三維地震資料精細(xì)處理解釋技術(shù)在濟(jì)寧煤田的應(yīng)用研究

葉紅星

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西省西安市，710077）

盡管三維地震數(shù)據(jù)體的信息量非常豐富，然而對以往三維地震成果的應(yīng)用僅局限于一次性提供文字成果和圖紙資料，后期采掘過程中不能對地震資料動態(tài)使用。隨著計算機(jī)技術(shù)，特別是地震資料處理、解釋技術(shù)的不斷發(fā)展，以及在煤礦采掘過程中對地震信息理解的不斷深入，使動態(tài)使用三維地震資料實現(xiàn)采區(qū)小構(gòu)造探測成為可能。與常規(guī)的三維地震勘探項目比較，三維地震資料二次處理解釋具有許多優(yōu)勢：處理與解釋的時間更充裕，實現(xiàn)精細(xì)處理與解釋；處理軟件的升級換代，使得地震數(shù)據(jù)更貼近于實際，同時根據(jù)已揭露的地質(zhì)情況，查找處理過程中存在的問題，實現(xiàn)三維地震數(shù)據(jù)的動態(tài)使用；在資料解釋過程中把巷道掘進(jìn)過程中揭露的地質(zhì)信息與三維地震信息相融合，超前預(yù)測掘進(jìn)前方的構(gòu)造情況。此技術(shù)應(yīng)用于濟(jì)寧煤田的老三維地震資料處理與解釋中，取得了較好的效果。

1 勘探區(qū)地質(zhì)概況

本區(qū)地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)濟(jì)寧地層小區(qū)，為全隱蔽型煤田。第四系之下發(fā)育有上侏羅統(tǒng)蒙陰組、上二疊統(tǒng) （殘存于采區(qū)北部）、下二疊統(tǒng)山西組、上石炭統(tǒng)太原組、中石炭統(tǒng)本溪組、奧陶系中、下統(tǒng)。含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二迭統(tǒng)山西組，平均厚度250 m。其中可采3上＃、3下＃、6＃、10下＃、12下＃、15上＃、16上＃、17＃煤層。3＃煤層全區(qū)發(fā)育，厚度0～5.80 m，平均厚1.8 m，局部沖刷缺失，3下＃煤 層 全 區(qū) 發(fā)育，厚度0～9.69m，平均厚5.04m，個別地段出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，6＃煤層平均厚度0.44m，10下＃煤層平均厚度0.57 m，12下＃煤層平均厚度0.53 m，15上＃煤層平均厚度0.63 m，16上＃煤層平均厚度1.17m，17＃煤層平均厚度0.79 m。其中3上＃、3下＃煤層厚度大，是先期開采的主要對象。3上＃煤層與3下＃煤層間距24～49 m，平均32.54 m。區(qū)內(nèi)斷裂以受區(qū)域性斷裂控制的南北向斷裂為主，褶曲形態(tài)以寬緩褶皺為主，煤層走向近南北至北西向的寬緩向斜。

2 原三維地震勘探資料評價

濟(jì)寧三號煤礦十八采區(qū)的三維地震勘探報告于2005年8月提交給礦方，2010年6月采掘巷道開始進(jìn)入本采區(qū)。采掘資料顯示，原三維地震勘探報告成果不能滿足指導(dǎo)生產(chǎn)的需要，2011年10月礦方委托中煤科工集團(tuán)西安研究院對十八采區(qū)三維地震勘探資料進(jìn)行精細(xì)處理與解釋。接受任務(wù)后，西安研究院對原三維地震勘探的原始記錄、處理成果剖面及探采對比情況進(jìn)行了詳細(xì)分析。

2.1 質(zhì)量評價

十八采區(qū)三維地震勘探合計完成生產(chǎn)物理點5698 個，其中，甲級記錄4248 張，甲級率74.5%；乙級記錄1450張，乙級率25.5%，成品合格率100%。滿足 《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》甲級率不低于60%、成品合格率不低于98%的要求。

對時間剖面分類評價，共評價時間剖面346.32 km。其 中Ⅰ類 剖 面284.43 km， 占82.13%；Ⅱ類剖面61.89km，占17.87%；無Ⅲ類時間剖面。滿足 《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》Ⅰ類+Ⅱ類剖面不低于80%的要求。

