潘家窯井田三維地震資料二次解釋及應用

李金松

（晉能控股煤業集團，山西 大同 037003）

潘家窯井田位于石炭-二疊系聚煤盆地邊緣，且經歷多期次構造運動疊加，導致該區地質構造復雜。本文主要對三維地震成果資料通過常規地震屬性、相干等技術，特別是利用三維空間建模技術進行了二次解釋，對前期的成果重新進行修正，確保地質資料的準確性，為礦井設計提供相對可靠的地質保障。

1 地震資料解釋方法和技術

1.1 地震層位標定

目標5 號煤層的地震層位標定是地震資料二次解釋的基礎，在充分收集潘家窯井田首采區北部地質與鉆孔資料基礎上，結合前期研究成果，重點利用合成地震記錄資料確定5 號煤層地震反射特征。

研究區內5 號煤層與8 號煤層發育穩定，煤層厚度較大，由于煤層與圍巖之間的波阻抗差異較明顯，能形成能量極強的反射波同相軸，且全區可穩定追蹤。因此，5 號和8 號煤層在地震剖面中表現為明顯的兩條平行強反射同相軸（圖1）。

圖1 煤層對應地震層位Fig.1 The corresponding seismic horizon of coal seam

1.2 斷層解釋及組合

斷層解釋是此次研究的重點工作之一，除采用常規的地震屬性、相干、切片等技術外，重點利用三維空間建模技術，分析5 號煤層在三維空間內的分布特征。

（1） 地震剖面直接解釋。

斷層解釋首先由大到小，反復對比，落差較大的斷層在地震資料上的主要標志是反射波同相軸錯斷或突然消失，特征比較明顯，比較容易識別。落差小于5 m 的斷層，識別難度較大，在地震資料上的表現為反射波同相軸扭曲、地層傾角突變、光滑程度及振幅強弱變化。在解釋小斷層或斷點時，充分利用水平切片振幅的強弱變化、地震屬性、三維建模等多種技術反復確認小斷層或斷點的存在。

（2） 沿層水平切片斷層解釋。

沿層水平切片反映地質構造在同一時刻上的平面形態，對了解地下構造形態和查明某些特殊地質現象有獨特優點，可彌補剖面斷層解釋方法的不足。沿層水平切片上同相軸的線性排列指明了構造走向，如果構造走向與斷層走向之間存在一個較大的角度，則同相軸就會中斷。如構造走向和斷層走向幾乎平行，則同相軸就不會中斷而會平行于斷層排列，如圖2 所示為5 號煤層的沿層水平切片，從圖中可以看出有1 條近北東方向的斷層幾乎貫穿整個工區。

圖2 沿5 號煤層的地震水平切片Fig.2 The seismic horizontal slice along No.5 coal seam

（3） 相干體切片斷層分析。

相干技術是地震勘探上常用的斷層解釋技術，主要利用數學方法，計算相鄰地震道之間的相干系數，將三維地震振幅數據體轉換為三維相干性屬性體。它主要突出相鄰道之間地震信息的不連續性，對于在地震剖面上不易顯示的斷層、巖性突變以及異常體，在相干體上可以直觀的顯示出來，尤其是解釋小斷層的空間分布有較好的效果，也可以輔助檢查所解釋的合理性。如圖3 所示為5 號煤層的相干體切片上，黑色位置對應的就是相鄰地震道數據差別較大的位置，通常對應斷層的分布。可以看出，對應斷層的分布特征與沿層水平切片基本一致。

圖3 5 號煤層的相干體切片Fig.3 The coherence slice of No.5 coal seam

（4） 斷層三維空間建模。

斷層的平面組合是斷層解釋的難點，利用水平切片和相干體技術，可以一定程度上解決斷層組合問題，但對于斷層的空間分布，不是很直觀。此次研究采用三維建模技術幾何數據雕刻，利用煤層對應地震反射波的振幅特征，結合鉆孔中的煤層信息，統計5 號煤層振幅數值分布規律，在三維空間進行數據雕刻。

