杨瑞召，王媛媛，王兴元，崔凡，刘波
(中国矿业大学地球科学与测绘工程学院，北京100083)
摘要：在煤田三维地震采区，现代机械化综采系统的生产能力和效益在很大程度上依赖于对小断层的精确解释.介绍了煤田三
连续的多线对比识别法、断层立体解释法.以山西省寺河煤矿为例，对这3种解释方法进行了详细的解剖.研究表明，彩剖面显示技术、倾角控制下的相干体技术，配合断层立体解释技术和连续多线对比识别技术，可以较精确地解决煤田三维采区小断层的预测问题，为煤矿安全高效生产提供技术支持. 关键词：小断层；彩变密度剖面；连续多线对比；断层立体解释中图分类号：TD952
文献标识码：A
文章编号：1674-5876（2010）01-0012-04
收稿日期：2010-01-05通信作者：杨瑞召(1964-)，男，河南洛阳人，副教授，研究方向：煤矿三维地震的应用等.E-mail:yrz@cumtb.edu
矿业工程研究
Mineral Engineering Research
第25卷第1期2010年3月
Vol.25No.1
M ar.2010
我国是一个以煤炭为主要能源的国家，近年来随着矿井机械化采煤的需要，对煤矿勘探的要求日益提高.在煤炭开采过程中，断层是不容忽视的灾害性地质异常体，它们的存在，破坏了煤层的连续性，影响井巷围岩的稳定性，妨害了机械化采煤，而且会形成良好的导水通道或瓦斯聚集场所，成为煤层顶底板突水和瓦斯突出的潜在危险.在矿井建设和生产过程中，根据断层的大小，会采取不同的设计方案和预处理措施，因此只有正确识别和解释断层，确定其产状和性质，才能为优化矿井设计、合理布置采区和工作面提供可靠的地质依据.
随着地震勘探技术的不断提高，对地震数据解释精度的要求也越来越高，大断层的解释工作基本完成，综采工作面的生产能力和效益在很大程度上依赖于小断层(通常指断距小于10m 的断层，或在地震上接近地震分辨率(λ/4)的断层[1])的查明程度.因此小断层的解释工作显得越来越重要.
1
断层解释
1.1
断层在地震剖面上的反映
在地震剖面中，断层一般具有如下特征[2]:
1)反射波同相轴发生错断.断层两侧同相轴发生错断，但反射波特征清楚、波组或波系之间关系稳定，这一般为中、小型断层的反映.由于断层的规模大小不同，可表现为波组或波系的错断.
2)反射波同相轴数目突然增加、减少或消失.波组间反射波同相轴数目发生突变，表现为下降盘同相轴数目逐渐增多，上升盘同相轴数目突然减少，这一般是盆地或凹陷内同生正断层的地震剖面特征.
3)反射波同相轴形状突变，反射零乱并出现空白反射.由于断层错断引起两侧地层产状突变，或断层的屏蔽作用造成下盘反射波同相轴零乱并出现空白反射，一般指示为边界同生大断层.
4)反射波同相轴发生分叉、合并、扭曲和强相位与强振幅转换等，一般是小断层的反映.但有时这类变化可能是由于地表条件或地下岩性变化以及波的干涉引起的，解释时要注意区别.
5)异常波的出现.时间剖面上反射波错断处往往伴随发育异常波，最常见的是断面波、绕射波，这些特殊波的出现是识别断层的一种标志.1.2
断层解释方法
断层的解释包括两部分，其中一部分是在常规数
12
据体上识别断层，另一部分是在相干数据体上识别断层[3]，这中间又包括剖面与平面的组合，主测线、联络测线与任意线的组合等.
1.2.1断层剖面解释
断层剖面解释是地震资料解释的基础，断层解释的绝大部分工作量主要体现在剖面解释过程中.在断层解释过程中，采用平面与剖面相互对照的原则，以及结合断层立体空间的三维展布来准确识别.
