煤矿三维地震资料振幅切片解释及应用前景

　　摘要　鉴于三维地震资料常规解释方法的不足，提出了利用人机联作工作站生成煤层波振幅切片的方法及其解释技术，并以实例展示了该技术在煤田三维地震小构造解释中的独特效果及应用前景。
　　关键词　三维地震法勘探　振幅切片　相干特征　地质解释
　　中国图书资料分类法分类号　P631

INTERPRETATION AND APPLICATION PROSPECT OF AMPLITUDE SECTION OF THREE-DIMENSIONAL SEISMIC DATA IN COAL MINE

　　Cheng Jianyuan　Zhang Shiyuan　Zhang Guangzhong　(Xi’an Branch of CCRI)
　　Cheng Yun　Tian Shengrong　Wang Shunxiang　Guan Hui　(Hami Mining Bureau)

　　Abstract　Considering the disadvantages of the conventional method for interpreting three-dimensional seismic data,the generation method of amplitude section of in-seam wave by the interactive work station and its interpretation technique are presented.The unique effects and application prospect of this technique in the interpretation of small three-dimensional seismic structures in coal field are showed with the examples.
　　Keywords　three-dimensional seismic method;amplitude section;coherence property;geological interpretation

1　引言
　　煤矿综采机械化技术的推广应用，对矿井地质工作提出了愈来愈高的要求。国内外综采地质实践证明：采区高分辨率三维地震勘探是解决煤矿综采地质问题的首选技术，具有很好的经济效益和社会效益。
　　近几年，煤田三维地震野外仪器设备和室内处理手段发展很快；相比之下，三维地震资料的解释方法仍未摆脱传统二维地震资料解释的局限，即三维解释仍沿用在纵测线连续追踪对比、通过横测线进行层位闭合、参考等时水平切片解释共同确定构造方案的解释思路。这种常规的三维资料解释方法存在以下不足：
　　a.　三维数据体信息量很大，但信息利用率低，工作量大，且在断层组合上存在多解性；
　　b.　煤层倾角较缓时等时水平切片视分辨率低，且无法从中拾取波峰、波谷信息，断层解释比较抽象；
　　c.　对于一些特殊地质异常体(如陷落柱、冲刷变薄带、火成岩体等)，难以定性判别或准确圈定其范围。
　　目前尽管在三维地震资料解释中引进了人机联作交互技术，但以系列密集垂直剖面和水平等时切片联合解释为基础的工作方法，只能在一定程度上减轻解释人员的手工工作量，无法克服以上存在的不足。
　　究其原因，笔者认为一是单从某一侧面解释三维数据体，难免造成解释上的偏差，而应从三维空间立体角度出发，进行三维资料体积解释；其二，无论是断层或陷落柱等不规则地质异常体，均在平面上呈现出明显的规律性(指空间延展或形态)，而在某一切面上则失去其相干特性信息，从而造成解释上的多解。
　　为此，笔者提出一种从三维资料体积解释思路出发，进行三维资料振幅切片解释的新技术，并经过张双楼矿、义安矿、翟镇矿三维资料解释对比验证，效果良好。
　　
2　方法原理
2.1　振幅切片的生成
　　众所周知，煤层与其围岩的波阻抗差异较大，煤层反射波具有同相性、连续性、能量突出性、波形稳定等特点，利用keskes提出的同相轴自动拾取算法，通过人机联作交互软件，对煤层反射波进行空间自动追踪对比，并拾取每个节点上煤层反射波的波峰时间、最大振幅，同时将各道之间相关系数记录下来；然后以煤层反射波最小反射时间为层拉平等时面，对整个三维数据体施加静态时移实现沿煤层面层拉平；最后以每个面元节点上煤层反射波的振幅为参量，绘制出沿煤层面水平振幅切片系列平面图，也可利用波峰时间与振幅两个参量绘出煤层振幅变化空间立体图、煤层反射波相关系数平面图等，作为构造解释的基础图件。
2.2　振幅切片的解释方法
　　在生成振幅切片的基础上，可按能量大小对煤层反射波振幅进行多彩色分级或灰度分级。振幅切片上一些光滑连续的低振幅线性条带或圈闭，在排除了不满覆盖、障碍影响等施工条件影响外，就是断层构造或地质异常体的直观反映。
2.2.1　正断层解释
　　由于正断层的断开带本身就是无煤带，因此沿煤层振幅切片上正断层的迹线直接与低振幅线性条带相对应。图1a是新汶局翟镇矿部分三维振幅切片上断层的反映，图1b为构造示意图。可以看出：该区由于受到两次构造运动断层交切关系复杂，延展方向各异，仅靠垂向剖面解释难以避免断层组合上的多解性；而在振幅切片上，断层的交切关系与延展方向以及破碎带宽度都得到了清晰的显示，对一些落差较小的断层，也有相应的反映。

