張宏

(山東省煤田地質(zhì)局物探測量隊，山東 濟南 250104)

自1995年以來，針對龍口煤電有限公司梁家煤礦構(gòu)造情況，分區(qū)域進行多區(qū)塊三維地震勘探，地震勘探成果給采面布置及巷道開拓起到了關(guān)鍵的指導(dǎo)作用。通過地震勘探資料與采掘揭露資料的對比分析，發(fā)現(xiàn)該煤礦三維勘探資料解釋存在一些誤差，以六采區(qū)為例，經(jīng)過探采對比，找出誤差產(chǎn)生的原因并進行修正，提高了解釋精度及解決地質(zhì)問題的能力，為今后同類地區(qū)的資料解釋提供了借鑒(1)張宏、謝文偉、彭慧芳等，山東省煤田地質(zhì)局物探測量隊，龍口煤電有限公司梁家煤礦六采區(qū)三位地震數(shù)據(jù)體與實際揭露資料對比分析報告，2015年6月。。

1 概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

黃縣煤田位于魯東地塊，膠北隆起的北西緣，為中、新生代形成的斷陷盆地，煤盆地的形成受黃縣-大辛店斷層和玲瓏-蓬萊兩組基底斷裂控制，該煤礦位于黃縣煤田西北部，為古近紀隱伏煤田，古近紀地層角度不整合于下伏老地層之上，被較厚的第四系所覆蓋[1-2]。

區(qū)內(nèi)地層系統(tǒng)自下而上為新太古代膠東巖群、古元古代粉子山群、新元古代蓬萊群、中生代白堊紀青山群、古近系、第四系[3-4]。

1.2 不同于山東其他勘探區(qū)的地質(zhì)特點

(1)與石炭-二疊紀煤層不同的是，梁家井田的含煤地層為古近系李家崖組[5]，含煤上2、煤上1、煤1、煤2、煤3、煤4等6層煤，含煤層段平均厚度約216m。

(2)煤層層數(shù)多，夾多層韌性強的油頁巖，巖層密度小、硬度低[6-8]，地震波的傳播速度低。

2 探采對比及誤差原因分析

2.1 用于探采對比的資料和方法

原地震地質(zhì)成果圖件與實際揭露情況的對比，對已知資料(鉆探、測井成果、巷道和工作面資料)和三維地震地質(zhì)成果資料(以下稱原成果)進行搜集整理和對比分析，對三維數(shù)據(jù)體進行解釋，找出誤差原因，提交探采對比分析報告。

2.2 主要誤差

(1)在實際揭露的≥5m的斷層中，地震沒有解釋的有9條。

(2)地震資料上有斷層的特征，但實際不存在的斷層共4條。

表1 黃縣煤田與巨野煤田煤層物性對比

(3)解釋的斷層落差與實際揭露的有誤差，誤差0～14m，平均約2.80m。

(4)解釋的斷層位置與實際揭露位置的誤差，2煤層一般較實際揭露偏下盤方向10～20m,4煤層較實際揭露偏下盤方向15～25m。

2.3 誤差產(chǎn)生原因分析

(1)原勘探時間早，地震資料處理技術(shù)原因。該區(qū)大斷層發(fā)育，受當時處理技術(shù)與軟件等的影響，造成斷面波及斷點位置不能全三維歸位，修飾偏重，模糊了小斷層的識別。

(2)邊界效應(yīng)的影響。邊界附近資料不完整，偏移時會出現(xiàn)劃弧現(xiàn)象，易造成斷層位置誤差，形成假的斷層或掩蓋真的斷層。

(3)地震地質(zhì)條件的影響。村莊等障礙物造成局部覆蓋次數(shù)偏低，造成時間剖面的分辨率變低，連續(xù)性變差，小的斷層無法識別。

(4)資料解釋中的相位誤差。當時無速度測井數(shù)據(jù)，采用強相位對比易造成相位誤差。該次解釋較原三維解釋向下移了一個相位，換算成距離約為1煤與2煤的間距，因此，除斷層錯斷不干脆等解釋誤差外，該次解釋的斷層位置根據(jù)斷層傾角的不同，一般向斷層傾向方向平移10～20m(圖1)。