2.2 地質(zhì)成果

原三維地震勘探控制了第四系底界深度變化；查明了3上＃、3下＃煤層等主要可采煤層的起伏形態(tài)和次一級褶曲的發(fā)育；結(jié)合鉆孔資料解釋了5m以上的斷層，并對3＃煤層3～5 m 的斷層或斷點進(jìn)行了解釋；同時對3上＃、3下＃煤層的厚度變化趨勢進(jìn)行了預(yù)測。共解釋斷層46條，其中正斷層45條，逆斷層1 條，4 個孤立斷點 （3上＃煤層2 個，煤層2個）。3上＃煤層解釋斷層40條，3下＃煤層解釋斷層46條。落差大于10m的斷層有8條，落差大于等于5m （不包含落差大于10m 的斷層）的斷層11條，落差小于5m 的斷層26條。

2.3 驗證情況

十八采區(qū)三維地震勘探區(qū)已有采掘活動的區(qū)域有183上05工作面，工作面揭露的總體情況為揭露落差3～5m 的斷層3條，無落差大于5m 的斷層；揭露的煤層變薄點2處。而原三地震資料勘探成果顯示本工作面內(nèi)沒有落差大于3 m 的斷層，同時也不存在煤層變薄帶。巷道驗證資料說明原三維地震勘探資料沒有很好地解釋落差3～5m 的斷層與煤層變薄帶。

2.4 探采對比分析

探采對比分析認(rèn)為本區(qū)原始資料質(zhì)量較高，落差較大的斷層解釋符合區(qū)域地質(zhì)規(guī)律；小斷層與煤層變薄沖刷帶的解釋與實際揭露情況存在較大的差距。出現(xiàn)這種小構(gòu)造與揭露不符合的情況，一般多是處理過程中解釋網(wǎng)度過大造成的小構(gòu)造解釋遺漏，查閱了原三維地震數(shù)據(jù)體，發(fā)現(xiàn)原資料的解釋網(wǎng)度為20m×40m，這樣的解釋網(wǎng)度遺漏延展長度大于100 m 的斷層可能性不大，將揭露的煤層變薄點與三維地震資料比較，認(rèn)為以往的解釋基本正確。在這種情況下，認(rèn)為資料處理過程中的某個環(huán)節(jié)存在問題，并進(jìn)行了已揭露區(qū)資料的試驗處理工作。發(fā)現(xiàn)原三維地震資料處理解釋過程中存在如下問題：部分變觀炮點的位置不準(zhǔn)確，靜校正問題沒有解決好，反褶積參數(shù)選擇不合理，偏移速度選擇不合適，沒有充分利用地震屬性進(jìn)行煤層厚度變化趨勢解釋。

3 資料的精細(xì)處理解釋

針對原三維地震資料處理解釋中存在的問題，本次精細(xì)處理解釋工作的重點是做好空間屬性定義、靜校正、反褶積、偏移速度選擇和多屬性綜合解釋工作。

3.1 空間屬性的定義

檢波點和炮點的位置準(zhǔn)確與否，是獲得高精度處理結(jié)果的基礎(chǔ)。本次處理中將空間屬性定義好以后，利用處理系統(tǒng)中的觀測系統(tǒng)質(zhì)量檢查模塊對定義位置偏離實際位置的炮點進(jìn)行校正，累計發(fā)現(xiàn)60個物理點的實際位置與原定義的位置不一致。

3.2 靜校正

本區(qū)地表高程在30～33m 之間，地勢相對平坦，采用折射靜校方法對原始地震記錄進(jìn)行了野外一次靜校正。與原三維地震勘探資料相比較，新處理的三維地震勘探時間剖面更加光滑，連續(xù)性更強(qiáng)、淺層的性噪比更高，見圖1。

圖1 靜校正后的對比剖面

3.3 反褶積

為了消除大地的濾波作用、拓寬頻帶、壓縮地震子波和提高地震資料的縱向分辨率，經(jīng)測試對比后，選擇了地表一致性預(yù)測反褶積。這種反褶積方法是基于地震子波可以被分解為共炮點、共接收點、共偏移距和共反射點等多種成分的思想，它不僅能壓縮地震子波，而且能進(jìn)一步消除地表條件的變化對地震波的振幅特性和相位特性的影響，同時對多次波也有壓制作用。經(jīng)過反褶積后，地震資料的主頻、有效波頻帶寬度均得到提高。

3.4 偏移速度選擇

常速掃描求取疊加速度的方法是由小到大，按間隔給定速度值，做每一個速度值的迭加剖面并按一定順序排列起來，比較分析某一速度的迭加剖面來求取速度。該方法的優(yōu)點是根據(jù)疊加同相軸的橫向連續(xù)性直觀地看各種有效波同相軸疊加成像效果，工作量大，但其方法精度高，常速掃描法可更準(zhǔn)確地拾取到疊加速度值。在該區(qū)進(jìn)行了3次速度分析，應(yīng)用第三次速度分析的速度體進(jìn)行最終疊加，得到最終疊加剖面。

