地震多屬性融合技術在煤礦隱蔽斷層構造識別中的應用研究

張曉巖

（山西潞安化工集團有限公司 古城煤礦，山西 長治 046100）

0 引 言

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

1 礦井地質條件

古城煤礦南一盤區地表被第四系覆蓋，煤層為石炭系上統太原組上段和二疊系下統山西組，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。盤區構造為北北東—北東東走向，傾向西的單斜構造。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 三維地震數據精細處理

2.1 三維地震野外數據采集評價

該區三維地震野外數據采集采用法國428XL-Lite 多道遙測數字地震儀，10 線8 炮制（中間放炮） 規則束狀觀測系統，5 m×10 m 的CMP 網格，20 次覆蓋次數。激發采用工程鉆機，在12～20 m 的厚姜石層中激發，1～1.5 kg 炸藥量。接收采用3 只60 Hz 動圈式檢波器，串聯點式接收方式。

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

2.2 三維地震數據精細處理技術

根據古城煤礦南一盤區地形地質條件的特點，采取針對性的地震數據處理方式。針對厚覆蓋層厚度和低降速度變化劇烈的問題，進行靜校正處理；針對地震波能量變化劇烈，同時局部地段地層傾角變化大的問題，重點進行反褶積與大傾角區的反射波成像工作，特別是大傾角地段存在的反射畫弧現象。處理中重點突出振幅恢復、濾波、反褶積、疊加、偏移等流程，從疊加、去噪、反褶積、偏移等各環節加強小斷層的識別，要求斷點清晰，能夠可靠解釋對比。

針對構造復雜地段的三維地震數據處理重點采用疊前時間剖面精細確定小斷層和斷點位置。通過疊前時間偏移剖面和疊后時間剖面的對比（圖2），認為疊前時間偏移剖面上繞射波收斂好，斷點清晰、歸位合理，能消除假異常現象，保真度高；對于大傾角地段主要用于疊后時間偏移剖面，斷點歸位好。

3 多屬性參數的小斷層精細識別技術

地震屬性包含多種地質信息，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、瞬時頻率、瞬時相位、最大振幅、走向曲率、最小振幅、正負相位比率、均方根振幅、地震弧長、總振幅、總能量、負振幅和、正振幅和門檻值、零相位數。

3.1 三維方差體識別技術

三維方差體技術能夠對三維地震地質信息自動拾取；水平切片反映了地質構造在不同時間深度上的空間形態；順層切片反映了某一目的層的構造形態。三者結合可建立起構造骨架的概略模型，確定小斷層的空間特征，如圖3 所示。該識別技術常與層位追蹤對比分析同步進行。

圖3 斷層在地震時間剖面（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

通過對比分析，認為對小斷層而言，反映較好的是煤層傾角、瞬時振幅、幾何平均振幅和數據梯度級別4 種地震屬性切片，如圖4 所示。

圖4 斷層構造地震數據多屬性特征Fig.4 Multiple attribute characteristics of fault structural seismic data

傾角屬性提取分析技術對斷層微小變化具有放大作用，對于微小的斷層構造異常易于識別（圖4a）；瞬時振幅是指沿層提取地震波在給定某一采樣點振動幅值的大小變化，同樣對小斷層異常具有放大作用（圖4b）；振幅統計類屬性，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，識別巖性變化地質異常體（圖4c）；沿反射波通過相鄰三維樣點計算地震數據瞬時梯度的級別值，用于異常分析并識別小構造（圖4d）。

4 結 論

煤礦隱蔽斷層構造對礦井安全生產和自動化機械開采影響較大，準確、高效確定隱蔽斷層構造是煤礦地質勘探的重要任務。針對古城煤礦復雜地震地質條件下的三維地震勘探，分析不同地質條件的變化，不同區域采用不同的數據處理和解釋技術，形成復雜地質條件下的三維地震勘探中隱蔽斷層的精細識別技術，為類似地質條件礦井的三維地震勘探精細處理與解釋提供借鑒。

（1） 復雜構造地段，采用疊前時間偏移技術和疊后時間剖面的對比，地層傾角變化緩地段采用疊前時間偏移剖面對于斷層構造的識別更清晰、有效；對地層傾角變化劇烈地段采用疊后時間剖面識別斷層的斷點位置較準確，可消除偏移畫弧現象。

（2） 常規的斷層解釋通過地震剖面上振幅、相位和時差等特征識別斷層，由于小斷層在時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對斷層微小變化具有放大作用，對于微小的斷層構造異常易于識別；基于瞬時振幅屬性對小斷層異常具有放大作用；地震數據瞬時梯度的級別值對斷層構造識別敏感。