圖1 相位誤差分析

(5)斷層切割關(guān)系的認識上存在多解性。

(6)由于地震資料分辨率的原因，局部發(fā)育多條小斷層時無法有效識別。

(7)側(cè)重點不同當年地震勘探覆蓋次數(shù)16次，主要目的層為2煤層，受上覆強反射層的屏蔽，4煤層反射波能量偏低。

3 現(xiàn)有資料分析及評價

3.1 現(xiàn)有資料

鉆探、測井成果，巷道資料，工作面資料或揭露資料探采方法及程度如表2所示。

3.2 鉆探、測井資料分析

表2 探采對比資料統(tǒng)計

測區(qū)內(nèi)有鉆孔24個，大部分為1975—1979年的鉆孔，有視電阻率、人工伽馬和自然伽馬3種測井曲線，1978年下半年開始鉆孔增加自然電位測井，但沒有進行密度測井和聲速測井，對標定地震反射波不利，有3個鉆孔為1969—1970年施工，測井數(shù)據(jù)不可靠；周邊的13個鉆孔中，有1個1994年施工的鉆孔進行了聲速與密度測井，該井在地震資料的鑲邊范圍內(nèi)，過該井的地震反射波特征與區(qū)內(nèi)一致，可以用該孔的測井資料制作人工合成地震記錄，對地震反射波進行標定，作為對比解釋的依據(jù)。

3.3 地震原始數(shù)據(jù)分析及利用

該采區(qū)三維地震勘探1998年施工，同年底提交地震勘探報告。從三維數(shù)據(jù)體來看，2煤層及以上目的層信噪比較高，地震資料分辨率較高，斷點較為清晰，反射波、斷面波歸位總體較好，水平等時切片顯示清晰，構(gòu)造形態(tài)可靠。局部波場復(fù)雜，存在干涉現(xiàn)象和劃弧現(xiàn)象，障礙物下的剖面分辨率偏低，影響到斷層的解釋；4煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜(含夾矸較多)，煤層厚度變化也較大，反射波多為復(fù)合反射波，又受到上覆強反射層屏蔽作用的影響，連續(xù)性較差。由于種種原因，原始單炮等資料已不能利用，這次對比分析是在原三維偏移數(shù)據(jù)體上進行的。

4 誤差校正及精細解釋

4.1 鉆探資料的校正

(1)鉆孔的孔斜換算程序有多個版本，雖然利用的公式是相同的，但由于測井數(shù)據(jù)利用的方法不同，計算的結(jié)果也有細微的差異，在該區(qū)探采對比報告提交過程中，搜集到在采礦過程中揭露的一個見煤點，以此見煤點為依據(jù)，修正了孔斜換算的算法，并對該區(qū)的鉆孔重新進行了孔斜換算。

(2)與礦方地質(zhì)人員進行技術(shù)交流，對東部的鉆孔進行了再分析，并重新定案。

4.2 地震資料的精細解釋與校正

(1)根據(jù)人工合成地震記錄和抽層試驗對該區(qū)的主要反射波進行了標定(圖2)，對該區(qū)有明確地質(zhì)意義的反射波進行對比解釋，對斷層的位置重新進行了圈定。

