煤礦三維地震資料精細(xì)解釋技術(shù)

0地質(zhì)異常體地震勘探的地質(zhì)展望目前，在地震地質(zhì)條件較好的地區(qū)（如淮南、永城、兗州、冀州、邢臺(tái)、焦等），煤礦開(kāi)采區(qū)的三維地震勘探可以了解煤層、流域形狀、大于5m的擾動(dòng)、大于20m的擾動(dòng)柱和采空區(qū)以及預(yù)測(cè)煤層厚度的變化趨勢(shì)。該技術(shù)已成為煤礦開(kāi)采區(qū)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要手段。從1994年起,煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從平原地區(qū)拓展到包括山區(qū)、丘陵、戈壁、沙漠、海上、黃土塬等復(fù)雜條件區(qū)域。地震勘探成果為建設(shè)高產(chǎn)高效礦井提供了有效的地質(zhì)保障,獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。從多個(gè)礦區(qū)的三維地震效果統(tǒng)計(jì)看,三維地震勘探的構(gòu)造解釋成果與煤礦生產(chǎn)要求的控制精度還不相適應(yīng)。主要表現(xiàn)在:在地震地質(zhì)條件較好的區(qū)域,落差大于5m的斷層經(jīng)常遺漏,落差小于5m的斷層在常規(guī)地震數(shù)據(jù)中沒(méi)有顯示或顯示不清;對(duì)于落差10m以上斷層的解釋也經(jīng)常出現(xiàn)偏差;相距較近的斷層不能有效分辨;陷落柱、采空區(qū)、煤層變薄沖刷帶等地質(zhì)異常體的解釋存在多解性、準(zhǔn)確率不高。在不可能再次大量投入勘探費(fèi)用的前提下,多數(shù)礦井試圖采用三維地震資料精細(xì)解釋技術(shù)來(lái)提高三維地震資料的解釋精度,要進(jìn)行精細(xì)解釋,首先應(yīng)進(jìn)行探采對(duì)比分析。再根據(jù)分析的結(jié)論,采用針對(duì)性的措施來(lái)提高三維地震勘探成果的精度,本文以濟(jì)寧三號(hào)煤礦某采區(qū)三維地震勘探精細(xì)解釋為例,來(lái)進(jìn)行基于探采對(duì)比分析的三維地震資料精細(xì)解釋的研究工作。1聯(lián)合行1.1野外施工過(guò)程地震測(cè)區(qū)內(nèi)地表?xiàng)l件復(fù)雜:河流橫穿測(cè)區(qū)中部,河水面寬120m,局部寬至260m,水體水深2~3m;在河流附近魚(yú)塘連片大范圍分布在測(cè)區(qū)中部,其余區(qū)域內(nèi)村莊密集、村莊及河流面積占地震測(cè)區(qū)總面積的四分之一左右。地震野外施工過(guò)程中需要采用大量的變觀。采區(qū)含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二迭統(tǒng)山西組,含主要可采煤層有3層:31.2成品合格率及評(píng)價(jià)時(shí)間剖面采區(qū)內(nèi)合計(jì)完成生產(chǎn)物理點(diǎn)5698個(gè),其中,甲級(jí)記錄4248張,甲級(jí)率74.5%,乙級(jí)記錄1450張,乙級(jí)率25.5%,成品合格率100%。評(píng)價(jià)時(shí)間剖面346.32km,其中Ⅰ類剖面284.43km,占82.13%,Ⅱ類剖面61.89km,占17.87%,無(wú)Ⅲ類時(shí)間剖面。以上數(shù)據(jù)均滿足《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》的要求。1.3原三維地震勘探地質(zhì)結(jié)果原三維地震勘探結(jié)合鉆孔資料解釋了5m以上的斷層,并對(duì)32比較下的勘探2.1工作面揭露情況采區(qū)的三維地震勘探報(bào)告于2005年8月提交給礦方,2010年6月采掘巷道開(kāi)始進(jìn)入本采區(qū)。采掘資料顯示,原三維地震勘探報(bào)告成果不能滿足指導(dǎo)生產(chǎn)的需要,2011年10月礦方委托西安研究院對(duì)采區(qū)三維地震資料進(jìn)行精細(xì)處理與解釋。采區(qū)三維地震勘探區(qū)已有采掘活動(dòng)的區(qū)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(qū)域,巷道揭露的煤層變薄點(diǎn)兩處(圖中青色位置),但地震資料沒(méi)有解釋出來(lái)。(2)在工作面揭露區(qū)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(qū)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(shuō),落差小于3m的斷層,地震資料解釋準(zhǔn)確率較低,對(duì)于落差5m以上的斷層,從工作面揭露情況看,準(zhǔn)確率不能判斷。(3)煤層底板標(biāo)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(biāo)高誤差約為5m左右。2.2地震資料處理存在的問(wèn)題對(duì)比采掘資料、鉆孔資料與原三維地震解釋成果,認(rèn)為原三維地震報(bào)告中存在問(wèn)題的原因如下:(1)受地質(zhì)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(shí)間剖面的信噪比較低,這可能是資料處理過(guò)程中,野外炮點(diǎn)變觀較多,炮點(diǎn)的準(zhǔn)確歸位問(wèn)題沒(méi)有完全解決,靜校正問(wèn)題沒(méi)有解決好所引起的;(3)煤層底板標(biāo)高誤差較大的原因,可能是速度分析網(wǎng)度較大、偏移速度選擇不合適所引起的;(4)煤層沖刷帶沒(méi)有解釋出來(lái)的原因是:資料解釋過(guò)程中解釋網(wǎng)度過(guò)大,解釋方法單一、基本只依靠時(shí)間屬性來(lái)解釋斷層,而沒(méi)有充分利用其他屬性進(jìn)行煤層厚度變化趨勢(shì)解釋。