方差體技術在轉龍灣煤礦小斷層解釋中的應用

李 強

（陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005）

0 引言

隨著三維地震勘探技術的不斷成熟，充分利用三維數據體信息及特征，精確解釋小斷層為礦井的現代化建設和安全開采提供可靠的地質依據［1-2］。地震勘探的三維數據體是對地下情況的規則反映，當地下存在斷層或陷落柱等地質異常體時，接受地質異常體反射波的地震道就會和周圍其他的地震道產生差異。方差體技術通過分析地震道的這種差異，即可檢測出地層中存在的異常情況［3-5］。在轉龍灣煤礦解釋過程中我們通過分析對比選取合適的時窗長度運用乘法運算模式進行方差體數據提取，得到清晰可靠的方差體水平切片，并結合時間剖面分別對勘探區內的小斷層進行解釋，為礦方安全高效生產提供了有力指導［6］。

1 勘探區概況及地震采集方法

1.1 勘探區概況

轉龍灣井田行政區劃隸屬鄂爾多斯市伊金霍洛旗納林陶亥鎮及布爾臺鄉管轄，位于伊金霍洛旗政府所在地伊金霍洛鎮東40 km，東勝區南東31 km。包頭至府谷的213省道從轉龍灣井田東側約10 km通過，G210國道從轉龍灣井田西側約255 km處通過。測區表層的沙層結構松散，其速度基本穩定在400 m/s左右，該低速沙層對有效波的吸收衰減作用強烈。勘查區范圍內被第四系風成砂覆蓋，全區無基巖出露，無潛水面，根據鉆孔資料、低速帶調查和成孔時記錄情況，覆蓋層均為沙土覆蓋，速度橫向變化不大。含煤巖系及其下部地層僅在鉆孔中見到。

1.2 地震采集方法

當沙土覆蓋層小于20 m時，井深打至高速層界面，單井激發，且井深大于12 m。當沙土覆蓋層大于20 m時，單井激發，井深20 m。采用12線4炮48道正交束狀觀測系統，中點激發，覆蓋次數為24次。采用5個60 Hz檢波器插堆埋置，80～140道接收，道距5或10 m，排列鋪設方式采用直線型，采樣間隔0.5 ms，記錄長度1.5 s，記錄格式SEG-D全頻段接收。

2 方差體技術在小斷層解釋中的應用

2.1 方差體技術時窗長度及運算選擇

方差體技術是根據不同的目標體選擇運算模式和時窗長度，計算樣點與周圍相鄰地震道時窗內樣點平均主值間的方差后，再加權歸一化得出的方差值，從而突出了由斷層或異常地質體所造成的地震反射的異常，提取數據體中的不連續信息［7-9］。其中，時窗長度的選取應根據測區實際情況多參數聯合對比選取，一般來說時窗長度越寬越適合于確定較大規模的斷層和地質異常體，時窗長度越窄越適合于確定小斷層和較小規模的地質異常體。但時窗長度過窄，容易產生一些如地層傾角所引起的非線性異常，過寬的時窗長度則可能產生對部分斷層反映不清楚，斷層延伸不夠，采集痕跡及淺層激發條件的變化反映不出來等缺點。因此使用方差體切片進行解釋時，應選取合適的時窗長度以保證能夠清楚真實地反映地質構造。

方差體運算模式分為加法和乘法兩種。乘法模式為中心點與周圍所選行列范圍的所有記錄參與運算，而加法模式是主測線和聯絡線上的數據進行計算的，兩者的主要區別存在運算速度和顯示效果。乘法參與的數據量大，運算速度稍慢，加法模式由于參與的數據量小，運算速度相對較快；當在構造組既不和聯絡線平行也不和主測線平行時，加法的顯示效果就不是很理想，而乘法模式不受構造走向的影響，顯示效果要好一些，所以合適的參數選取能夠使方差體切片客觀、清楚、真實地反映斷層和地質異常體［10］。

2.2 方差數據體提取過程

方差體的制作應用Geoframe地震解釋組合體軟件（IESX）中的Vaniance Cube制作軟件，利用所選擇的時窗長度、運算模式和相鄰道數等參數計算方差值，形成三維方差數據體，具體步驟如下。