圖2 人工合成地震記錄

(2)利用該區(qū)的已知資料與時間剖面位置的關(guān)系進行校正。

(3)對邊界附近、障礙物下及波場復(fù)雜地段易造成偏移劃弧的進行認真分析，根據(jù)經(jīng)驗及已知資料去偽存真。

(4)利用屬性分析方法解釋小斷層。

(5)分析了斷層的切割關(guān)系(圖3)并圈定斷層位置，合理解釋了時間剖面上上部為正斷層、下部為逆斷層的現(xiàn)象(圖3左下)。

(6)充分利用鉆孔、巷道及工作面等已知資料進行速度分析，對主要煤層和標志層進行時深轉(zhuǎn)換。

(7)結(jié)合區(qū)域規(guī)律進行分析[10-12]。

(8)相鄰采區(qū)三維資料對比分析。

對該礦井內(nèi)四采區(qū)三維地震勘探資料進行了綜合分析，提高了兩工區(qū)銜接處資料解釋的可靠性[13]。

5 地質(zhì)成果及揭露情況分析

5.1 斷層發(fā)育規(guī)律

該區(qū)斷裂構(gòu)造以EW向斷層為主，同時存在少量NW向、NE向斷層，工區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造復(fù)雜程度中等；發(fā)現(xiàn)斷層均為正斷層，斷層走向上的非直線型、大多數(shù)斷層在平面上呈現(xiàn)“S”型或反“S”型，表現(xiàn)了張扭性斷層的特征。大斷層延展較長，一般在1000m以上，落差在50m左右，而中小斷層，特別是落差在10m以下的斷層，延展長度與落差大小規(guī)律性不明顯；斷層落差中間大，兩頭小，在尖滅點附近落差變化大。斷層在縱向上的落差有上大下小與上小下大多種表現(xiàn)，總體來看，向N傾的落差較大的斷層大多能錯斷到小樓組地層及煤系地層(圖4的A類斷層)，向S傾的斷層大多錯斷泥灰?guī)r以下煤系地層，在泥灰?guī)r附近僅有輕微的扭曲(圖4的B類斷層)，工區(qū)內(nèi)煤系地層的斷層多呈階梯狀，亦有地塹和地壘構(gòu)造。向N傾的斷層傾角相對較陡，約為50°～60°，向S傾的斷層相對較緩，約為45°～55°。從圖4的地震相特征分析[5-6]，該區(qū)的斷層不是同一時期形成的[14-16]。

圖3 F4-22,F4-23斷層的切割關(guān)系在時間剖面上的反映

5.2 主要地質(zhì)成果

(1)利用礦井揭露的資料與三維地震資料進行了對比分析,對構(gòu)造、層位進行更加精細的解釋，解釋了產(chǎn)生斷層假象的原因，總結(jié)研究了斷層在空間上形態(tài)、落差、產(chǎn)狀發(fā)育及變化的規(guī)律。

(2)可靠控制了2煤層、4煤層及泥灰?guī)r的底板起伏形態(tài)。

(3)可靠控制了工區(qū)內(nèi)的煤層構(gòu)造形態(tài)。

(4)2煤及4煤層共組合斷層77條，其中2煤層組合斷層38條，4煤層的斷層68條(其中僅錯斷2煤層斷層9條，同時錯斷2煤與4煤的斷層29條，僅錯斷4煤層的斷層39條)。

5.3 精度分析

由于在實際采掘中避開了大斷層，所以大斷層附近揭露點較少，但鉆孔揭露的已知點較多，通過已知資料重新分析后，對地震資料有了新的認識，吻合更好(圖5、表3)，精度較原來有較大的提高。

6 構(gòu)造對比

該次著重對2煤層與4煤層均揭露的斷層、地層資料進行對比分析，找出地震資料與已知資料的對應(yīng)關(guān)系及誤差。褶曲形態(tài)與原方案基本一致，與原方案基本一致的斷層有23條(圖6)，修正的斷層有8條，改動較大的斷層(圖中圈出的位置)有10條，新增的斷層有28條，否定原有斷層9條。修正的斷層一般在落差較大、斷層發(fā)育的地段，波場復(fù)雜，斷層的解釋存在多解性，該次解釋方案根據(jù)揭露的已知資料與斷層的發(fā)育規(guī)律、斷層的切割關(guān)系、地震反射波的特征進行了綜合分析，對部分斷層進行了修正，解釋結(jié)果更接近實際。

A—大斷層：縱向錯斷整套地層;B—大斷層：縱向錯斷泥灰?guī)r及以下含煤地層;C—小斷層：縱向錯斷泥灰?guī)r以下含 煤地層;D—縱向錯斷煤4附近地層;E—縱向錯斷泥灰?guī)r以上地層圖4 該區(qū)的典型地震相特征

圖5 已揭露斷層在時間剖面上的反映

否定的斷層分為3類：一是邊界附近，可靠程度低，鑲邊處偏移造成的假斷層；二是由于該區(qū)沉積多層油頁巖，地層較軟且韌性強，在受到外力作用時地層僅產(chǎn)生扭曲或小的撓曲，經(jīng)工作面采掘證明沒有錯斷的(多解性)；三是由于波場復(fù)雜，各種反射波相互干涉現(xiàn)象產(chǎn)生錯斷異?，F(xiàn)象[10]。

