基于高分辨率地震資料的精細構造解釋——以晉城寺河礦西采區(qū)為例

霍振龍 徐延勇 陳鳳英 陳鵬輝

（1.山西晉城無煙煤礦業(yè)集團寺河煤礦 山西 晉城 048006；2.中國礦業(yè)大學〈北京〉資源與安全開采國家重點實驗室 中國 北京 100083；3.山西省長治市司馬煤業(yè)公司通風部 山西 長治 047100)

在煤層開采過程中，斷層、褶皺、陷落柱等都是不容忽視的地質(zhì)構造，它們不僅破壞煤層連續(xù)性和井巷中圍巖的穩(wěn)定性，且會形成良好的導水通道或瓦斯聚集場所,成為煤層頂?shù)谞詈托再|(zhì)及其分布情況，對礦井設計的優(yōu)化、合理的布置采區(qū)和工作面開采均可提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。板突水和瓦斯突出的潛在危險。因此正確的識別和解釋煤田的地質(zhì)構造。

我國煤礦在上世紀90年代要求查明20米以上的斷層，隨著煤礦開采機械化的不斷開展，對構造分布的查明要求不斷提高，比如，要求在開采前預先知道小構造的分布情況，尤其是3米小斷層的構造分布情況。目前在淮南的部分礦區(qū)，由于地震地質(zhì)條件較好，實現(xiàn)小斷層的構造解釋，對于山西地區(qū)，由于地表的地形變化大，黃土厚，存在嚴重的靜校正問題，常規(guī)地震資料處理解釋方法難以滿足精細解釋的要求[1-2]。

選取寺河礦西采區(qū)的地震資料為例，通過采用先進的地震資料處理技術，尤其是對地震資料進行靜校正工作，消除復雜地表條件的影響；在獲得較好地震資料的基礎上，通過結合已知構造分布，建立小構造的解釋模式，進而依次解釋模式對全區(qū)的地震資料進行解釋，進而獲得整個勘探區(qū)的精細構造分布。

1 高分辨率地震資料處理

在寺河礦地區(qū)，由于山區(qū)表淺層地震地質(zhì)條件比較復雜，對地震波的采集會造成較大的干擾，對地震分辨率有較大損害。為了在解釋和反演過程中能取得較好的效果，應有針對性地對地震資料進行處理。主要的處理技術如下：

1.1 疊前噪聲壓制

圖1 面波壓制前后炮記錄

圖2 折射靜校正前后單炮記錄

圖3 振幅頻率補償前后單炮記錄

通過調(diào)查分析原始數(shù)據(jù),寺河礦區(qū)原始數(shù)據(jù)中主要存在強的面波和聲波干擾,另外個別炮記錄上還存在一些野值。利用多域分步噪音壓制技術進行噪聲處理，對全區(qū)的噪音都得到較好的壓制，如圖1。

圖4 剩余靜校正前疊加剖面

圖5 剩余靜校正處理后疊加剖面（迭代一次）

圖6 剩余靜校正處理后疊加剖面（迭代二次）

圖7 剩余靜校正處理后最終疊加剖面

1.2 靜校正

從單炮記錄看初值清楚，故采用初值折射靜校正方法計算靜校正量，基準面采用固定基準面，基準面高程850米。對單炮記錄應用靜校正，可以看出初至變光滑，目的層反射波連續(xù)性增強，如圖2。

1.3 地表一致性振幅補償

因激發(fā)和接受條件的差異，記錄的地震數(shù)據(jù)能量和頻率差異較大，地表一致性振幅頻率補償，可以有效減弱采集因素引起的地震數(shù)據(jù)的振幅和頻率差異，如圖3。

1.4 剩余靜校正

剩余靜校正量就是在CMP道集上進行動校正和高程靜校正之后與標準雙曲線之前存在的差值。在進行剩余靜校正時主要的步驟有：（1）拾取層位時間 （2）分解出震源和接收點靜校正量、構造時差和動校正時差 （3）在得到最佳剩余靜校正量后，在進行NMO之前把得到的震源和接受點靜校正量加到道集中去。這些靜校正量應用于反褶積和抽道集之后的數(shù)據(jù)上，然后重新進行速度分析，得到新的速度可用于獲得一致性最好的疊加剖面，結果如圖4-圖6所示。

1.5 疊前時間偏移

圖8 疊前時間偏移結果（上）與原始資料（下）對比圖

疊前時間偏移是復雜構造成像最有效的方法之一，根據(jù)疊前時間偏移的假設，在地層傾角較大，地下橫向速度變化不明顯的情況下，疊前時間偏移可以取得較好的效果，尤其是對于小構造的成像具有較好的效果。偏移疊前時間偏移一方面可以實現(xiàn)高精度的構造成像，另一方面還可以改善速度分析的結果。疊前時間偏移考慮了適應各種傾斜地層的DMO疊加，通過把繞射能量歸為到其相應的繞射點上去，能夠把存在于每一記錄道中的反射波能量轉移到其他真實的地下位置處，偏移精度明顯提高。對該區(qū)地震數(shù)據(jù)體進行疊前時間偏移的效果如圖8。

