武系、奧陶系和太古界呂梁山群、太岳山群。區域內主要地層為石炭系和二疊系，以中奧陶系地層為基底，區內山梁及溝谷底部普遍被第四系地層覆蓋，一些溝谷底部及其兩側可見上第三系地層分布。井田總體為一軸向北西的向斜構造，地層傾角一般5°～8°，局部達15°左右，井田內發育3 條褶曲，16 條斷層，其中2 條為逆斷層，14 條為正斷層，9 個陷落柱，井田總體地質構造屬簡單類。

此次三維地震勘探[1]區位于井田的東南部，勘探區呈近似矩形，面積2.29 km2。勘查區位于呂梁山南段東麓，地勢總體呈北東高南西低，區內溝谷縱橫，植被茂盛，灌木叢生，地形較為復雜?？辈閰^內有村莊分布，河流經過，可供車輛行駛的道路較少，大部分地段需靠人行走及人力搬運施工設備。勘查區高差較大，相對高差約210.00 m。最高點位于勘查區北東部邊界山梁上，標高為1 490.00 m，最低點位于勘查區中部邊界辛庒河河床，標高為1 280.00 m。

勘查區內大部分基巖出露，西北角有少部分耕地區域被薄黃土覆蓋，山梁上大部分為堅硬巖石，半坡區有坡積碎塊。區內主要可采煤層2 號、11號煤層厚度較穩定，圍巖基本上以砂巖為主，煤層與圍巖巖性特征差異較明顯，可形成穩定的標準反射波。

此次探測的目的層主要為二疊系下統山西組的2 號煤層和石炭系上統太原組的11 號煤層。為了查明區內煤層小窯破壞區域、構造分布情況、煤層起伏形態及煤厚預測，需要對官莊河煤礦四采區進行三維地震勘探工作。

2 VVA 軟件基本介紹

VVA 軟件主要包括屬性的提取與分析、三維可視化以及構造解釋3 部分[2-6]。其中屬性提取包括體屬性、層面屬性、順層屬性、層間屬性、地層體屬性、濾波屬性六大類型的屬性提取功能；屬性的分析工具則包括屬性定量標定、屬性交會、屬性聚類、繼承性分類、主成分分析、頻譜成像、波形相關分析7 大主要的分析工具。VVA 軟件的地震數據體、層位、斷層、地層體、井數據以及軟件計算分析的各種屬性數據都能在三維空間中方便地顯示，軟件同時提供了方便的井位設計功能以及三維透視功能。VVA 的構造解釋部分提供了方便的交互解釋功能，層位解釋有多種追蹤方式和模式，能在三維空間、二維剖面以及底圖上即時交互解釋，斷層解釋也能在三維、二維剖面上交互解釋，并且能夠通過底圖進行即時質量控制。該軟件在小斷層預測和陷落柱解釋等方面具有較明顯優勢。

3 解釋流程及方法

3.1 解釋流程

以VVA 軟件解釋為主，地震時間剖面人工對比解釋為輔。在人工對比解釋地震時間剖面的基礎上，對鉆孔處有效波進行標定，建立一定的構造格架，然后選擇一定網度的縱、橫向垂直時間剖面重點解釋、控制宏觀構造，再進一步加密剖面，即由粗網格（160 m×320 m） 到細網格（40 m×80 m）逐步加密進行解釋，對局部微細構造加密網格（10 m×10 m）。通過粗網格建立全區大致構造框架，利用細密網格對全區資料進行細致分析解釋，達到對小斷層的控制[7]。

縱向和橫向時間剖面相結合，規則網度時間剖面和聯井時間剖面相結合，垂直時間剖面與水平切片、順層切片相結合，全方位進行對比追蹤和閉合。同時結合鉆孔資料，進行綜合解釋，確保解釋成果的精度與可靠性。VVA 軟件解釋立體示意如圖1所示。充分利用已有地質資料，掌握區內地質規律，將宏觀的區域構造規律和該區的地質構造特征結合起來深入分析，解釋中以垂直剖面和水平切片解釋為基礎。VVA 軟件解釋流程如圖2所示。