經過振幅雕刻后，獲得5 號煤層的三維空間分布特征，如圖4 所示，黑色區域對應煤層分布，空白區域對應斷層，通過旋轉不同角度，從多個方向進行觀測，可以更準確的分析斷層的空間組合特征，圖5 為研究區斷層組合分布特征圖。

圖4 5 號煤層三維空間分布特征Fig.4 The three-dimensional spatial distribution characteristics of No.5 coal seam

圖5 研究區斷層組合分布特征（注：黑色粗線條為物探解釋斷層）Fig.5 The combination distribution characteristics of fault in the study area

研究區陷落柱發育，其上覆地層由蝕變逐漸發展到受重力作用而塌落下沉，由于填充物成份復雜且比較松散，并且與煤層的接觸邊界兩側存在著明顯的密度及速度差異，地震剖面上反射特征相對比較明顯，如圖6 所示，容易識別。同時，在水平切片和空間分布上也能見到對應異常區域。

圖6 陷落柱在地震剖面上的反射特征Fig.6 The reflection characteristics of collapse column on seismic profile

2 解釋成果與前期成果對比

2.1 斷層組合與前期結果對比

將此次研究成果與前期研究成果進行對比分析，如圖7 所示。

圖7 此次研究與前期研究成果對比Fig.7 The results comparison between this study and previous study

可以看出，底板等高線的分布特征差別不大，區內大斷層位置基本一致，但此次研究依據煤層在三維空間的分布特征，將前期研究中的多條孤立斷層進行了重新組合。例如，差別較明顯的梁家窯右側的地壘，在三維分布圖中非常明顯，如圖8 所示，而前期斷層并沒有體現出來。此外，區北側Y型分叉斷層，應該是兩條相互切割的斷層組合，如圖9 所示，而前期解釋將這2 條斷層分割，并不合理。

圖8 梁家窯右側斷層切割形成的地壘Fig.8 The horst formed by fault cutting on the right side of Liangjiayao

圖9 PJY2301 附近斷層組合對比Fig.9 The comparison of faults combination near PJY2301

2.2 陷落柱解釋與前期結果對比

此次研究共識別出12 個陷落柱，全部涵蓋前人研究成果。此次研究對前期識別的7 個陷落柱中的大多數認識相同，但對其中3 個認識不同。

（1） X1 陷落柱可靠程度降低。

X1 陷落柱在地震剖面上響應特征，如圖10 所示，可以看出，雖然8 號煤層對應T8 反射同相軸有下凹的特點，但5 號煤層對應的T5 反射同相軸基本為平直特征，下凹特點不是很明顯，因此本次研究將X1 陷落柱的可靠程度由“較可靠”修改為“較差”。

圖10 X1 陷落柱地震反射特征Fig.10 The seismic reflection characteristics of X1 collapse column

（2） 將X5 和X6 陷落柱合并為X5。

此次研究將前期解釋的X5 和X6 陷落柱合并為X5 陷落柱，如圖11 所示，從地震剖面上可以看出雖然陷落柱中地震反射同相軸還可以識別出，但從整體來看該區域的反射同相軸表現為較大規模的整體下凹，在三維空間圖中特征類似，因此，此次研究將這2 個陷落柱進行合并處理。

圖11 合并前期解釋X5 和X6 陷落柱Fig.11 The combination of previous interpretation of X5 and X6 collapse columns

（3） 刪除X7 陷落柱。

前人解釋成果中的X7 陷落柱，如圖12 所示，位于此次研究中解釋的斷層中，從5 號煤層的三維空間分布特征上來看，作為斷層解釋更合理一些，因此，此次研究刪除X7 陷落柱。

圖12 前人解釋X7 陷落柱與此次解釋對比Fig.12 The comparison between previous interpretation and this interpretation of X7 collapse column

3 結 論

（1） 對三維地震成果資料進行二次解釋，特別是利用三維空間建模技術對前期的成果重新進行修正，確保地質資料的可靠性，為礦井后續建設生產提供技術保障。

（2） 修正了前期三維地震成果，明確了礦井的斷層組合及陷落柱的發育情況。