基于探采對比分析的三維地震資料精細解釋技術研究

田根國

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安710077）

0 引言

目前，在地震地質條件較好的地區（如淮南、永城、兗州、晉城、邢臺、焦作等），煤礦采區三維地震勘探能夠查明煤層賦存形態、落差大于5m的斷層、直徑大于20m的陷落柱及采空區、預測煤層厚度變化趨勢等地質問題，該技術已經成為煤礦采區構造勘探的主要手段。從1994年起，煤礦采區三維地震勘探技術的應用領域已經從平原地區拓展到包括山區、丘陵、戈壁、沙漠、海上、黃土塬等復雜條件區域。地震勘探成果為建設高產高效礦井提供了有效的地質保障，獲得了巨大的經濟和社會效益。從多個礦區的三維地震效果統計看，三維地震勘探的構造解釋成果與煤礦生產要求的控制精度還不相適應。主要表現在：在地震地質條件較好的區域，落差大于5m的斷層經常遺漏，落差小于5m的斷層在常規地震數據中沒有顯示或顯示不清；對于落差10m以上斷層的解釋也經常出現偏差；相距較近的斷層不能有效分辨；陷落柱、采空區、煤層變薄沖刷帶等地質異常體的解釋存在多解性、準確率不高。在不可能再次大量投入勘探費用的前提下，多數礦井試圖采用三維地震資料精細解釋技術來提高三維地震資料的解釋精度，要進行精細解釋，首先應進行探采對比分析。再根據分析的結論，采用針對性的措施來提高三維地震勘探成果的精度，本文以濟寧三號煤礦某采區三維地震勘探精細解釋為例，來進行基于探采對比分析的三維地震資料精細解釋的研究工作。

1 概況

1.1 地質概況

地震測區內地表條件復雜：河流橫穿測區中部，河水面寬120m，局部寬至260m，水體水深2~3m；在河流附近魚塘連片大范圍分布在測區中部，其余區域內村莊密集、村莊及河流面積占地震測區總面積的四分之一左右。地震野外施工過程中需要采用大量的變觀。

采區含煤地層為上石炭統太原組和下二迭統山西組，含主要可采煤層有3層：3煤層全區發育，厚度 0～5.80m，平均厚約1.8m，埋藏深度700m~800m，局部沖刷缺失；3下#煤層全區發育，厚度0～9.69m，平均約5.04m，個別地段出現沖刷現象；煤層平均厚度1.17m，因兩煤層厚度大，是先期開采的主要對象。煤層間平均距32.54m。區內斷裂以受區域性斷裂控制的南北向斷裂為主，褶曲形態以寬緩褶皺為主，煤層為走向近南北至北西向的寬緩向斜。

1.2 原報告內的資料質量評價

采區內合計完成生產物理點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%。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61.89 km，占17.87%，無Ⅲ類時間剖面。以上數據均滿足《煤炭煤層氣地震勘探規范》的要求。

1.3 原三維地震勘探地質成果

2 探采對比分析

2.1 驗證情況

采區的三維地震勘探報告于2005年8月提交給礦方，2010年6月采掘巷道開始進入本采區。采掘資料顯示，原三維地震勘探報告成果不能滿足指導生產的需要，2011年10月礦方委托西安研究院對采區三維地震資料進行精細處理與解釋。

采區三維地震勘探區已有采掘活動的區域有：183上05工作面（圖1），從圖可以看出工作面揭露的具體情況如下：

（1）在工作面揭露區域，巷道揭露的煤層變薄點兩處（圖中青色位置），但地震資料沒有解釋出來。

（2）在工作面揭露區域，地震資料解釋落差3m左右的斷層4條（KF1822、KF1827、KF1839、KF1840）、落差 10m左右的斷層 1條（KF1820_1）。而巷道在此區域揭露了20條落差小于3m的斷層，在這些斷層中只有揭露的Fr34斷層與KF1822斷層的位置與傾向基本一致。也就是說，落差小于3m的斷層，地震資料解釋準確率較低，對于落差5m以上的斷層，從工作面揭露情況看，準確率不能判斷。