偏移的主要目的是使傾斜界面反射歸位到地下真實位置、繞射波收斂和波的干涉現(xiàn)象分解，從而正確地反應(yīng)地下構(gòu)造形態(tài)及其變化情況。對第三次速度分析的速度體進(jìn)行了平滑，建立了適合本區(qū)構(gòu)造形態(tài)的三維偏移模型。不同的偏移速度會有不同的偏移量，合理的偏移速度得到的時間剖面構(gòu)造現(xiàn)象明顯、斷點干脆，反射波分辨率、信噪比高，見圖2，圖2 （a）的方框部分與圖2 （b）方框部分對比，顯示了新處理時間剖面的合理性與準(zhǔn)確性。

圖2 不同偏移速度的對比剖面

3.5 常規(guī)資料解釋

依據(jù)反射波同相軸在時間剖面上的錯斷、分叉合并、扭曲及同相軸形狀突變等解釋斷層。依據(jù)時間剖面上反射波振幅削弱、反射波連續(xù)性變差等特征解釋煤層缺失與變薄沖刷帶，圖3 為沿183 上05探巷的時間剖面，圖中T3s代表3上＃煤層反射波、T3x 代表3下＃煤層反射波，探巷資料顯示煤層在方框處的煤層厚度小于0.5m，而地震時間剖面在此處顯示為反射波振幅變?nèi)跎踔料?，地震資料與采掘資料吻合度高。

3.6 屬性解釋

目的層中構(gòu)造的存在勢必造成目的層與圍巖的物性差異，這種差異可能體現(xiàn)在地震波至?xí)r間、頻率、振幅、相位差異。故計算、研究包含目的層在內(nèi)的一定厚度 （時間剖面上顯示為時間）層的各種層地震屬性，可能有助于發(fā)現(xiàn)小的構(gòu)造與地質(zhì)異常體。計算了20種層屬性，其中振幅屬性、能量屬性均對煤層厚度的變化顯示效果較好。圖4 為3上＃煤層反射波最大均方根振幅屬性平面圖，圖中黑色的區(qū)域代表煤層變薄范圍，白色區(qū)域代表煤層厚度大于3m 的區(qū)域，灰色區(qū)域代表煤層大于1m而小于3m 的區(qū)域。

圖4 最大均方根振幅屬性

3.7 精細(xì)處理解釋地質(zhì)成果

經(jīng)過精細(xì)處理解釋后，查明了3上＃、3下＃煤層的起伏形態(tài)和次一級褶曲的發(fā)育情況；解釋了落差大于5m 的斷層，并對落差3～5m 的斷層或斷點進(jìn)行了解釋；同時對3上＃、3下＃、煤層的厚度變化趨勢進(jìn)行了預(yù)測。共解釋斷層29條，解釋小斷層密集帶3個，解釋煤層缺失帶1個，煤層變薄沖刷帶3個。

與原三維地震解釋成果相比較：基本一致的斷層1條，修正斷層23條，否定斷層25條，新發(fā)現(xiàn)斷層5條，新解釋小斷層密集帶3個；新解釋煤層缺失帶1個、煤層變薄帶沖刷3個。

4 驗證情況

經(jīng)過精細(xì)處理與解釋后，183上05工作面揭露的3條斷層與解釋情況相符合，但斷層的平面位置誤差分別為20m、17m、11m。礦方對煤層缺失區(qū)進(jìn)行了地面鉆探驗證，鉆孔資料顯示新解釋的煤層缺失帶存在。5條巷道采掘資料驗證了1個煤層變薄沖刷帶、1條巷道驗證了1個小斷層密集帶，驗證的煤層變薄沖刷帶邊界誤差分別為5m、8m、14m、18m、27m，平均邊界誤差為14.4 m，滿足異常邊界誤差不大于20m 的地質(zhì)要求。

5 結(jié)論

（1）探采對比分析是三維地震資料精細(xì)處理與解釋的基礎(chǔ)，探采對比分析能夠找出原三維地震資料處理與解釋過程中存在的問題。

（2）在三維地震原始資料質(zhì)量較高的區(qū)域，精細(xì)處理與解釋技術(shù)能夠有效提高地震勘探的精度，進(jìn)而更好地為煤礦開拓布局提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

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