2.3做好地震資料處理工作根據(jù)探測(cè)分析的結(jié)果,依據(jù)原三維地震勘探存在的不足,本次精細(xì)解釋采用了如下措施:(1)對(duì)資料進(jìn)行重新處理,解決好炮檢點(diǎn)重新定位問(wèn)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(zhǔn)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(shù)進(jìn)行解釋。3基于比較分析的精細(xì)解釋工作3.1空間屬性的定義檢波點(diǎn)和炮點(diǎn)的位置準(zhǔn)確與否,是能否獲得高精度處理結(jié)果的基礎(chǔ)。二次資料處理中空間屬性定義好以后,利用處理系統(tǒng)中的觀測(cè)系統(tǒng)質(zhì)量檢查模塊對(duì)定義位置偏離實(shí)際位置的炮點(diǎn)進(jìn)行校正,累計(jì)發(fā)現(xiàn)200個(gè)炮點(diǎn)(占總炮點(diǎn)的3.5%)的實(shí)際位置與原定義的位置不一致,這些炮點(diǎn)多位于障礙物附近。3.2野外靜校正處理效果比較測(cè)區(qū)地勢(shì)相對(duì)平坦,原資料處理過(guò)程中認(rèn)為這樣的地形條件下可以不進(jìn)行野外靜校正工作,二次資料處理過(guò)程中采用折射靜校方法對(duì)原始地震記錄進(jìn)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(shí)間剖面更加光滑,連續(xù)性更強(qiáng)、淺層的性噪比更高(見(jiàn)圖2)。分析認(rèn)為:新處理的資料品質(zhì)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。3.3地表一致性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(jīng)測(cè)試對(duì)比后,選擇了地表一致性預(yù)測(cè)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(diǎn)、共接收點(diǎn)、共偏移距、共反射點(diǎn)等多種成分的思想,它不僅能壓縮地震子波,而且能進(jìn)一步消除地表?xiàng)l件的變化對(duì)地震波的振幅特性和相位特性的影響,同時(shí)對(duì)多次波也有壓制作用。經(jīng)過(guò)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迭加剖面分析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(gè)速度值的疊加剖面并按一定順序排列起來(lái),比較分析某一速度的迭加剖面來(lái)求取速度。該方法的優(yōu)點(diǎn)精度高。在該區(qū)進(jìn)行了三次速度分析,應(yīng)用第三次速度分析的速度體進(jìn)行最終疊加,得到最終疊加剖面。合理的偏移速度得到的時(shí)間剖面構(gòu)造現(xiàn)象明顯、斷點(diǎn)干脆,反射波分辨率、信噪比高,見(jiàn)圖4,圖4(a)的方框部分與圖4(b)方框部分對(duì)比,顯示了新處理時(shí)間剖面的合理性與準(zhǔn)確性。3.4不同層屬性的地震屬性測(cè)試目的層中構(gòu)造的存在,勢(shì)必造成目的層與圍巖的物性差異,這種差異可能體現(xiàn)在地震波至?xí)r間、頻率、振幅、相位差異。故計(jì)算、研究包含目的層在內(nèi)的一定厚度(時(shí)間剖面上顯示為時(shí)間)“層”的各種層地震屬性,可能有助于發(fā)現(xiàn)小的構(gòu)造與地質(zhì)異常體。我們計(jì)算了20種層屬性,其中振幅屬性、能量屬性均對(duì)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(qū)域代表煤層變薄范圍,白色區(qū)域代表煤層厚度大于3m的區(qū)域,灰色區(qū)域代表煤層大于1m而小于3m。4詳細(xì)處理地質(zhì)結(jié)果和驗(yàn)證4.1m5m施工解釋成果經(jīng)過(guò)精細(xì)處理解釋后,查明了3上、3下煤層的起伏形態(tài)和次一級(jí)褶曲的發(fā)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(diǎn)進(jìn)行了解釋;同時(shí)對(duì)3上、3下、煤層的厚度變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。共解釋斷層23條,解釋小斷層密集帶3個(gè),解釋煤層缺失帶1個(gè),煤層變薄帶沖刷3個(gè)。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(fā)現(xiàn)斷層2條,新解釋小斷層密集帶3個(gè);新解釋煤層缺失帶1個(gè)、煤層變薄帶沖刷5個(gè)。4.2地面鉆孔驗(yàn)證經(jīng)過(guò)精細(xì)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(duì)煤層缺失區(qū)進(jìn)行了地面鉆探驗(yàn)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(yàn)證了1個(gè)煤層煤層變薄沖刷帶、1條巷道驗(yàn)證了1個(gè)小斷層密集帶,驗(yàn)證的煤層變薄沖刷帶邊界誤差分別為5m、8m、14m、18m、27m