杜文鳳

（中國礦業(yè)大學(xué)（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(shè)向縱深推進(jìn)，三維地震勘探逐步進(jìn)入復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)，面臨小斷層、陷落柱、沖刷帶和火成巖侵入帶等地質(zhì)構(gòu)造[1-2]，因此，準(zhǔn)確地進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測，對礦井安全生產(chǎn)具有非常重要的意義。

采區(qū)三維地震勘探在礦井建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，但是常規(guī)三維地震資料解釋存在嚴(yán)重的二維化解釋問題，表現(xiàn)在三個方面：第一，常規(guī)三維地震解釋效率低，這主要是因為解釋沿用了從層位標(biāo)定、層位追蹤、斷層解釋到構(gòu)造成圖的二維地震解釋方法與流程，導(dǎo)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(lián)絡(luò)測線進(jìn)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(gòu)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(jìn)行，不能從全三維視角反映地下空間地質(zhì)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(fā)揮三維地震數(shù)據(jù)信息量大和空間歸位準(zhǔn)確的優(yōu)勢，建立三維可視化地震解釋方法，利用煤層在三維地震數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的反射強(qiáng)、同相軸連續(xù)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(jìn)行小構(gòu)造識別，從三維視角對地震數(shù)據(jù)進(jìn)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(gòu)造的識別能力。

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

1 三維地震可視化解釋方法

與傳統(tǒng)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(shù)據(jù)體進(jìn)行立體掃描確定地質(zhì)目標(biāo)，通過體—面—線—點的三維可視化解釋，實現(xiàn)對煤層及其構(gòu)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(gòu)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(biāo)定是地震層位解釋的基礎(chǔ)，通常利用人工合成地震記錄進(jìn)行標(biāo)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(shù)序列，與井旁地震道提取的地震子波進(jìn)行褶積計算得到。在合成地震記錄上，根據(jù)目的層深度讀出時間值，在實際地震記錄上標(biāo)定目標(biāo)層位，實現(xiàn)對該井點處地震地質(zhì)層位的地質(zhì)標(biāo)定。單井層位標(biāo)定后，可通過連井層位立體顯示（如圖2所示），檢驗層位標(biāo)定效果。

圖2 連井立體顯示

從井出發(fā)進(jìn)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(xiàn)對層位的自動解釋，圖3為8#煤層自動層位追蹤結(jié)果。

圖3 8#煤層自動層位追蹤

1.2 地震屬性構(gòu)造自動解釋

地震數(shù)據(jù)體中包含大量地下地質(zhì)信息，不同地震屬性可能與地下地質(zhì)情況或者構(gòu)造有關(guān)聯(lián)。當(dāng)?shù)叵麓嬖跀鄬雍拖萋渲鹊刭|(zhì)構(gòu)造時，會引起地震波動力學(xué)特征（如振幅何能量等）和運動學(xué)特征（如速度和時差等）變化，因此通過地震波動力學(xué)和運動學(xué)特征變化，可以對斷層和陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行識別。

每種地震屬性都具有一定的地質(zhì)意義，都只能反映某些地質(zhì)特征，當(dāng)利用單一地震屬性進(jìn)行地質(zhì)解釋時[4]，容易產(chǎn)生多解性，影響構(gòu)造解釋精度。信息融合作為一種多參數(shù)綜合分析方法[5]，其融合結(jié)果比單一地震屬性更準(zhǔn)確全面。因此，將信息融合技術(shù)應(yīng)用于地震屬性構(gòu)造預(yù)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(jìn)行融合處理，得到反映地質(zhì)構(gòu)造的最優(yōu)屬性，解決單一地震屬性構(gòu)造解釋產(chǎn)生的多解性問題。圖4顯示了地震屬性上斷層解釋結(jié)果。

圖4 斷層在地震屬性切片上的顯示

1.3 構(gòu)造成果圖繪制

地震構(gòu)造圖是地震勘探最終成果圖件，是以地震資料為依據(jù)做出的平面圖，根據(jù)等值線參數(shù)不同，分為等時線圖、等速線圖和等深度構(gòu)造圖。等時線圖是根據(jù)地震時間解釋數(shù)據(jù)直接繪制，基本反映了構(gòu)造起伏形態(tài)。在等時圖的基礎(chǔ)上，通過精確的速度場進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換，即可獲得等深度構(gòu)造圖。

2 煤層厚度預(yù)測

煤層厚度預(yù)測采用基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的協(xié)克里金法[6]進(jìn)行。根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計分析，確定與煤層厚度相關(guān)系數(shù)最高的地震屬性，建立地震屬性與煤層厚度之間的關(guān)系，利用協(xié)克里金法，預(yù)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(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，能精確反映井點煤厚情況和體現(xiàn)地震數(shù)據(jù)趨勢。

協(xié)克里金煤層厚度預(yù)測的具體方法是：首先應(yīng)用球狀模型，對井點處煤層厚度進(jìn)行實驗變差函數(shù)擬合，獲得煤層厚度變差函數(shù)模型，然后建立地震振幅屬性變差函數(shù)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(shù)模型。在變差函數(shù)模型基礎(chǔ)上，根據(jù)克里金估計的無偏和方差最小條件，采用協(xié)克里金法，計算出全區(qū)每一個數(shù)據(jù)點的煤層厚度值。

根據(jù)協(xié)克里金法預(yù)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(dá)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(tài)

根據(jù)三維地震資料解釋發(fā)現(xiàn)，主要煤層主體構(gòu)造形態(tài)為一走向NW，傾向SW的單斜構(gòu)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(qū)東北部，鉆孔ZK1809 以北，底板標(biāo)高940 m，煤層最低點在測區(qū)西南角，鉆孔ZK2510 和ZK2712 之間，底板標(biāo)高690 m。其中在測區(qū)中北偏東部，鉆孔YZ1和鉆孔ZK1910之間附近，受構(gòu)造影響，煤層下沉，底板標(biāo)高670 m。

3.2 構(gòu)造分布特征

如圖7所示，測區(qū)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(qū)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(qū)僅在東側(cè)有巷道和工作面穿過。巷道已揭露陷落柱1個，斷層5條。構(gòu)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(gòu)造解釋探采對比

4 結(jié)論

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

（2）將信息融合技術(shù)應(yīng)用于地震屬性構(gòu)造解釋，通過對多種地震屬性融合處理解釋地質(zhì)構(gòu)造，解決了單一地震屬性構(gòu)造解釋的多解性問題。

（3）基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)，將稀疏井點煤厚數(shù)據(jù)和高密度地震資料有機(jī)結(jié)合，建立了協(xié)克里金煤層厚度預(yù)測方法，在變差函數(shù)模型基礎(chǔ)上，根據(jù)克里金估計的無偏和方差最小條件預(yù)測煤層厚度，這種煤厚預(yù)測既能精確地反映井點煤厚和能體現(xiàn)地震數(shù)據(jù)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(qū)推廣使用。