地震属性技术在煤田地震勘探中的应用研究

第 31 卷 第 3 期　　　　　　　　　　　　　　中国矿业大学学报 　　　　　　　　　　　V o l. 31 N o. 3 2002 年 5 月 　　　　　　　　Journal of Ch ina U niversity of M in ing & T echno logy 　　　　　　 M ay 2002 文章编号: 100021964 (2002) 0320267204 地震属性技术在煤田地震勘探中的应用研究 崔若飞, 李晋平, 庞留彦, 闫德庆 (中国矿业大学 资源与地球科学学院, 江苏 徐州　221008) 摘要: 介绍了地震属性技术的特点和专业术语, 阐述了同相轴属性和数据体属性参数的提取方 法. 利用实例说明了该技术在识别断层及其它构造、解释煤层厚度变化、预测奥陶系灰岩岩溶裂 隙等的具体应用情况. 认为在煤田地震勘探中, 利用地震属性信息有助于解释人员了解地下构 造、地层和岩性特征. 关键词: 地震勘探; 属性技术; 应用研究 中图分类号: P 631. 4　　　文献标识码: A 　　自 1993 年在淮南谢桥矿完成第一块采区三维 地震勘探以后, 三维地震勘探技术已经成为煤田开 发地震勘探阶段的主要手段. 我国煤田三维地震资 料采集和处理技术发展迅速, 现已全部实现数字化 和自动化. 相比之下, 地震 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 解释方法和技术的 发展却远远落后于资料的采集和处理. 煤田三维地震资料解释任务基本还停留在构 造解释阶段, 现行的解释方法基本上是二维地震解 释的思路, 主要是利用剖面上的反射波至时间变 化、并参考振幅、相位等因素来解决构造问题的. 而在油气勘探中, 从 20 世纪 70 年代起就向岩 性勘探、“直接找油”的方向发展. 随着油气勘探的 不断深入, 特别是在常规地震资料含有微弱油气信 息而人工难以分辨的情况下, 从三维地震数据体中 提取其它方法无法提取地震信息——地震属性参 数, 并利用各种模式识别方法对地震属性参数进行 系统研究, 从而确定主要岩性带的分布, 预测含油 气有利部位[1 ]. 通过多年的实践, 我们认为地震属性技术完全 能够用于煤田地震勘探领域. 它不但能够解决细微 构造问题, 同时也能解决各种岩性问题, 而这些地 质问题都是当前煤矿安全生产迫切需要解决的. 1　地震属性技术简介 地震属性是指从地震数据中提取出来的运动 学、动力学和统计学地震特殊测量值, 过去的文献 常称为地震特征参数, 现在已统称为地震属性. 地震属性技术是指提取、显示、 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和评价地 震属性的技术, 在煤田地震勘探中包括地震属性的 提取、地震属性的分析、利用地震属性区分构造、岩 性并进行目的层预测[2 ]. 地震属性的分类没有统一的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 , 不同的学者 分别提出过不同的属性分类[3～ 5 ]. 结合煤田地震勘 探的特点, 可以根据运动学ö动力学特征把地震属 性分成 8 个类别: 振幅、波形、频率、衰减、相位、相 关、能量、比率. 地震属性的类型很多, 要根据解决 的地质问题来选择相应的地震属性. 地震属性技术的关键在于属性提取, 提取方式 包括同相轴属性提取和数据体属性提取. 1. 1　同相轴属性的提取 同相轴属性是与某个界面有关的地震属性, 具 体提取方法包括瞬时提取法、单道分时窗提取法和 多道分时窗提取法. 瞬时提取法即传统的“三瞬”参数, 瞬时振幅、 瞬时相位和瞬时频率. 单道分时窗提取法是在一个地震道上用“可变 时窗”提取各类属性参数, 通过解释出的反射同相 轴来定义可变时窗的上界和下界. 常用的有时间域 属性参数、频率域属性参数和分形分维属性参数. 多道分时窗提取法是在多个地震道上用可变 时窗提取各类属性参数, 除了要定义可变时窗的上 界和下界外, 还需要定义处理道数, 将所得到地震 收稿日期: 2001 09 02 作者简介: 崔若飞 (19542) , 男, 河南省栾川县人, 工学博士, 中国矿业大学教授, 从事应用地球物理方面的研究. © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 属性放到中心道位置上. 常用的有品质因素和二维 分形参数. 1. 2　数据体属性的提取 基于数据体的地震属性将产生一个完整的属 性体, 其最大优点是能产生相关型的数据, 从而提 供逐道之间地震信号相似性和连续性的有用信息. 将固定的三维数据体转化为能反映一定地球物理 特征的新三维数据体. 最常见的是相干数据体[6, 7 ]. 2　应用范围 2. 1　识别断层 利用地震属性和模式识别方法对龙东煤矿二 维地震资料进行解释, 查明东翼采区 7 煤层中落差 大于和等于 10 m 的断层. 利用模糊综合评判、模 糊模式识别和分段线性模式识别 3 种模式识别方 法对波峰波谷振幅、波谷相位时间、相似系数和主 频带通能量百分比四种地震属性参数进行综合分 析和断层识别. 断点的判别准则是: 1) 3 条识别曲线的隶属 度值均大于 60% , 认为是A 级断点, 解释完全可 靠; 2) 3 条识别曲线中, 任意两条的隶属度值大于 60% , 另一条的隶属度值小于 60% , 认为是B 级断 点, 解释比较可靠; 3) 3 条识别曲线中, 任意一条 的隶属度值大于 60% , 另外两条的隶属度值小于 60% , 认为是C 级断点, 解释仅供参考. 