（3）煤層底板標高誤差西北部的巷道處為最大（約30m），東南部的巷道揭露的底板標高誤差約為5m左右。

圖1 采區工作面布置示意圖

2.2 探采對比分析

對比采掘資料、鉆孔資料與原三維地震解釋成果，認為原三維地震報告中存在問題的原因如下：（1）受地質條件的影響，地震資料的主頻較低，頻帶較窄，難以分辨落差小于5m的斷層；（2）地震時間剖面的信噪比較低，這可能是資料處理過程中，野外炮點變觀較多，炮點的準確歸位問題沒有完全解決，靜校正問題沒有解決好所引起的；（3）煤層底板標高誤差較大的原因，可能是速度分析網度較大、偏移速度選擇不合適所引起的；（4）煤層沖刷帶沒有解釋出來的原因是：資料解釋過程中解釋網度過大，解釋方法單一、基本只依靠時間屬性來解釋斷層，而沒有充分利用其他屬性進行煤層厚度變化趨勢解釋。

2.3 精細解釋應對措施

根據探測分析的結果，依據原三維地震勘探存在的不足，本次精細解釋采用了如下措施：（1）對資料進行重新處理，解決好炮檢點重新定位問題，資料處理中，做好野外靜校正工作；（2）做好反褶積工作，提高地震資料的分辨率；（3）精選速度，確保資料準確成像；（4）資料解釋中做到每一條剖面都解釋，充分利用屬性技術進行解釋。

3 基于探采對比分析的精細解釋工作重點

3.1 空間屬性的定義

檢波點和炮點的位置準確與否，是能否獲得高精度處理結果的基礎。二次資料處理中空間屬性定義好以后，利用處理系統中的觀測系統質量檢查模塊對定義位置偏離實際位置的炮點進行校正，累計發現200個炮點（占總炮點的3.5%）的實際位置與原定義的位置不一致，這些炮點多位于障礙物附近。

3.2 靜校正

測區地勢相對平坦，原資料處理過程中認為這樣的地形條件下可以不進行野外靜校正工作，二次資料處理過程中采用折射靜校方法對原始地震記錄進行了野外靜校正。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，連續性更強、淺層的性噪比更高（見圖2）。分析認為：新處理的資料品質提高的因素是雖然地表平坦，但低降速帶的厚度可能存在變化，野外靜校正消除了這部分影響。

圖2 靜校正后的新老對比剖面

圖3 新老剖面的頻譜對比圖

圖5 均方根振幅屬性

圖4 不同偏移速度的對比剖面

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，提高地震資料的縱向分辨率，經測試對比后，選擇了地表一致性預測反褶積。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、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。經過反褶積后，地震資料的主頻、有效波頻帶寬度均得到提高（圖3）。

3.4 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，做每一個速度值的疊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。該方法的優點精度高。在該區進行了三次速度分析，應用第三次速度分析的速度體進行最終疊加，得到最終疊加剖面。合理的偏移速度得到的時間剖面構造現象明顯、斷點干脆，反射波分辨率、信噪比高，見圖4，圖4（a）的方框部分與圖4（b）方框部分對比，顯示了新處理時間剖面的合理性與準確性。

3.4 屬性解釋技術

目的層中構造的存在，勢必造成目的層與圍巖的物性差異，這種差異可能體現在地震波至時間、頻率、振幅、相位差異。故計算、研究包含目的層在內的一定厚度（時間剖面上顯示為時間）“層”的各種層地震屬性，可能有助于發現小的構造與地質異常體。我們計算了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5為3上煤層反射波最大均方根振幅屬性平面圖，圖中黑色的區域代表煤層變薄范圍，白色區域代表煤層厚度大于3m的區域，灰色區域代表煤層大于1m而小于3m。

4 精細處理解釋地質成果及驗證情況

4.1 精細處理解釋地質成果

經過精細處理解釋后，查明了3上、3下煤層的起伏形態和次一級褶曲的發育情況；解釋了落差大于5m的斷層，并落差3m～5m的斷層或斷點進行了解釋；同時對3上、3下、煤層的厚度變化趨勢進行了預測。共解釋斷層23條，解釋小斷層密集帶3個，解釋煤層缺失帶1個，煤層變薄帶沖刷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20條，否定斷層25條，新發現斷層2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5個。

4.2 驗證情況

經過精細處理與解釋后，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。礦方對煤層缺失區進行了地面鉆探驗證，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14.4m，滿足異常邊界誤差不大于20m的地質要求。

5 結論

探采對比分析是三維地震資料精細處理與解釋的基礎，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，根據存在的問題，采取有效的針對性措施，能夠改善地震資料的處理解釋效果。在三維地震原始資料質量較高的區域，精細處理與解釋技術能夠有效提高地震勘探的精度。

［1］程建遠，等.三維地震資料的精細解釋技術[J].煤田地質與勘探，2002(6).

［2］呂霖.淮南礦區三維地震探采對比效果與實例分析[J].煤田地質與勘探，2010(4).