探測(cè)2m落差斷層的地震模型研究

鄭 文,程增慶,張國(guó)新,梁樹民

1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750

2.鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧調(diào)兵山 112700

0 前言

自1993 年煤炭采取三維地震勘探在煤礦應(yīng)用以來，應(yīng)用三維地震勘探成果在煤礦采區(qū)設(shè)計(jì)和巷道掘進(jìn)取得了巨大的成功，三維地震勘探的應(yīng)用極大地提高了煤礦至成果的精度。三十年的成果表明煤礦采區(qū)三維地震勘探可以達(dá)到的精度：實(shí)踐證明煤炭采區(qū)二維地震勘探的成果精度可以達(dá)到在地震地質(zhì)條件較好的地區(qū)時(shí)間剖面上發(fā)現(xiàn)落差大于5m 的斷層，可以查明落差大于10m 的斷層；應(yīng)用煤礦采區(qū)三維地震勘探在地震地質(zhì)條件較好的地區(qū)基本可以查明落差在5m 以上的斷層，二落差在5m 以下斷層的查出的程度不高，景觀采用多屬性技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)一些落差較小的斷層，但是由于處理剖面精度不高，往往造成落差小于5m 的微小斷層正確率不高。本文通過數(shù)學(xué)模型研究，提出了查出落差小于5m 的微小斷層的解釋方法，并分析了它的應(yīng)用效果和局限性。

斷層在時(shí)間剖面上的反映是地質(zhì)解釋人員識(shí)別斷層的依據(jù)，落差較大的斷層往往表現(xiàn)為同相軸的明顯錯(cuò)斷，二落差小于四分之一波長(zhǎng)的斷層往往只能由動(dòng)力學(xué)特征來判斷。而對(duì)于小斷層的識(shí)別主要是根據(jù)地震反射波的動(dòng)力學(xué)特征來識(shí)別的，就是用通常的地震屬性分析技術(shù)來識(shí)別小斷層，識(shí)別我們不能簡(jiǎn)單的利用同相軸錯(cuò)斷斷層老姐殺跌斷層，這就是我們解釋落差小于四分之一波長(zhǎng)斷層的方法，如落差小于四分之一波長(zhǎng)斷層的的解釋可以利用水平切片和剖面解釋相結(jié)合的方法完成，解釋主要是識(shí)別煤層反射波同相軸是否產(chǎn)生撓曲、振幅減弱、頻率變化或波形變化等，利用水平屬性的放大作用識(shí)別斷層，達(dá)到解釋和識(shí)別小斷層的目的。利用地震解釋軟件就是利用計(jì)算機(jī)將人們的這些思想實(shí)現(xiàn)提高解釋效率，提高解釋精度，發(fā)現(xiàn)利用常規(guī)方法不能發(fā)現(xiàn)的小斷層。

在地震時(shí)間剖面上解釋斷層是指斷層在時(shí)間剖面上的解釋特征，二斷層在時(shí)間剖面上的表現(xiàn)特征與斷層的落差、頻率、煤層、斷層性質(zhì)及地層年代、解釋工具的解釋能力相關(guān)。

利用地震資料查出落差2～5m 的斷層要求具有較高分辨率和較高信噪比的高密度地震資料作保障，同時(shí)解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性是否經(jīng)得起后期鉆井的檢驗(yàn)和證明。

有效應(yīng)用于砂、泥巖地層研究的地震屬性技術(shù)，對(duì)煤層研究是否會(huì)同樣有效？哪些屬性和方法能夠有效應(yīng)用到該領(lǐng)域的研究之中？它反映T5（13-3 煤）、T4（11-2 煤）均為強(qiáng)反射層，且為低阻抗層；同時(shí)在這兩套煤層的上下還可能存在若干套類似的低阻抗煤層，但是由于厚度較薄，橫向厚度變化大或圍巖的差異，在地震剖面上沒能得到像T5 和T4 層那樣強(qiáng)的反射同相軸。

如何在地震剖面上解釋落差在2～5m 斷距，本文利用煤炭地質(zhì)資料建立了地震地質(zhì)模型，首先對(duì)小斷層模型進(jìn)行模型正演，模擬小斷層地震響應(yīng)特征，研究斷層地震響應(yīng)總結(jié)小斷層的識(shí)別方法。

1 模型參數(shù)

主要地球物理參數(shù)

速度層速度埋深地層傾角反射層位反射時(shí)間平均最高頻率 主頻T0 0.57 2300 2300 656 3 197 138 T6 0.66 2400 2500 768 4 197 138 T5 0.7 2500 3000 828 4 197 138 T4 0.74 2700 3100 892 4 197 138 T3 0.78 2800 3300 958 4 197 138 T2 0.8 3000 3600 994 4 197 138