2 地震資料的精細構造解釋

2.1 精細構造的解釋模式

圖9 西采區(qū)三維地震數(shù)據(jù)體

圖10 西采區(qū)三維可視化圖

經(jīng)過全三維處理得到西采區(qū)三維地震數(shù)據(jù)體（如圖9），三維數(shù)據(jù)體中蘊藏著豐富的地質(zhì)信息。本次三維地震資料精細構造解釋采用體-面-線-點相結合的全三維解釋方法進行[3-5]。全三維解釋的基本過程是，以三維可視化立體顯示為基礎（如圖10），之后利用三維可視化技術對數(shù)據(jù)體進行多視角空間立體追蹤，然后結合各種切片（如沿層切片、水平切片、面塊切片）和各種地震剖面（如主測線、聯(lián)絡測線、任意測線、連井測線）進行層位和斷層解釋[6]，最后獲得小斷層、褶曲、煤層變薄帶、沖刷帶等地質(zhì)解釋成果。

本次解釋的重點是在對地震資料的重新處理的基礎上做精細構造解釋，提高解釋的精度。由于研究區(qū)部分已經(jīng)開采，且揭露了部分斷層，將這些斷層的實際坐標輸入解釋系統(tǒng)，根據(jù)已揭露的斷層，在地震剖面圖和平面圖上分別顯示，之后提取不同的地震屬性，找出已揭露的斷層的屬性特征，再依據(jù)該特征類推到整個研究區(qū)，得出全區(qū)的構造分布情況。

2.2 通過多屬性地震數(shù)據(jù)體進行小構造解釋

目前有較多學者都用地震屬性來指導小斷層的解釋工作，并且在實際的應用中取得了較好的效果[7-12]。其中主要的屬性技術有方差體屬性，相干體屬性，瞬時屬性等。方差體屬性是揭示地下異常體的一種有效方法，它更能清楚地識別斷層和地層特征。方差體技術的特有算法是通過三維數(shù)據(jù)體來比較局部地震波形的相似性。相干值較低的點與地質(zhì)不連續(xù)性如斷層和地層、特殊巖性體邊界密切相關。對相干數(shù)據(jù)體作水平切片圖，可揭示斷層、巖性體邊緣、不整合等地質(zhì)現(xiàn)象，識別構造和斷層的分布,還能夠減少復雜情況下人為因素造成的誤差及由此而產(chǎn)生的多解性。瞬時屬性是根據(jù)復地震道分析在地震波到達位置上抬取的屬性，如瞬時振幅、瞬時相位、瞬時頻率，并可由此導出許多其它的瞬時地震屬性

圖11 F21斷層

圖12 F22斷層

根據(jù)實際的地質(zhì)資料，可以得知，在西一南翼回風二巷垂直向下大概240米的地方有一實際揭露的逆斷層F21，斷距為4米，在以往的地震資料處理中沒有該斷層的響應，在此次的解釋中斷層F21在地震剖面上響應較為明顯，且解釋結果（包括斷層的傾向，斷距等）與實際情況吻合（如圖11）。

另外，115井實際的柱狀圖對15號煤層的描述，此處的煤質(zhì)較軟，呈現(xiàn)出碎粒狀，可以確定有斷層或其他地質(zhì)構造的影響，在本次地質(zhì)構造解釋中，斷層F22直接穿過115井，與實際的地質(zhì)資料吻合（如圖 9）。

圖13 已知斷層（F21，F(xiàn)22）在瞬時相位屬性體上的顯示狀態(tài)

由于規(guī)模較小的地質(zhì)構造在地震剖面上的顯示不是很明顯，這就給解釋工作帶來諸多不便。大量的研究表明，利用不同的地震屬性特征可以有效地解決這個問題。本次研究主要提取了方差體屬性和瞬時相位屬性，依據(jù)已知斷層，瞬時相位屬性與之吻合的較好（圖13），因此，將已知斷層在瞬時相位屬性體上所表現(xiàn)出的特征推廣到整個研究區(qū)，來指導小構造的解釋工作，最終得出全區(qū)的構造情況（圖14）。

在瞬時相位屬性體上，有構造的區(qū)域會表現(xiàn)出不同的顏色，這樣依據(jù)這一特征推廣到全區(qū)，得出全區(qū)的地質(zhì)構造情況。在如圖14中所示的構造分布中，沿著紅線的就是勘探區(qū)內(nèi)的小斷層分布情況，這些斷層的落差大部分在5米左右，一組的走向為NNE,一組的走向為NWW，構造走向與區(qū)域大背景的情況相同。

圖14 全區(qū)的構造情況

3 結論

針對寺河礦區(qū)地表條件復雜的地震地質(zhì)特征，通過采用疊前去噪、靜校正、剩余靜校正、疊前時間偏移等技術，獲得了具有高分辨率特征的疊前道集，結合已有的開采結果，確定了勘探區(qū)內(nèi)的小構造響應特征，進而得到勘探區(qū)內(nèi)的小構造分布規(guī)律，有如下認識：

3.1 在地震資料的處理階段，由于寺河礦區(qū)地表條件復雜，在地震單炮記錄上能清晰的觀察到折射波，因此采用折射靜校正方法，從而為后續(xù)的處理奠立了良好的資料基礎，采取疊前去噪和疊前時間偏移技術，確保了寺河礦西采區(qū)一塊段區(qū)構造情況的正確成像。

3.2 從已有的開采資料情況來看，小斷層在瞬時相位屬性上具有更為清晰的特征，根據(jù)這一特征采用三維可視化和多屬性分析技術，確定了勘探區(qū)的構造分布情況，勘探區(qū)內(nèi)3煤的小構造分布主要有兩組：一組的走向為NNE,一組的走向為NWW，與區(qū)域構造背景基本一致。

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