基于VVA软件的三维地震解释技术在官庄河煤矿的应用

刘毅，薛江，白亮亮，穆晓强，弓江豪

（陕西省煤田物探测绘有限公司，陕西 西安 710005）

1 概况

山西蒲县宏源集团官庄河煤业有限公司位于蒲县太林乡油房南、官庄村、东开府村一带，行政区划属蒲县太林乡管辖。井田位于霍西煤田的中西部，地层出露较齐全，区域东部为老地层出露区，主要为古生界寒武系、奥陶系和太古界吕梁山群、太岳山群。区域内主要地层为石炭系和二叠系，以中奥陶系地层为基底，区内山梁及沟谷底部普遍被第四系地层覆盖，一些沟谷底部及其两侧可见上第三系地层分布。井田总体为一轴向北西的向斜构造，地层倾角一般5°～8°，局部达15°左右，井田内发育3 条褶曲，16 条断层，其中2 条为逆断层，14 条为正断层，9 个陷落柱，井田总体地质构造属简单类。

此次三维地震勘探[1]区位于井田的东南部，勘探区呈近似矩形，面积2.29 km2。勘查区位于吕梁山南段东麓，地势总体呈北东高南西低，区内沟谷纵横，植被茂盛，灌木丛生，地形较为复杂。勘查区内有村庄分布，河流经过，可供车辆行驶的道路较少，大部分地段需靠人行走及人力搬运施工设备。勘查区高差较大，相对高差约210.00 m。最高点位于勘查区北东部边界山梁上，标高为1 490.00 m，最低点位于勘查区中部边界辛庒河河床，标高为1 280.00 m。

勘查区内大部分基岩出露，西北角有少部分耕地区域被薄黄土覆盖，山梁上大部分为坚硬岩石，半坡区有坡积碎块。区内主要可采煤层2 号、11号煤层厚度较稳定，围岩基本上以砂岩为主，煤层与围岩岩性特征差异较明显，可形成稳定的标准反射波。

此次探测的目的层主要为二叠系下统山西组的2 号煤层和石炭系上统太原组的11 号煤层。为了查明区内煤层小窑破坏区域、构造分布情况、煤层起伏形态及煤厚预测，需要对官庄河煤矿四采区进行三维地震勘探工作。

2 VVA 软件基本介绍

VVA 软件主要包括属性的提取与分析、三维可视化以及构造解释3 部分[2-6]。其中属性提取包括体属性、层面属性、顺层属性、层间属性、地层体属性、滤波属性六大类型的属性提取功能；属性的分析工具则包括属性定量标定、属性交会、属性聚类、继承性分类、主成分分析、频谱成像、波形相关分析7 大主要的分析工具。VVA 软件的地震数据体、层位、断层、地层体、井数据以及软件计算分析的各种属性数据都能在三维空间中方便地显示，软件同时提供了方便的井位设计功能以及三维透视功能。VVA 的构造解释部分提供了方便的交互解释功能，层位解释有多种追踪方式和模式，能在三维空间、二维剖面以及底图上即时交互解释，断层解释也能在三维、二维剖面上交互解释，并且能够通过底图进行即时质量控制。该软件在小断层预测和陷落柱解释等方面具有较明显优势。

3 解释流程及方法

3.1 解释流程

以VVA 软件解释为主，地震时间剖面人工对比解释为辅。在人工对比解释地震时间剖面的基础上，对钻孔处有效波进行标定，建立一定的构造格架，然后选择一定网度的纵、横向垂直时间剖面重点解释、控制宏观构造，再进一步加密剖面，即由粗网格（160 m×320 m） 到细网格（40 m×80 m）逐步加密进行解释，对局部微细构造加密网格（10 m×10 m）。通过粗网格建立全区大致构造框架，利用细密网格对全区资料进行细致分析解释，达到对小断层的控制[7]。

纵向和横向时间剖面相结合，规则网度时间剖面和联井时间剖面相结合，垂直时间剖面与水平切片、顺层切片相结合，全方位进行对比追踪和闭合。同时结合钻孔资料，进行综合解释，确保解释成果的精度与可靠性。VVA 软件解释立体示意如图1所示。充分利用已有地质资料，掌握区内地质规律，将宏观的区域构造规律和该区的地质构造特征结合起来深入分析，解释中以垂直剖面和水平切片解释为基础。VVA 软件解释流程如图2所示。