对于规模较大的断层，同向轴、波组错断明显，断层的特征清楚，位置容易确定.但同相轴的扭曲、分叉或合并到底是断层的反映还是由于岩性变化引起的，则存在着多解性.因此小断层的识别成为高分辨率三维地震资料解释中的关键.
1)采用彩变密度剖面识别小断层.在剖面图中，有些小断层也许波峰发生扭曲，但波谷可能错断.这种断层在常规剖面上，由于人们习惯于关注波峰特征信息而往往忽略了波谷信息，所以很难判断这种情况到底是断层引起的还是岩性变化引起的.而在彩变密度剖面上，波峰、波谷均被不同颜充填，由于人眼对彩的辨别比对波形的微小变化要敏感，当波峰、波谷的信息同时以彩的形式展现在解释人员面前时，更易于解释人员识别，故可以作为鉴别小断层的一个依据.
2)连续的多线对比识别断层.在地震剖面上单独判断某个扭曲是否为小断层，人们很难做出正确的结论，此时采用连续的多线对比，追踪观察该扭曲在inline和crossline方向的变化趋势和形态，经过综合分析，就可以准确地判断出这种扭曲、分叉或合并是否为断层的反映.
1.2.2断层立体解释法
通过等间隔地切割相干数据体，可以较准确地识别出断层在整个工区内的展布情况，尤其是在煤田，小断层比较多，且对煤炭的生产有重要影响，更加适用断层立体解释法，对小断层的识别具有重要意义.这种解释需要在相干切片的条件下进行解释，对相干体的要求较高.
相干体技术的实质就是利用地震信息计算道与道之间的相关性，突出不相关的异常现象，从三维数据体出发，选用相应、有效的计算方法，实现相干数据体的转换，进而展现出断裂特征并预测裂缝发育带的平面分布[4].
在相干数据体的转换过程中，通过计算纵向和横向上局部的波形相似性，可以得到三维地震相关性的估计值.被断层面切开的小范围内的地震道通常与相邻道有不同的特征，进而导致局部的道与道之间相关性的突变.沿一张时间切片计算每个网格点上的相关值，就能得到沿着断层的低相关值的轮廓，对一系列时间切片重复这一过程，这些轮廓就成为断面.通过三维相关属性体的提取，就可以把三维反射振幅数据体转换成三维的相关系数数据体[5].
相干体算法有C1,C2,C3共3种算法,C1相干算法计算每道的横测线和相邻纵测线的互相关，混合两个结果并用能量进行标准化，其实质是两道相关算法的扩展;C2相干算法是用基于相似的相干算法对任意多道地震数据进行相干计算;C3相干算法是借助协方差矩阵来实现的.由于C3相干算法在有效信号大于噪声的平均值时可以极大地压制噪声，因此C3相干算法比其他两种相干算法在断层识别和边缘检测上具有更高的水平分辨率和垂直分辨率[6].
相干体切片上较暗的区域代表相干程度较低，较明亮的区域代表相干程度较高.由于断层处的反射波连续性较差，所以显示出暗的线条或者弯曲状特征，根据这一点可以在相干体切片上对断层进行解释.解释初期，可以相隔时间大一点做一张时间切片解释，由于大断层在纵向上延伸较远，在10~100ms的范围内都有反应，从而可以先解释出大断层，随后逐渐加密，直到每1ms一张水平时间切片，这样就可以在切片上识别出小断层.解释完成后，这些断层会在剖面上的相应位置投影断点，可以在剖面上利用主测线、联络测线和各种任意剖面对解释的断点进行检验和校正，并进行断点的组合，从而解释出在剖面上不容易直接观察出的小断层.
2应用实例
寺河煤矿位于山西省晋城市西北约60km，行政区划隶属于沁水县管辖.区内无大型断层发育，主要在东北部和南部边部发育数条断层和陷落柱；勘探区主要在中部发育一个向斜和一个背斜，轴向NNE向，两翼宽缓，倾角一般小于10°.
图1是普通波形剖面与彩变密度剖面的对比图，从图中可以看出，相对于在波形剖面中寻波峰波谷的变化特征，人眼对彩的变化更加敏感，且更加直观，因而在彩变密度剖面中，解释人员能够更容易发现同向轴是否扭曲、错断，进而发现断层，并且可以发现在普通波形剖面中难以发现的小断层.