首先，在Seismic Attribute ToolKit對話框中，單擊Model按鈕；接著，設置Depth域或Time域，打開Model Selection對話框；然后在Model Selection對話框中，單擊Time選項卡或Depth選項卡選擇所需模型；如果想在所選模型參數的基礎上創建一個新的時間或深度模型，輸入一個名稱、前綴和描述到相應的文本框內，然后點擊Create按鈕。接著在Survey對話框中選擇測網，選擇二維或三維地震數據。然后選擇輸入Class和輸出Class，需注意：由于在方差體計算中，處理方向并不重要，因此沒有必要選擇User＞Access option；默認的方向是In-line；在現有操作列表中，選擇Variance Cube并打開其對話框，在該對話框中設定以下參數：窗口長度、主測線范圍、聯絡測線范圍提示。主測線范圍和聯絡測線范圍是在兩個方向上看到道的數目；“3”是中心道兩邊各加一道，共為3道；“3”和“5”通常會產生合理的結果，而較大值往往會使結果變得模糊。最后在Variance Cube對話框的操作類型區，選擇操作類型“3+3”或操作類型“3×3”。

2.3 方差體技術應用參數選取

在方差體的時窗參數選擇時，根據小斷層與圍巖、煤層接觸帶的物性差異以及自身的地震、地質特性，考慮到煤層反射波的主頻為60 Hz這一特點，沿煤層反射波向上向下各開5 ms、10 ms、15 ms、20 ms時窗，通過方差體屬性進行分析對比得出，基于煤層反射波所開10 ms時窗所獲得的方差體屬性切片能客觀、真實清楚地反映小斷層的構造特性。

分別進行了不同時窗長度和不同相鄰道數參數分析，圖1為相同相鄰道數不同時窗長度參數對比分析。可以看出選用小時窗5 ms時，方差體切片反映異常，多存在一些由于地層傾角變化引起非線性的異常；采用10 ms時窗計算時，對斷層和由于地面障礙物引起的采集痕跡以及由于淺層激發條件變化引起的資料品質差異反映清楚，對煤層沖刷帶反映清楚，對其它一些由于地層起伏引起的差異反映弱；采用15 ms時窗計算時，對部分斷層延伸長度不夠，對部分斷層反映不清楚，同時對采集痕跡和淺層激發條件的變化反映不出來。分析認為選取10 ms時窗時對資料的信息顯示的更全面，為最佳時窗。圖2為采用最佳時窗，不同參與道計算的結果，采用5道時，有部分斷層反映不清楚；采用7道時，斷層帶顯示過寬，方差體切片有失真現象，采用3道時對各種構造和采集痕跡反映清晰。

圖1 相同相鄰道數不同時窗長度對比分析

解釋過程中，利用各煤層中方差體屬性值的變化分析推測斷層的位置及延展方向，將解釋成果顯示在水平切片中，突出斷層等地層不連續性的信息，從而解釋小構造。

2.4 成果對比及驗證

成果對比：通過研究區構造的規律來指導斷層的組合，對于小斷層，在時間剖面及其他屬性無法準確識別時，通過方差體水平切片分析解釋小斷層的構造和延伸情況從圖3中可以看出方差體屬性的異常點較為明顯，方差體屬性切片對小斷層的位置及走向的反映較為準確、清晰，給小斷層的精確解釋提供了有力的指導。

圖2 相同時窗長度不同相鄰道數對比分析

圖3 弧長屬性和方差體屬性對比

以上解釋結果分別在礦方的掘進過程中得到了驗證，可以為相似地區利用方差體解釋小斷層提供借鑒作用。

驗證情況：轉龍灣工區總體構造形態為N-NNW的單斜構造，傾向SW，傾角1°～2°查明了三維勘查區內落差大于等于5 m的斷層4條，斷層落差均在8～13 m范圍內落差小于5 m的斷層3條，小斷層均為正斷層，在時間剖面上反映特征為同相軸扭曲，在方差體切片上斷層走向清晰，并得到了礦方的驗證。

3 結語

通過選擇適合勘探區實際地質構造的參數，分析對比不同的方差體提取參數對小斷層、解釋的影響，選擇了適合研究區實際地質構造的參數，得到較為理想的方差數據體，方差體水平切片更能清楚地反映出小斷層的分布特征和延展性，是一種較好的解釋小構造的手段。后經巷道和鉆孔揭示驗證認為成果有效、可靠，為勘探區內下一步礦井安全、高效生產工作提供依據和指導。