图 1a 是采勘对比线 10 线的偏移剖面, 根据巷 道揭露的断层有 3 条: F 21, F 22和 F 68, 它们的落差分 别是 12, 5. 1 和 4. 3 m. 图 1b 是该线 7 煤层的断层 隶属度曲线, 左图为模糊综合评判法的断层隶属 度, 中图为模糊模式识别法的断层隶属度, 右图为 分段线性模式识别法的断层隶属度. 解释结果为 129CD P 对应 F 21 断层, 186CD P 对应 F 22 断层, 261CD P 对应 F 68断层. 从图 1b 中发现在 212CD P 处有一异常, 其对应着一个落差为 2 m 的断层, 已 经被巷道资料证实. 如果仅仅依靠人工解释, 确定 这样的断点是不可能的. 图 1　10 线 7 煤层的断层偏移剖面及隶属度曲线 F ig. 1　M igrated section and p robab ility curve of coal seam N o. 7 of L ine 10 2. 2　解释凹陷构造 利用第 3 代相干算法, 计算鲍店煤矿十采区的 相干数据体. 从三维地震数据体可知, 在主测线方向 150～ 300 线, 连接测线方向 350～ 450 线, 300～ 450 m s 范围内, 有一个明显的凹陷构造. 图 2a 为地震数据体在 t= 395 m s 的时间切 片, 图 2b 为相干数据体在对应时间的时间切片. 可 以看出相干时间切片比常规时间切片要清楚得多, 分辨率高得多. 2. 3　预测煤层厚度变化 利用地震属性和人工神经网络技术对梁家煤 矿二采区三维地震资料进行 4 煤层的厚度预测. 采用的方法为 3 层BP 网络, 利用 6 个钻孔所 对应的波峰波谷振幅、主频、主频幅值、平均频率和 低频 (5～ 35 H z) 带宽能量等 5 个地震属性参数作 为网络学习的输入样本, 网络的中间层为 4 个节 点, 输出层为 1 个节点, 对应的煤层厚度值作为网 络的期望输出. 利用训练好的神经网络, 以 30 m ×30 m 的解 释网度对二采区的 4 煤进行了煤层厚度解释, 见图 3. 由地震资料得到的煤层厚度平面图, 等值线分 布均匀, 变化也比较平缓, 基本上反映了煤层厚度 的变化规律. 利用二采区内的 3 个检查孔的煤厚资 料, 发现解释结果与钻孔资料吻合较好, 见表 1. 862　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中国矿业大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 31 卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 2　数据体在 t= 395 m s 的时间切片 F ig. 2　T im e slice of seism ic data valum e fo r t= 395 m s 图 3　梁家煤矿二采区煤 4 厚度平面图 F ig. 3　T h ickness con tour of N o. 4 coal seam in the 2nd district, L iangjia CoalM ine 表 1　解释结果的验证情况 Table 1　Ver if ica tion of in terpretation results 钻孔号 实际煤厚öm 解释煤厚öm 绝对误差ö% 相对误差ö% 33 5. 93 5. 25 0. 68 11. 4 323 7. 06 6. 41 0. 65 10. 9 3237 6. 85 6. 19 0. 66 9. 6 2. 4　预测奥陶系灰岩岩溶裂隙发育带 山东省泰安市大汶口是重要的石膏产地, 已探 明石膏储量约 300 亿 t, 位居亚洲第一. 石膏矿带 分布在下第三系大汶口组, 与奥陶系呈不整合接 触. 由于奥陶系灰岩岩溶裂隙含水, 大汶口矿区的 7 个石膏矿有 6 个被奥灰水淹井, 给矿井的安全生 产带来灾难性后果. 利用地震属性和模式识别方法, 对大汶口矿区 西南庄矿段二维地震资料进行奥陶系灰岩岩溶裂 隙发育带的预测. 利用模糊综合评判、模糊模式识别和分段线性 模式识别 3 种模式识别方法对波峰波谷振幅、低频 带能量、品质因素和二维分形参数四种地震属性参 数进行奥陶系灰岩岩溶裂隙发育带的预测, 其最终 成果见图 4. 图 4　3 种模式识别方法的综合预测成果 (原图是彩色) F ig. 4　Synthetic p redict ing resu lt of 3 k inds of pattern recogn it ion m ethods 奥陶系灰岩岩溶裂隙发育带预测结果已经定 量化. 隶属度高于 80% 的区域肯定是岩溶裂隙发 育带; 隶属度介于 60%～ 80% 的区域基本上是岩 溶裂隙发育带; 隶属度小于 60% 的区域基本上不 是岩溶裂隙发育带. 从图 4 中看出, 预测区域内有两个岩溶裂隙发 育带, 东部岩溶裂隙发育带 (10 线到 12 线之间) 和 中西部岩溶裂隙发育带 (14 线到 18 线之间). 其中 东部岩溶裂隙发育带与人工解释 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 基本吻合, 而 在原解释方案中不存在中西部岩溶裂隙发育带. 