地震多屬性融合技術(shù)在煤礦隱蔽斷層構(gòu)造識別中的應(yīng)用研究

張曉巖

（山西潞安化工集團(tuán)有限公司 古城煤礦，山西 長治 046100）

0 引 言

煤田隱蔽斷層構(gòu)造是影響礦井安全、高效生產(chǎn)的重要地質(zhì)因素，需要精細(xì)確定和有效識別出煤田隱蔽斷層構(gòu)造的形態(tài)、產(chǎn)狀、切割情況，但一些地表地質(zhì)條件相對復(fù)雜礦區(qū)，地面采集的地震數(shù)據(jù)信噪比較低，隱蔽斷層構(gòu)造的三維地震精細(xì)識別受到一定影響。因此在復(fù)雜地質(zhì)條件下隱蔽斷層的精細(xì)識別技術(shù)，需要把提高地震記錄信噪比和分辨率作為數(shù)據(jù)處理的目的和宗旨。本文針對古城煤礦南一盤區(qū)隱蔽斷層構(gòu)造，對采用地面三維地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行精細(xì)處理，提高了地震記錄信噪比。利用地震多屬性參數(shù)特性，識別出隱蔽斷層構(gòu)造多種屬性特征，精細(xì)、準(zhǔn)確識別出斷層的空間參數(shù)；采用地震多屬性融合技術(shù)，對地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行綜合屬性評價(jià)與分析，識別出小斷層構(gòu)造，為礦井的安全、高效生產(chǎn)提供了地質(zhì)保障。

1 礦井地質(zhì)條件

古城煤礦南一盤區(qū)地表被第四系覆蓋，煤層為石炭系上統(tǒng)太原組上段和二疊系下統(tǒng)山西組，目前主要開采山西組3 號煤層，煤層厚3.35～10.25 m，平均厚6.32 m。盤區(qū)構(gòu)造為北北東—北東東走向，傾向西的單斜構(gòu)造。地表為第四系黃土覆蓋，厚度為80～150 m，存在一定厚度的姜石層，對三維地震探測具有一定影響。

2 三維地震數(shù)據(jù)精細(xì)處理

2.1 三維地震野外數(shù)據(jù)采集評價(jià)

該區(qū)三維地震野外數(shù)據(jù)采集采用法國428XL-Lite 多道遙測數(shù)字地震儀，10 線8 炮制（中間放炮） 規(guī)則束狀觀測系統(tǒng)，5 m×10 m 的CMP 網(wǎng)格，20 次覆蓋次數(shù)。激發(fā)采用工程鉆機(jī)，在12～20 m 的厚姜石層中激發(fā)，1～1.5 kg 炸藥量。接收采用3 只60 Hz 動(dòng)圈式檢波器，串聯(lián)點(diǎn)式接收方式。

原始單跑記錄質(zhì)量如圖1 所示。由圖1 可看出，單跑記錄質(zhì)量一般，記錄的信噪比較低，面波干擾對記錄質(zhì)量影響較大；地震記錄的主頻在25～100 Hz，頻帶寬度小。

2.2 三維地震數(shù)據(jù)精細(xì)處理技術(shù)

根據(jù)古城煤礦南一盤區(qū)地形地質(zhì)條件的特點(diǎn)，采取針對性的地震數(shù)據(jù)處理方式。針對厚覆蓋層厚度和低降速度變化劇烈的問題，進(jìn)行靜校正處理；針對地震波能量變化劇烈，同時(shí)局部地段地層傾角變化大的問題，重點(diǎn)進(jìn)行反褶積與大傾角區(qū)的反射波成像工作，特別是大傾角地段存在的反射畫弧現(xiàn)象。處理中重點(diǎn)突出振幅恢復(fù)、濾波、反褶積、疊加、偏移等流程，從疊加、去噪、反褶積、偏移等各環(huán)節(jié)加強(qiáng)小斷層的識別，要求斷點(diǎn)清晰，能夠可靠解釋對比。

針對構(gòu)造復(fù)雜地段的三維地震數(shù)據(jù)處理重點(diǎn)采用疊前時(shí)間剖面精細(xì)確定小斷層和斷點(diǎn)位置。通過疊前時(shí)間偏移剖面和疊后時(shí)間剖面的對比（圖2），認(rèn)為疊前時(shí)間偏移剖面上繞射波收斂好，斷點(diǎn)清晰、歸位合理，能消除假異常現(xiàn)象，保真度高；對于大傾角地段主要用于疊后時(shí)間偏移剖面，斷點(diǎn)歸位好。

