地震多属性融合技术在煤矿隐蔽断层构造识别中的应用研究

张晓岩

（山西潞安化工集团有限公司 古城煤矿，山西 长治 046100）

0 引 言

煤田隐蔽断层构造是影响矿井安全、高效生产的重要地质因素，需要精细确定和有效识别出煤田隐蔽断层构造的形态、产状、切割情况，但一些地表地质条件相对复杂矿区，地面采集的地震数据信噪比较低，隐蔽断层构造的三维地震精细识别受到一定影响。因此在复杂地质条件下隐蔽断层的精细识别技术，需要把提高地震记录信噪比和分辨率作为数据处理的目的和宗旨。本文针对古城煤矿南一盘区隐蔽断层构造，对采用地面三维地震数据体进行精细处理，提高了地震记录信噪比。利用地震多属性参数特性，识别出隐蔽断层构造多种属性特征，精细、准确识别出断层的空间参数；采用地震多属性融合技术，对地震数据体进行综合属性评价与分析，识别出小断层构造，为矿井的安全、高效生产提供了地质保障。

1 矿井地质条件

古城煤矿南一盘区地表被第四系覆盖，煤层为石炭系上统太原组上段和二叠系下统山西组，目前主要开采山西组3 号煤层，煤层厚3.35～10.25 m，平均厚6.32 m。盘区构造为北北东—北东东走向，倾向西的单斜构造。地表为第四系黄土覆盖，厚度为80～150 m，存在一定厚度的姜石层，对三维地震探测具有一定影响。

2 三维地震数据精细处理

2.1 三维地震野外数据采集评价

该区三维地震野外数据采集采用法国428XL-Lite 多道遥测数字地震仪，10 线8 炮制（中间放炮） 规则束状观测系统，5 m×10 m 的CMP 网格，20 次覆盖次数。激发采用工程钻机，在12～20 m 的厚姜石层中激发，1～1.5 kg 炸药量。接收采用3 只60 Hz 动圈式检波器，串联点式接收方式。

原始单跑记录质量如图1 所示。由图1 可看出，单跑记录质量一般，记录的信噪比较低，面波干扰对记录质量影响较大；地震记录的主频在25～100 Hz，频带宽度小。

2.2 三维地震数据精细处理技术

根据古城煤矿南一盘区地形地质条件的特点，采取针对性的地震数据处理方式。针对厚覆盖层厚度和低降速度变化剧烈的问题，进行静校正处理；针对地震波能量变化剧烈，同时局部地段地层倾角变化大的问题，重点进行反褶积与大倾角区的反射波成像工作，特别是大倾角地段存在的反射画弧现象。处理中重点突出振幅恢复、滤波、反褶积、叠加、偏移等流程，从叠加、去噪、反褶积、偏移等各环节加强小断层的识别，要求断点清晰，能够可靠解释对比。

针对构造复杂地段的三维地震数据处理重点采用叠前时间剖面精细确定小断层和断点位置。通过叠前时间偏移剖面和叠后时间剖面的对比（图2），认为叠前时间偏移剖面上绕射波收敛好，断点清晰、归位合理，能消除假异常现象，保真度高；对于大倾角地段主要用于叠后时间偏移剖面，断点归位好。

3 多属性参数的小断层精细识别技术

地震属性包含多种地质信息，一般包括有22种地震属性值，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、带宽、主频、半幅能量、瞬时频率、瞬时相位、最大振幅、走向曲率、最小振幅、正负相位比率、均方根振幅、地震弧长、总振幅、总能量、负振幅和、正振幅和门槛值、零相位数。

3.1 三维方差体识别技术

三维方差体技术能够对三维地震地质信息自动拾取；水平切片反映了地质构造在不同时间深度上的空间形态；顺层切片反映了某一目的层的构造形态。三者结合可建立起构造骨架的概略模型，确定小断层的空间特征，如图3 所示。该识别技术常与层位追踪对比分析同步进行。

图3 断层在地震时间剖面（a-横向；b-纵向）、振幅属性剖面（c） 及顺层切片（d） 识别特征Fig.3 Fault identification characteristics in seismic time profile(a-horizontal;b longitudinal),amplitude attribute profile(c)and bedding slice(d)

3.2 地震多属性识别技术

通过对比分析，认为对小断层而言，反映较好的是煤层倾角、瞬时振幅、几何平均振幅和数据梯度级别4 种地震属性切片，如图4 所示。

图4 断层构造地震数据多属性特征Fig.4 Multiple attribute characteristics of fault structural seismic data

倾角属性提取分析技术对断层微小变化具有放大作用，对于微小的断层构造异常易于识别（图4a）；瞬时振幅是指沿层提取地震波在给定某一采样点振动幅值的大小变化，同样对小断层异常具有放大作用（图4b）；振幅统计类属性，主要用于研究岩性趋势变化，可用于岩性解释，也可用于地层岩性相变分析，识别岩性变化地质异常体（图4c）；沿反射波通过相邻三维样点计算地震数据瞬时梯度的级别值，用于异常分析并识别小构造（图4d）。

4 结 论

煤矿隐蔽断层构造对矿井安全生产和自动化机械开采影响较大，准确、高效确定隐蔽断层构造是煤矿地质勘探的重要任务。针对古城煤矿复杂地震地质条件下的三维地震勘探，分析不同地质条件的变化，不同区域采用不同的数据处理和解释技术，形成复杂地质条件下的三维地震勘探中隐蔽断层的精细识别技术，为类似地质条件矿井的三维地震勘探精细处理与解释提供借鉴。

（1） 复杂构造地段，采用叠前时间偏移技术和叠后时间剖面的对比，地层倾角变化缓地段采用叠前时间偏移剖面对于断层构造的识别更清晰、有效；对地层倾角变化剧烈地段采用叠后时间剖面识别断层的断点位置较准确，可消除偏移画弧现象。

（2） 常规的断层解释通过地震剖面上振幅、相位和时差等特征识别断层，由于小断层在时间剖面上的微小变化，难以肉眼识别。通过分析，采用倾角属性提取分析技术对断层微小变化具有放大作用，对于微小的断层构造异常易于识别；基于瞬时振幅属性对小断层异常具有放大作用；地震数据瞬时梯度的级别值对断层构造识别敏感。