图1　断层的解释
　　a——三维振幅切片；b——构造示意图

2.2.2　逆断层解释
　　逆断层造成煤层重复，断层带附近波的复合干涉引起煤层反射波能量减弱，从而可以在振幅切片上检测出来；对于一些落差较小的逆断层，直接识别特征不明显(见图2a中落差0～6 m的DF₄逆断层)，可通过对振幅切片的平面滤波和边缘增强处理加以改善。
2.2.3　薄煤带的解释
　　煤层反射波是复合波，其反射能量以煤层的贡献为主。在煤层厚度比较稳定的地段，煤层反射波波形特征明显、能量稳定；煤层厚度变薄地段，煤层反射波能量出现明显减弱，连续性变差。如图2a——徐州局义安矿2号煤层变薄区范围就是在振幅切片上低能量圈团上圈定的；而用常规的纵剖面解释方法则易使变薄带与断层解释相混淆(图2b)。

图2　薄煤带的解释
　　a——振幅切片显示；b——纵剖面特征

2.2.4　陷落柱的圈定
　　陷落柱除了造成反射波横向上的不连续性和沿垂向发育的特征之外，最明显的特征为在平面上呈不规则圈闭特点。在振幅切片上，陷落柱解释方法与薄煤带一致。在波峰时间—振幅切片—垂向剖面三轴主体可视化图上，可以直观地展现陷落柱的空间立体形态。图3是利用三维资料三轴振幅切片，在徐州局张双楼矿发现的一个陷落柱，其解释结果已被巷道工程和井下钻探所证实，解释的陷落柱边界摆动误差小于5 m。

图3　陷落柱的解释

　　另外三维振幅切片对于平面上具有相干特征(线性、圈闭等)的地质构造，均具有独特的解释效果。利用该技术已成功地在500～600 m深度上检测到矿井巷道(3.2 m×3.8 m)，更进一步表明了振幅切片具有极好的空间分辨率。

3　应用前景
　　三维资料振幅切片的地质解释，克服了常规三维资料解释方法的不足，充分利用了三维数据信息量大的特点和断层、陷落柱、煤层变薄带等地质体在平面上呈现相干特征的优点，借助于人机联作解释系统可以快速、准确地进行三维构造解释，具有最大的空间分辨率。利用这一技术除了进行构造解释外，还可通过多层振幅切片解释，直接绘制等厚图、复原图、平衡地质剖面等，为地史学研究、地震地层学解释提供资料；同时可以为今后利用三维地震资料进行煤厚解释和岩性预测提供丰富的空间校正和解释资料，应用前景十分广阔。

4　结论
　　a.　三维资料振幅切片解释弥补了常规解释方法的不足，可适用于任意走向断层的解释，还可用于陷落柱、煤层变薄、巷道检测、火成岩等特殊地质体直观、快速解释，具有好的空间分辨率。
　　b.　利用人机联作系统对多层振幅切片的解释，可以方便地勾绘t₀平面图、等高线图、等厚线图，并可以为煤厚预测、地层学、地史学研究等提供资料。
　　c.　可进一步在三维振幅切片的提纯处理上，引入卫片、航片等遥感图像的空间滤波、图像增强处理技术，以获得更高的空间信噪比和分辨率，应用前景十分广阔。

作者简介：程建远　男　32岁　博士研究生　煤田地震勘探

作者单位：程建远　煤炭科学研究总院西安分院　710054
　　　　　程　云　田胜荣　王顺祥　管　辉　哈密矿务局　839003
　　　　　张时元　张广忠　煤炭科学研究总院西安分院　710054

参考文献
1　张爱敏.采区高分辨率三维地震勘探.徐州：中国矿业大学出版社，1997
2　A R 布朗.三维地震资料解释.北京：石油工业出版社，1996
3　勾精为，崔宝兰，龚幸林.对进一步提高三维地震效果的几点构想.中国煤田地质，1997；(5)
4　李东安.三维断层组合.石油地球物理勘探，1992；127；(4)
5　王强，李玲等.地震资料人机交互解释.北京：石油工业出版社，1995