3 多屬性參數(shù)的小斷層精細(xì)識別技術(shù)

地震屬性包含多種地質(zhì)信息，一般包括有22種地震屬性值，即平均振幅、平均能量、平均峰值振幅、平均地震能量、平均谷值振幅、帶寬、主頻、半幅能量、瞬時(shí)頻率、瞬時(shí)相位、最大振幅、走向曲率、最小振幅、正負(fù)相位比率、均方根振幅、地震弧長、總振幅、總能量、負(fù)振幅和、正振幅和門檻值、零相位數(shù)。

3.1 三維方差體識別技術(shù)

三維方差體技術(shù)能夠?qū)θS地震地質(zhì)信息自動(dòng)拾取；水平切片反映了地質(zhì)構(gòu)造在不同時(shí)間深度上的空間形態(tài)；順層切片反映了某一目的層的構(gòu)造形態(tài)。三者結(jié)合可建立起構(gòu)造骨架的概略模型，確定小斷層的空間特征，如圖3 所示。該識別技術(shù)常與層位追蹤對比分析同步進(jìn)行。

圖3 斷層在地震時(shí)間剖面（a-橫向；b-縱向）、振幅屬性剖面（c） 及順層切片（d） 識別特征Fig.3 Fault identification characteristics in seismic time profile(a-horizontal;b longitudinal),amplitude attribute profile(c)and bedding slice(d)

3.2 地震多屬性識別技術(shù)

通過對比分析，認(rèn)為對小斷層而言，反映較好的是煤層傾角、瞬時(shí)振幅、幾何平均振幅和數(shù)據(jù)梯度級別4 種地震屬性切片，如圖4 所示。

圖4 斷層構(gòu)造地震數(shù)據(jù)多屬性特征Fig.4 Multiple attribute characteristics of fault structural seismic data

傾角屬性提取分析技術(shù)對斷層微小變化具有放大作用，對于微小的斷層構(gòu)造異常易于識別（圖4a）；瞬時(shí)振幅是指沿層提取地震波在給定某一采樣點(diǎn)振動(dòng)幅值的大小變化，同樣對小斷層異常具有放大作用（圖4b）；振幅統(tǒng)計(jì)類屬性，主要用于研究巖性趨勢變化，可用于巖性解釋，也可用于地層巖性相變分析，識別巖性變化地質(zhì)異常體（圖4c）；沿反射波通過相鄰三維樣點(diǎn)計(jì)算地震數(shù)據(jù)瞬時(shí)梯度的級別值，用于異常分析并識別小構(gòu)造（圖4d）。

4 結(jié) 論

煤礦隱蔽斷層構(gòu)造對礦井安全生產(chǎn)和自動(dòng)化機(jī)械開采影響較大，準(zhǔn)確、高效確定隱蔽斷層構(gòu)造是煤礦地質(zhì)勘探的重要任務(wù)。針對古城煤礦復(fù)雜地震地質(zhì)條件下的三維地震勘探，分析不同地質(zhì)條件的變化，不同區(qū)域采用不同的數(shù)據(jù)處理和解釋技術(shù)，形成復(fù)雜地質(zhì)條件下的三維地震勘探中隱蔽斷層的精細(xì)識別技術(shù)，為類似地質(zhì)條件礦井的三維地震勘探精細(xì)處理與解釋提供借鑒。

（1） 復(fù)雜構(gòu)造地段，采用疊前時(shí)間偏移技術(shù)和疊后時(shí)間剖面的對比，地層傾角變化緩地段采用疊前時(shí)間偏移剖面對于斷層構(gòu)造的識別更清晰、有效；對地層傾角變化劇烈地段采用疊后時(shí)間剖面識別斷層的斷點(diǎn)位置較準(zhǔn)確，可消除偏移畫弧現(xiàn)象。

（2） 常規(guī)的斷層解釋通過地震剖面上振幅、相位和時(shí)差等特征識別斷層，由于小斷層在時(shí)間剖面上的微小變化，難以肉眼識別。通過分析，采用傾角屬性提取分析技術(shù)對斷層微小變化具有放大作用，對于微小的斷層構(gòu)造異常易于識別；基于瞬時(shí)振幅屬性對小斷層異常具有放大作用；地震數(shù)據(jù)瞬時(shí)梯度的級別值對斷層構(gòu)造識別敏感。