圖1 VVA軟件解釋立體示意Fig.1 Stereoscopic diagram of VVA software interpretation

圖2 VVA軟件解釋流程示意Fig.2 VVA software explanation process

3.2 解釋方法

3.2.1 利用VVA 提取的地震屬性對斷層進行分析

首先利用地震屬性對勘查區的斷層進行調查，了解其空間分布，然后利用垂直地震時間剖面、水平時間切片、地質、測井資料進行綜合解釋、反復對比。地震沿層屬性切片，反映了某一反射波在不同地段的地震信息。此次解釋過程中，通過優化對比后對目的層反射波的弧長、平均能量、最大振幅、最小振幅、瞬時振幅、瞬時頻率、均方根振幅等進行了分析，利用相干數據體、斷裂似然體等屬性對構造進行了綜合分析。圖3為斷層在時間剖面和不同地震屬性上的響應。圖4為斷層在斷裂似然體上的響應。

圖3 斷層在時間剖面和不同地震屬性上的響應Fig.3 Response of fault on time profile and different seismic attributes

圖4 斷層在斷裂似然體上的響應Fig.4 Response of fault on fractured likelihood body

3.2.2 利用VVA 提取的地震屬性對陷落柱進行分析

陷落柱的解釋主要以地震屬性解釋與時間剖面解釋相結合的方法，對陷落柱的位置及大小進行精細的標定，提高解釋精度。此次資料解釋過程中對偏移數據體提取了多種地震屬性，通過地震沿層地震屬性和層間地震屬性技術對該區的地震資料進行了深入的解釋，確定地質構造骨架。

（1） 時窗的選取。

在屬性分析中，考慮到陷落柱、小斷層的地震、地質特征及與圍巖、煤層接觸帶的波阻抗差異特征，沿煤層反射波向上向下各開5、10、15、20 ms 時窗，在相干數據體中分別提取均方根振幅屬性進行分析得出，基于煤層反射波所開15 ms 時窗獲得的地震屬性較為理想。15 ms 相干體均方根振幅屬性圖如圖5所示。

圖5 15 ms 相干體均方根振幅屬性圖Fig.5 Amplitude attribute diagram of 15ms coherent volume mean square

（2） 地震屬性優選。

此次利用解釋軟件，提取了多種屬性進行比較，最后經優化選擇了對陷落柱反映較好的幾種地震屬性參與了解釋，重點應用的是相干體均方根振幅、相干體算術平均值、相干體能量、波形差異均方根振幅等對構造反映比較敏感的屬性參與構造解釋，選擇15 ms 窗口。圖6為陷落柱在層間不同地震屬性圖上的響應。

圖6 陷落柱在層間不同地震屬性圖上的響應Fig.6 Response of collapse column on different seismic attribute diagrams between layers

3.2.3 利用VVA 提取的地震屬性對煤厚進行預測

地震波中含有大量的地質信息，構造、巖性的變化等均會引起地震波的變化，其變化主要包括密度、速度及其它彈性參量的差異，這些差異導致了地震波在傳播時間、振幅、相位、頻率等方面的變化。結合鉆孔，在地震波中提取地震屬性參數，經分析后，會將與煤厚相關性比較好的地震屬性用于煤厚解釋，從而提高煤厚解釋成果的準確性[8]。

3.2.4 利用VVA 提取的地震屬性對采空區進行解釋

在三維地震勘探所獲得的時間剖面上，采空區的表現一般為波形突然紊亂、頻率突然變低、能量變化大，煤層反射波在采空區邊界處突然斷裂，且形成一定規模。同時，結合地震屬性對采空邊界進行反復對比，準確圈定采空區范圍[9-11]。

4 地質成果

此次勘探工作基本查明了勘查區內的地質構造形態，用密度較高的三維地震數據網格（5 m×10 m） 嚴密的控制了區內煤層的起伏形態，繪制了主要煤層等高距為5 m 的煤層底板等高線圖，煤層底板的起伏形態總體上呈現為一個走向近NW、傾向SW 的構造形態，西側存在一S3 向斜。煤層傾角約6°～27°，西部相對較緩，東部較陡。最寬緩處位于勘查區東南角，最陡處位于206 號鉆孔附近。勘查區內解釋了落差大于等于5 m 的斷層3條，長軸直徑大于30 m 的陷落柱8 個，圈定了11號煤層采空區1 處，圖7為構造成果綱要圖。

圖7 構造成果綱要圖Fig.7 Outline diagram of structural achievements

5 結語

通過利用VVA 屬性軟件對三維地震勘探資料進行解釋，大大提高了解釋的效率和質量，解釋的F33 斷層和X11-25、X11-26、X11-28 陷落柱已經得到礦方的實際揭露驗證，解釋成果可靠，可以為礦方下一步巷道布設提供參考依據。