图1 VVA软件解释立体示意Fig.1 Stereoscopic diagram of VVA software interpretation

图2 VVA软件解释流程示意Fig.2 VVA software explanation process

3.2 解释方法

3.2.1 利用VVA 提取的地震属性对断层进行分析

首先利用地震属性对勘查区的断层进行调查，了解其空间分布，然后利用垂直地震时间剖面、水平时间切片、地质、测井资料进行综合解释、反复对比。地震沿层属性切片，反映了某一反射波在不同地段的地震信息。此次解释过程中，通过优化对比后对目的层反射波的弧长、平均能量、最大振幅、最小振幅、瞬时振幅、瞬时频率、均方根振幅等进行了分析，利用相干数据体、断裂似然体等属性对构造进行了综合分析。图3为断层在时间剖面和不同地震属性上的响应。图4为断层在断裂似然体上的响应。

图3 断层在时间剖面和不同地震属性上的响应Fig.3 Response of fault on time profile and different seismic attributes

图4 断层在断裂似然体上的响应Fig.4 Response of fault on fractured likelihood body

3.2.2 利用VVA 提取的地震属性对陷落柱进行分析

陷落柱的解释主要以地震属性解释与时间剖面解释相结合的方法，对陷落柱的位置及大小进行精细的标定，提高解释精度。此次资料解释过程中对偏移数据体提取了多种地震属性，通过地震沿层地震属性和层间地震属性技术对该区的地震资料进行了深入的解释，确定地质构造骨架。

（1） 时窗的选取。

在属性分析中，考虑到陷落柱、小断层的地震、地质特征及与围岩、煤层接触带的波阻抗差异特征，沿煤层反射波向上向下各开5、10、15、20 ms 时窗，在相干数据体中分别提取均方根振幅属性进行分析得出，基于煤层反射波所开15 ms 时窗获得的地震属性较为理想。15 ms 相干体均方根振幅属性图如图5所示。

图5 15 ms 相干体均方根振幅属性图Fig.5 Amplitude attribute diagram of 15ms coherent volume mean square

（2） 地震属性优选。

此次利用解释软件，提取了多种属性进行比较，最后经优化选择了对陷落柱反映较好的几种地震属性参与了解释，重点应用的是相干体均方根振幅、相干体算术平均值、相干体能量、波形差异均方根振幅等对构造反映比较敏感的属性参与构造解释，选择15 ms 窗口。图6为陷落柱在层间不同地震属性图上的响应。

图6 陷落柱在层间不同地震属性图上的响应Fig.6 Response of collapse column on different seismic attribute diagrams between layers

3.2.3 利用VVA 提取的地震属性对煤厚进行预测

地震波中含有大量的地质信息，构造、岩性的变化等均会引起地震波的变化，其变化主要包括密度、速度及其它弹性参量的差异，这些差异导致了地震波在传播时间、振幅、相位、频率等方面的变化。结合钻孔，在地震波中提取地震属性参数，经分析后，会将与煤厚相关性比较好的地震属性用于煤厚解释，从而提高煤厚解释成果的准确性[8]。

3.2.4 利用VVA 提取的地震属性对采空区进行解释

在三维地震勘探所获得的时间剖面上，采空区的表现一般为波形突然紊乱、频率突然变低、能量变化大，煤层反射波在采空区边界处突然断裂，且形成一定规模。同时，结合地震属性对采空边界进行反复对比，准确圈定采空区范围[9-11]。

4 地质成果

此次勘探工作基本查明了勘查区内的地质构造形态，用密度较高的三维地震数据网格（5 m×10 m） 严密的控制了区内煤层的起伏形态，绘制了主要煤层等高距为5 m 的煤层底板等高线图，煤层底板的起伏形态总体上呈现为一个走向近NW、倾向SW 的构造形态，西侧存在一S3 向斜。煤层倾角约6°～27°，西部相对较缓，东部较陡。最宽缓处位于勘查区东南角，最陡处位于206 号钻孔附近。勘查区内解释了落差大于等于5 m 的断层3条，长轴直径大于30 m 的陷落柱8 个，圈定了11号煤层采空区1 处，图7为构造成果纲要图。

图7 构造成果纲要图Fig.7 Outline diagram of structural achievements

5 结语

通过利用VVA 属性软件对三维地震勘探资料进行解释，大大提高了解释的效率和质量，解释的F33 断层和X11-25、X11-26、X11-28 陷落柱已经得到矿方的实际揭露验证，解释成果可靠，可以为矿方下一步巷道布设提供参考依据。