單 蕊，聶榮花，王千遙

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

巖漿巖侵入煤層是巖漿沿著斷裂帶等通道，順著煤層或穿越煤層形成巖墻和巖床等，對煤系地層形成一定的破壞[1]，造成煤層分叉、吞蝕、煤層間距增大，嚴重影響煤礦的安全和高效生產。如何準確劃分巖漿巖侵入范圍是急需解決的關鍵問題[2]。

目前，很多學者對地震資料預測巖漿巖探索了不同的方法。許永忠等[3-5]利用波阻抗反演和巖性反演方法反演預測火成巖侵入區(qū)；李仁海等[6]嘗試用地震反演和譜分解方法提高巖漿巖、煤層邊界分辨能力；Chen Tongjun等[7]通過譜分解、地震相和地震屬性交會圖解釋巖漿巖和煤層邊界總體趨勢面；吳斌等[8-12]利用屬性、波形聚類方法綜合圈定火成巖侵入范圍，均取得較好效果。

鑒于此，研究區(qū)位于淮北YL煤礦，巖漿巖侵入煤層層位多、范圍廣、構造極其復雜[13]，常規(guī)三維地震勘探難以準確查明小斷層和預測巖漿巖侵入范圍。較常規(guī)三維地震資料而言，全數字高密度地震資料具有全方位觀測較完整的波場，具有更高的屬性敏感度，反映的煤層信息更加真實可靠，為解決巖漿巖侵入問題提供了較好的基礎資料[14-16]。本文擬在全數字高密度三維地震數據采集及處理、解釋的基礎上，采用地震多屬性分析技術，輔助地震波形聚類分析，結合鉆孔地質資料標定，綜合解釋火成巖侵入范圍。

1 研究區(qū)地質概況

研究區(qū)位于淮北YL煤礦，區(qū)內構造極其復雜，小斷層極發(fā)育。區(qū)內二疊系山西組、下石盒子組為主要含煤地層，共含10個煤層組，其中7、8、10煤層為本區(qū)主采煤層。7煤層厚0～4.11 m，平均厚1.11 m；8煤層厚0～5.14 m，平均厚1.69 m；10煤層厚0～7.97 m，平均厚2.74 m。

研究區(qū)巖漿巖侵入煤層層位多，范圍廣，巖漿巖薄厚懸殊，厚度為0.15～167.60 m。通過8煤和10煤巖漿巖侵入特征分析，巖漿巖多沿頂底板順層侵入，偶見穿層現象。典型巖漿巖侵入煤層的連井剖面如圖1所示。

圖1 巖漿巖侵入煤層反射特征Fig.1 Characteristics of igneous irregular intrusion

剖面由左向右分別過5-6-5井和2017-9井，巖漿巖由8煤上部穿層到10煤的上部，8煤層和10煤層由于巖漿巖侵入煤層間距由70 m變?yōu)?10 m。根據常規(guī)地震剖面，巖漿巖侵蝕導致的煤層間距變化無反應特征。而高密度三維地震時間剖面上，表現為同相軸的錯斷或者增加，地層反射特征改變，反射波能量減弱，較常規(guī)三維地震剖面而言，能更有效地反映巖漿巖穿層侵入特征，作為此次分析的數據基礎。

2 巖漿巖侵入體地震解釋方法研究

巖漿巖與煤層與的物性差異是地震方法區(qū)分巖漿巖侵入帶的理論基礎[8]。巖漿巖侵入煤層會改變煤系層的反射特征，波性、振幅、頻率、相位等屬性發(fā)生變化，為此，本文嘗試通過地震道波形聚類分析和地震屬性分析方法區(qū)分煤層和巖漿巖。

2.1 地震道波形聚類分析

地震道波形是地震信號的總體變化規(guī)律，包括幾何參數(反射結構、幾何形態(tài))、物理參數(振幅、連續(xù)性、頻率)等各地震響應參數的綜合反映。地震道波形聚類分析技術要合理地建立層段，確定目標區(qū)。在目標層段中使用神經網絡技術對地震道波形的橫向變化進行對比分類，建立地震道神經網絡樣本數據。按照模型道對數據精細分類，形成平面離散的地震相，根據擬合度對地震道進行分類。結合鉆井地質信息，初步得出了與地質相對應的地震相圖，地震相是特定沉積相或地質體的地震響應。地震相劃分與反射結構、幾何形態(tài)及連續(xù)性等波形的宏觀形態(tài)最為密切。