2 數(shù)學(xué)模型研究

根據(jù)煤礦開采的要求，我們承擔(dān)地質(zhì)任務(wù)要求查明落差5m 以上的斷層，同時(shí)要求盡可能的解釋出落差小于5m 大于2m 的斷層，為此，我們應(yīng)用了正演模型技術(shù)，利用煤礦地質(zhì)數(shù)據(jù)模擬落差2m 斷層的的地震響應(yīng)，分析不同頻帶區(qū)間地震反射相應(yīng)對(duì)落差2m 斷層的分辨能力，以指導(dǎo)實(shí)際地震資料解釋中對(duì)細(xì)小斷層的識(shí)別和解釋。煤層厚度大于1m 是時(shí)可以產(chǎn)生被我們是別的煤層波。

圖1 落差2m 的斷層不同頻率正演模擬結(jié)果－射線追蹤方法（據(jù)蔡希玲2007）

圖1 是利用射線追蹤方法正演模擬落差2m 斷層的一組地震響應(yīng)，對(duì)該圖進(jìn)行分析不難得出如下結(jié)論：

頻帶寬度在10Hz～30Hz 范圍內(nèi)，落差2m 的斷層在地震反射同相軸上只表現(xiàn)為輕微的扭動(dòng)；

頻帶寬度在10Hz～60Hz 范圍內(nèi)，落差2m 的斷層在地震反射同相軸上產(chǎn)生的扭動(dòng)增強(qiáng)了許多；

頻帶寬度在10Hz～130Hz 范圍內(nèi)，落差2m 的斷層使地震反射同相軸上產(chǎn)生了錯(cuò)斷；

頻帶寬度在10Hz～160Hz 范圍內(nèi)，落差2m 的斷層使地震反射同相軸產(chǎn)生了明顯的錯(cuò)斷；

圖2 落差2m 斷層不同頻率正演模擬結(jié)果（波動(dòng)方程方法）

理論計(jì)算和數(shù)學(xué)模型模擬結(jié)果表明，對(duì)于落差3m 的斷層，地震反射同相軸的雙程旅行時(shí)間上下盤的時(shí)間差小于2ms；對(duì)于落差3m 的斷層，地震反射同相軸的雙程旅行時(shí)間上下盤的時(shí)間差小于4ms。

圖2 是利用波動(dòng)方程模擬的結(jié)果，波動(dòng)方程模擬的結(jié)果與上述結(jié)論基本一致。

主頻為25Hz 時(shí)，落差2m 的斷層在地震反射同相軸上只表現(xiàn)為輕微的扭動(dòng)；

主頻為50Hz 時(shí)，落差2m 的斷層在地震反射同相軸上產(chǎn)生的扭動(dòng)增強(qiáng)了許多；

主頻為100Hz 時(shí)，落差2m 的斷層使地震反射同相軸上產(chǎn)生了錯(cuò)斷；

主頻為200Hz 時(shí)，可以較清楚識(shí)別斷層。

綜上所述，要在地震剖面上識(shí)別2m～5m 落差的斷層，首先需要提高地震時(shí)間剖面的頻帶寬度按或者提高地震時(shí)間剖面的主頻，使得地震時(shí)間剖面具有較高的分別率。實(shí)踐表明，在淮南礦區(qū)只要是在激發(fā)、接收、資料處理等方面采區(qū)合適的措施就可以實(shí)現(xiàn)，主要主要可采煤層波即T5、T4 及T3 等煤層反射層的優(yōu)勢(shì)頻率達(dá)到90Hz 左右（圖3），在這種情況下，根據(jù)本文數(shù)學(xué)模擬結(jié)論，這種資料就可以識(shí)別出落差大于3m 斷層。

本文的模擬結(jié)果是數(shù)學(xué)模型，實(shí)際資料解釋利用該文的結(jié)果要求地震資料具有較高的信噪比，一般情況下要求地震資料的信噪比大于7，才能在地震資料上識(shí)別出落差大于3m的斷層。提供給狂放的地震解釋成果還要經(jīng)過綜合研究，利用多屬性解釋技術(shù)結(jié)合井下實(shí)見成果，進(jìn)行綜合研究，降低解釋的多解性提高解釋成果的精度和準(zhǔn)確率。

圖3 主要目的層段地震頻譜統(tǒng)計(jì)結(jié)果

[1]楊起，韓德馨.中國(guó)煤田地質(zhì)學(xué)，北京：煤炭工業(yè)出版社，1979.