基于VVA軟件的三維地震解釋技術(shù)在官莊河煤礦的應(yīng)用

劉毅，薛江，白亮亮，穆曉強，弓江豪

（陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005）

1 概況

山西蒲縣宏源集團官莊河煤業(yè)有限公司位于蒲縣太林鄉(xiāng)油房南、官莊村、東開府村一帶，行政區(qū)劃屬蒲縣太林鄉(xiāng)管轄。井田位于霍西煤田的中西部，地層出露較齊全，區(qū)域東部為老地層出露區(qū)，主要為古生界寒武系、奧陶系和太古界呂梁山群、太岳山群。區(qū)域內(nèi)主要地層為石炭系和二疊系，以中奧陶系地層為基底，區(qū)內(nèi)山梁及溝谷底部普遍被第四系地層覆蓋，一些溝谷底部及其兩側(cè)可見上第三系地層分布。井田總體為一軸向北西的向斜構(gòu)造，地層傾角一般5°～8°，局部達(dá)15°左右，井田內(nèi)發(fā)育3 條褶曲，16 條斷層，其中2 條為逆斷層，14 條為正斷層，9 個陷落柱，井田總體地質(zhì)構(gòu)造屬簡單類。

此次三維地震勘探[1]區(qū)位于井田的東南部，勘探區(qū)呈近似矩形，面積2.29 km2。勘查區(qū)位于呂梁山南段東麓，地勢總體呈北東高南西低，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，植被茂盛，灌木叢生，地形較為復(fù)雜。勘查區(qū)內(nèi)有村莊分布，河流經(jīng)過，可供車輛行駛的道路較少，大部分地段需靠人行走及人力搬運施工設(shè)備。勘查區(qū)高差較大，相對高差約210.00 m。最高點位于勘查區(qū)北東部邊界山梁上，標(biāo)高為1 490.00 m，最低點位于勘查區(qū)中部邊界辛庒河河床，標(biāo)高為1 280.00 m。

勘查區(qū)內(nèi)大部分基巖出露，西北角有少部分耕地區(qū)域被薄黃土覆蓋，山梁上大部分為堅硬巖石，半坡區(qū)有坡積碎塊。區(qū)內(nèi)主要可采煤層2 號、11號煤層厚度較穩(wěn)定，圍巖基本上以砂巖為主，煤層與圍巖巖性特征差異較明顯，可形成穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)反射波。

此次探測的目的層主要為二疊系下統(tǒng)山西組的2 號煤層和石炭系上統(tǒng)太原組的11 號煤層。為了查明區(qū)內(nèi)煤層小窯破壞區(qū)域、構(gòu)造分布情況、煤層起伏形態(tài)及煤厚預(yù)測，需要對官莊河煤礦四采區(qū)進行三維地震勘探工作。

2 VVA 軟件基本介紹

VVA 軟件主要包括屬性的提取與分析、三維可視化以及構(gòu)造解釋3 部分[2-6]。其中屬性提取包括體屬性、層面屬性、順層屬性、層間屬性、地層體屬性、濾波屬性六大類型的屬性提取功能；屬性的分析工具則包括屬性定量標(biāo)定、屬性交會、屬性聚類、繼承性分類、主成分分析、頻譜成像、波形相關(guān)分析7 大主要的分析工具。VVA 軟件的地震數(shù)據(jù)體、層位、斷層、地層體、井?dāng)?shù)據(jù)以及軟件計算分析的各種屬性數(shù)據(jù)都能在三維空間中方便地顯示，軟件同時提供了方便的井位設(shè)計功能以及三維透視功能。VVA 的構(gòu)造解釋部分提供了方便的交互解釋功能，層位解釋有多種追蹤方式和模式，能在三維空間、二維剖面以及底圖上即時交互解釋，斷層解釋也能在三維、二維剖面上交互解釋，并且能夠通過底圖進行即時質(zhì)量控制。該軟件在小斷層預(yù)測和陷落柱解釋等方面具有較明顯優(yōu)勢。

3 解釋流程及方法

3.1 解釋流程

以VVA 軟件解釋為主，地震時間剖面人工對比解釋為輔。在人工對比解釋地震時間剖面的基礎(chǔ)上，對鉆孔處有效波進行標(biāo)定，建立一定的構(gòu)造格架，然后選擇一定網(wǎng)度的縱、橫向垂直時間剖面重點解釋、控制宏觀構(gòu)造，再進一步加密剖面，即由粗網(wǎng)格（160 m×320 m） 到細(xì)網(wǎng)格（40 m×80 m）逐步加密進行解釋，對局部微細(xì)構(gòu)造加密網(wǎng)格（10 m×10 m）。通過粗網(wǎng)格建立全區(qū)大致構(gòu)造框架，利用細(xì)密網(wǎng)格對全區(qū)資料進行細(xì)致分析解釋，達(dá)到對小斷層的控制[7]。

縱向和橫向時間剖面相結(jié)合，規(guī)則網(wǎng)度時間剖面和聯(lián)井時間剖面相結(jié)合，垂直時間剖面與水平切片、順層切片相結(jié)合，全方位進行對比追蹤和閉合。同時結(jié)合鉆孔資料，進行綜合解釋，確保解釋成果的精度與可靠性。VVA 軟件解釋立體示意如圖1所示。充分利用已有地質(zhì)資料，掌握區(qū)內(nèi)地質(zhì)規(guī)律，將宏觀的區(qū)域構(gòu)造規(guī)律和該區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征結(jié)合起來深入分析，解釋中以垂直剖面和水平切片解釋為基礎(chǔ)。VVA 軟件解釋流程如圖2所示。