實例1：F31斷層：由圖5A看出，F(xiàn)31斷層特征較為清晰，與18-2孔吻合較好，由此修改了原F31斷層的位置、傾向及延展長度。

實例2：原F6-7斷層(圖7左)附近，根據(jù)波形特征和強相位轉(zhuǎn)換的原則分析斷層向剖面小號方向傾的可能性大；原DF6-57，DF6-66等斷層在邊界附近(圖7右)，分析認為反射波的錯斷與偏移劃弧造成的干涉有關(guān)，受影響的位置呈現(xiàn)上窄下寬的近“三角形”。

表3 部分鉆孔與時間剖面對斷層的控制

圖6 精細解釋前(左)后(右)的構(gòu)造對比圖

圖7 否定斷層(藍色虛線)的時間剖面特征

7 建議

(1)龍口礦區(qū)地震地質(zhì)條件良好，適合進行三維地震勘探工作。對已施工三維地震有已知揭露資料的工區(qū)，一定要保存好原始數(shù)據(jù)，隨著處理、解釋技術(shù)的不斷進步和更新，可以進行二次處理、二次解釋，降低處理誤差和解釋的多解性誤差，還原真實的地質(zhì)現(xiàn)象。

(2)對即將施工的工區(qū)，要注重各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，嚴格按照《規(guī)范》施工。

設(shè)計的合理性：合理的觀測系統(tǒng)、適當?shù)母采w次數(shù)、鑲邊資料的完整程度；設(shè)計記錄長度時不僅要考慮目的層的深度和角度的影響，還要考慮斷面波及繞射波等的影響，盡量將記錄長度加大。

嚴格的野外施工質(zhì)量：充分的試驗工作,既是對所選觀測系統(tǒng)正確性的確認,又是確定施工方法與參數(shù)的必要手段;單炮的質(zhì)量比盲目提高覆蓋次數(shù)更加重要；加強野外質(zhì)量監(jiān)控，做好“三邊”工作。

資料處理：做好流程測試，選用適合的處理參數(shù)，在地層傾角偏陡的地區(qū),疊前偏移更能夠保證偏移歸位的準確性，對重點目的層進行針對性的目標處理。

資料解釋：資料解釋存在多解性，在解釋過程中需加強對已知資料的分析與地質(zhì)情況的掌握與利用，擅于利用測井數(shù)據(jù)與綜合分析，加強對區(qū)域地質(zhì)規(guī)律的了解，加強與生產(chǎn)單位經(jīng)驗豐富地質(zhì)人員的溝通。

速度分析：由于地層速度的不均勻，地層的速度也有相應(yīng)的變化，影響速度的因素有很多，分析過程中需加強對各種因素的綜合分析，才能得到較正確的深度資料。

提高精度：地震勘探作為一種間接手段，有誤差是必然的，如何降低誤差是努力的方向。加強相鄰礦區(qū)資料的收集與利用，對降低誤差有顯著的作用。

工區(qū)盡量方正，有利于資料的完整，降低鑲邊工作量，減少不必要的浪費，盡可能達到雙贏。

三維地震資料包含有豐富的地質(zhì)信息，隨著處理水平的提高與解釋技術(shù)的發(fā)展，一些新的技術(shù)能夠?qū)⒏嗟臄?shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成地質(zhì)信息。保留好原始數(shù)據(jù)及正確的空間屬性文件、疊加三維數(shù)據(jù)體、偏移三維數(shù)據(jù)體，以便在必要的時候進行二次處理解釋時使用[10]。

8 結(jié)語

地震數(shù)據(jù)處理與解釋技術(shù)有較大的發(fā)展，進行一次三維地震數(shù)據(jù)采集需要耗費極大的人力、物力、財力及精力，而精細處理與解釋則是可以利用技術(shù)及軟硬件的更新，以小的付出換來較大的回報；隨著巷道的掘進和工作面揭露資料的增多，精細處理可以利用這些已知點增加偏移歸位的可靠性，可以對所側(cè)重的層位進行目標處理；精細解釋可以根據(jù)已知資料與三維數(shù)據(jù)體的對應(yīng)關(guān)系找出規(guī)律，提高解釋精度。

探采對比是去偽存真的過程，是學習和提高的過程，解釋人員應(yīng)經(jīng)常對提交的報告去做一下探采對比，資料解釋中的迷茫可能會迎刃而解，解釋的最終目的是為采礦服務(wù)，解釋精度的提高將會大幅度降低采礦成本。

綜上所述，隨著已知資料的增多，探采對比及對以往三維數(shù)據(jù)的精細處理與解釋非常必要。