該區(qū)分別建立8煤和10煤層目標層段，了解地震相變化規(guī)律，初步確定火成巖分布范圍。其中，10煤波形分類為6類時，地震數據波形與模型道標準波形有良好的相似性，最終得到地震相分類圖(圖2(a))。根據鉆孔數據，2017-13孔、2018-5孔、04-14孔巖漿巖侵入，與此波形類似區(qū)判定為巖漿巖侵入區(qū)，主要分布在勘探區(qū)東北部紅色區(qū)域，圖2中色標不具有固定物性意義。8煤波形分類為7類時，得到最終地震相圖(圖2(b))。根據鉆孔數據分析，5-5-6孔、2017-9孔、2018-5孔、2018-7孔巖漿巖侵入，與此波形類似區(qū)判定為巖漿巖侵入區(qū)，分布范圍較廣，主要分布在為暖色調區(qū)域。

波形聚類分析可以在大尺度規(guī)模了解地震相變化規(guī)律，但是對于巖漿巖穿層邊界的精細刻畫還有困難。為此，該區(qū)嘗試進一步的地震多屬性聚類分析。

2.2 地震多屬性聚類分析

地震屬性是指地震資料提取或經過數學變換而導出的，用于表征地震波幾何形態(tài)、運動學特征、動力學特征和統(tǒng)計學特征。當地下巖層的物理性質發(fā)生變化，地震屬性發(fā)生變化。地震屬性分析技術通過提取地震數據層間屬性，對給定層位間的體屬性進行統(tǒng)計，計算結果通過平面表現，可有效突出和刻畫層內異常地質體特征。

圖2 波形聚類分析平面Fig.2 Seismic facies classification

多屬性聚類分析是將地震屬性作為樣本數據，通過模式識別的方法識別巖漿巖。具體步驟為在精細解釋層位的基礎上，提取多種層間屬性，對地震屬性歸一化后，優(yōu)先出對巖漿巖比較敏感的屬性組合，通過聚類分析，確定巖漿分布(圖3)。

圖3 10煤層屬性Fig.3 Seismic attribute of No.10 coal seam

由于本區(qū)巖漿巖穿層現象，由下至上分為3個目標層段分別提取運算，10煤、8下煤、8上煤。以10煤層為例，優(yōu)選出瞬時振幅、瞬時相位、瞬時頻率、平均反射強度，上述屬性進行聚類分析。

各目標層段煤層多屬性分析平面如圖4所示。

圖4 多屬性分析平面Fig.4 Multi-attribute attributes of coal seam

圖4中，綠色為正常煤層，黃色和紅色為巖漿巖巖侵入異常區(qū)域，正常煤層與巖漿巖存在明顯的差異(黑色虛線)，巖漿巖侵入區(qū)和煤層變焦區(qū)平面分布規(guī)律與地震相分析結果相符。

2.3 巖漿巖侵入體范圍和特征分析

通過多屬性分析和地震相分類技術綜合預測對巖漿巖侵入區(qū)和煤層變焦區(qū)范圍，結合鉆井數據進行分析。研究區(qū)巖漿巖侵入10煤層或煤層頂部向上運移，由北部邊界斷層為界，向南向西延伸。8下煤層巖漿巖分布范圍和10煤巖漿巖分布范圍有繼承性，巖漿巖分布范圍縮小，集中在勘探區(qū)東北部。

8上煤層巖漿巖分布范圍主要集中在勘探區(qū)西部。整體來說侵入煤層或者穿透煤層頂底板的巖漿巖，其厚度的區(qū)域分布呈現波動性特征。自東向西巖漿巖厚度先是較大，向北向西變薄或者分岔變薄，而后又突然增厚。

以8下煤層為例，巖漿巖在2017-13孔、04-14孔附近有較厚區(qū)域，2017-10孔附近巖漿巖有缺失區(qū)，與鉆孔信息吻合較好。

3 結論

(1)通過多屬性分析和地震波形聚類分析技術綜合預測巖漿巖侵入區(qū)和煤層變焦區(qū)范圍是行之有效的方法。

(2)地震波形聚類分析和多屬性分析互相印證，提高了解釋的可靠性。

(3)研究區(qū)采用全數字高密度三維地震數據，全方位觀測地震波場，地震資料信噪比高，對于常規(guī)地震數據，該方法適應性還需繼續(xù)研究。

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