这 个预测结果引起解释人员的高度重视, 在最终地质 962第 3 期 　　　　　　　　　　崔若飞等: 地震属性技术在煤田地震勘探中的应用研究　　　　　　　　　　　　 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 解释方案中采纳了这个意见. 3　结　论 1) 在煤田地震勘探中, 利用地震属性信息有 助于解释人员了解地下构造、地层和岩性特征. 2) 地震属性技术能够用于煤田地震勘探和开 发的许多领域, 包括地震构造解释、地震地层解释、 地震岩性解释和地震模拟, 其应用前景十分广泛. 参考文献: [ 1 ]　肖姹莉, 彭　勇, 王　兴, 等. 地震模式识别系统在碳 酸岩油气预测中的应用 [J ]. 石油地球物理勘探, 1995, 30 (增 2) : 39246. [2 ]　崔若飞. 地震资料矿井构造解释方法及其应用[M ]. 北京: 煤炭工业出版社, 1997. [ 3 ]　D sgup ta R , C lark R A. E stim ation of Q from sur2 face seism ic reflect ion data[J ]. Geophysics, 1998, 63 (6) : 212022128. [ 4 ]　Chen Q , Sidney S. Seism ic attribu te techno logy fo r reservo ir fo recast ing and monito ring [J ]. T he leading Edge, 1997, 16 (5) : 2202231. [ 5 ]　M ichelena R J. Sim ilarity analysis: A new too l to summ arize attribu te info rm ation [ J ]. T he L eading Edge, 1998, 17 (4) : 62267. [ 6 ]　M arfurt K J , K irlin R L , Farm er S L , et a l. 3D seism ic attribu tes using a sem blance2based coherency algo rithm [J ]. Geophysics, 1998, 63 (4) : 115021165. [7 ]　Gersztenko rn A , M arfurt K J. E igenstructu re2based coherence computations as an aid to 3D structu ral and stra t igraph ic m app ing [J ]. Geophysics, 1999, 64 (5) : 146821479. R esearch on A pp licat ion of Seism ic A tt ribu te T echn ique in Coal Exp lo rat ion CU I R uo2fei, L I J in2p ing, PAN G L iu2yan, YAN D e2qing ( Co llege of M ineral R esource and Geo science, CUM T , Xuzhou, J iangsu 221008, Ch ina ) Abstract: Characterist ics and techn ica l term s of seism ic at t ribu te techn ique w ere in troduced. A nd the ex tract ing m ethods of bo th even t and data vo lum e at t ribu te w ere exp la ined. Som e app lica t ion examp les, including detect ing fau lts, in terp ret ing the th ickness varia t ion of coal seam s, and p redict ing karst frac2 tu red zones in carbonate rock s w ere given. T he au tho rs ho ld that in terp reters can understand the sub2 su rface st ructu re, st ra t igraphy, and litho logy characters by u sing seism ic at t ribu te info rm at ion in seis2 m ic su rvey of coal. Key words: seism ic su rvey; a t t ribu te techn ique; app lica t ion research 072　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中国矿业大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 31 卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net