圖1 VVA軟件解釋立體示意Fig.1 Stereoscopic diagram of VVA software interpretation

圖2 VVA軟件解釋流程示意Fig.2 VVA software explanation process

3.2 解釋方法

3.2.1 利用VVA 提取的地震屬性對斷層進行分析

首先利用地震屬性對勘查區(qū)的斷層進行調(diào)查，了解其空間分布，然后利用垂直地震時間剖面、水平時間切片、地質(zhì)、測井資料進行綜合解釋、反復(fù)對比。地震沿層屬性切片，反映了某一反射波在不同地段的地震信息。此次解釋過程中，通過優(yōu)化對比后對目的層反射波的弧長、平均能量、最大振幅、最小振幅、瞬時振幅、瞬時頻率、均方根振幅等進行了分析，利用相干數(shù)據(jù)體、斷裂似然體等屬性對構(gòu)造進行了綜合分析。圖3為斷層在時間剖面和不同地震屬性上的響應(yīng)。圖4為斷層在斷裂似然體上的響應(yīng)。

圖3 斷層在時間剖面和不同地震屬性上的響應(yīng)Fig.3 Response of fault on time profile and different seismic attributes

圖4 斷層在斷裂似然體上的響應(yīng)Fig.4 Response of fault on fractured likelihood body

3.2.2 利用VVA 提取的地震屬性對陷落柱進行分析

陷落柱的解釋主要以地震屬性解釋與時間剖面解釋相結(jié)合的方法，對陷落柱的位置及大小進行精細(xì)的標(biāo)定，提高解釋精度。此次資料解釋過程中對偏移數(shù)據(jù)體提取了多種地震屬性，通過地震沿層地震屬性和層間地震屬性技術(shù)對該區(qū)的地震資料進行了深入的解釋，確定地質(zhì)構(gòu)造骨架。

（1） 時窗的選取。

在屬性分析中，考慮到陷落柱、小斷層的地震、地質(zhì)特征及與圍巖、煤層接觸帶的波阻抗差異特征，沿煤層反射波向上向下各開5、10、15、20 ms 時窗，在相干數(shù)據(jù)體中分別提取均方根振幅屬性進行分析得出，基于煤層反射波所開15 ms 時窗獲得的地震屬性較為理想。15 ms 相干體均方根振幅屬性圖如圖5所示。

圖5 15 ms 相干體均方根振幅屬性圖Fig.5 Amplitude attribute diagram of 15ms coherent volume mean square

（2） 地震屬性優(yōu)選。

此次利用解釋軟件，提取了多種屬性進行比較，最后經(jīng)優(yōu)化選擇了對陷落柱反映較好的幾種地震屬性參與了解釋，重點應(yīng)用的是相干體均方根振幅、相干體算術(shù)平均值、相干體能量、波形差異均方根振幅等對構(gòu)造反映比較敏感的屬性參與構(gòu)造解釋，選擇15 ms 窗口。圖6為陷落柱在層間不同地震屬性圖上的響應(yīng)。

圖6 陷落柱在層間不同地震屬性圖上的響應(yīng)Fig.6 Response of collapse column on different seismic attribute diagrams between layers

3.2.3 利用VVA 提取的地震屬性對煤厚進行預(yù)測

地震波中含有大量的地質(zhì)信息，構(gòu)造、巖性的變化等均會引起地震波的變化，其變化主要包括密度、速度及其它彈性參量的差異，這些差異導(dǎo)致了地震波在傳播時間、振幅、相位、頻率等方面的變化。結(jié)合鉆孔，在地震波中提取地震屬性參數(shù)，經(jīng)分析后，會將與煤厚相關(guān)性比較好的地震屬性用于煤厚解釋，從而提高煤厚解釋成果的準(zhǔn)確性[8]。

3.2.4 利用VVA 提取的地震屬性對采空區(qū)進行解釋

在三維地震勘探所獲得的時間剖面上，采空區(qū)的表現(xiàn)一般為波形突然紊亂、頻率突然變低、能量變化大，煤層反射波在采空區(qū)邊界處突然斷裂，且形成一定規(guī)模。同時，結(jié)合地震屬性對采空邊界進行反復(fù)對比，準(zhǔn)確圈定采空區(qū)范圍[9-11]。

4 地質(zhì)成果

此次勘探工作基本查明了勘查區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，用密度較高的三維地震數(shù)據(jù)網(wǎng)格（5 m×10 m） 嚴(yán)密的控制了區(qū)內(nèi)煤層的起伏形態(tài)，繪制了主要煤層等高距為5 m 的煤層底板等高線圖，煤層底板的起伏形態(tài)總體上呈現(xiàn)為一個走向近NW、傾向SW 的構(gòu)造形態(tài)，西側(cè)存在一S3 向斜。煤層傾角約6°～27°，西部相對較緩，東部較陡。最寬緩處位于勘查區(qū)東南角，最陡處位于206 號鉆孔附近。勘查區(qū)內(nèi)解釋了落差大于等于5 m 的斷層3條，長軸直徑大于30 m 的陷落柱8 個，圈定了11號煤層采空區(qū)1 處，圖7為構(gòu)造成果綱要圖。

圖7 構(gòu)造成果綱要圖Fig.7 Outline diagram of structural achievements

5 結(jié)語

通過利用VVA 屬性軟件對三維地震勘探資料進行解釋，大大提高了解釋的效率和質(zhì)量，解釋的F33 斷層和X11-25、X11-26、X11-28 陷落柱已經(jīng)得到礦方的實際揭露驗證，解釋成果可靠，可以為礦方下一步巷道布設(shè)提供參考依據(jù)。