图2是利用连续的多线对比识别方法解释的
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DF9N 断层,DF9N 断层为逆断层，仅错断3号煤层，区内延展长度66m，最大水平断距仅4m.为了便于说明，在剖面图中只显示了DF9N 断层，没有显示其他断层和陷落柱.图中黄箭头表示剖面图和平面图中观察方向的对应关系，从图中可以看出，由于断层错断距离非常小，单从一张剖面上看，很容易将其忽略，从而错过一条小断层，但在连续的多线对比剖面上，通过在inline 方向和crossline 方向的连续观察可以发现，断层处的同向轴还是有细微的变化的，进而可以解释出该断层.
图3是断层立体解释法示意图，每1ms 一张水平时间切片，先在时间切片上解释断层，如图所示，可
以判断出断层的走向，每解释一条断层，在相应的inline 和crossline 方向的剖面上就会投影断点，利用有关地质学知识将断点组合起来，就完成了在剖面上对断层的解释工作，并且可以从剖面上确定断层的倾向.将每张切片中解释的断层联系起来，就能得到各条断层在三维空间的展布特征.解释的过程中，切片和剖面要同步解释、相互参照，实现“切片定走向、剖面定倾向、共同定产状”的“三定”解释原则，确保断层空间位置的准确性，建立立体断层模型.本次所用的相干体数据是利用OpendTect 软件在Steering 倾角体控制下提取生成的.在概念上，在地层倾斜并连续时表现较低的相似性，煤层是一套比较连续且岩性单一的岩层，由于之前的数据经过处理，在数据品质上不存在问题，所以低相似值的主要因素是断层和大倾角的问题，而steering 控制下的相干体技术就能很好地解决这一问题，得到效果清晰的相干体切片
.
图1波形剖面与彩变密度剖面对比图
Fig.1Comparison of wave profile and colorful variable density
profile
图2连续的多线对比
Fig.2Continuous multi-line comparison
(a)DF9N 断层line 方向
(b)DF9N 断层crossline
方向
(a)水平时间切片
(b)inline 方向(c)crossline 方向
图3断层立体解释法Fig.3Fault-dimensional spread
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Interpretation of small faults in coalfield 3D seismic survey:methods and application
YANG Ruizhao,WANG Yuanyuan,WANG Xingyuan,CUI Fan,LIU Bo
(School of Earth Science and Survey Engineering,China University of M ining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)
Abstract ：The productivity and efficiency of modern integrated miming system mostly depend upon the interpretation accuracy of small faults in coalfield 3D seismic survey.In this paper,the authors introduced 3kinds of methods for small faults interpretation:the variable density profile,multi-lines comparison,and 3D faults depiction in 3D seismic survey of coalfield.As a case study,the authors interpreted the distribution of small faults in Sihe W-2mining block,Jincheng coalfield.The results show that small faults in seismic survey of coal mining block can be identified accurately by the integration of the following techniques:the variable density profile magnification,the coherence cube controlled by steering,along with the 3D faults depiction and multi-lines comparison.These techniques are helpful for the high productivity and efficiency of coal mining industry.
Key words ：small faults;variable density profile;multi-line comparison;3D faults depiction
3构造成图
解释过程遵循先断层后层位的解释顺序，解释完成后，结合断层和层位精细解释成果数据，对最终成果进行构造成图.本次解释共得到24条小断层，与层位和陷落柱数据结合，得到T 3煤层底板等高线图，
如图4.
4结论
1)小断层在煤矿突水和瓦斯突出等问题中起着
至关重要的作用，尤其在大断层解释基本完成的勘探后期，基于大断层的设计方案和预处理措施做得很详尽细致，大大降低了煤矿发生事故的危险系数，但是小断层在导水和导气方面同样发挥着不可低估的作用，因此对小断层的解释变得越来越重要，精度要求也越来越高.
2)彩变密度剖面识别法、
连续的多线对比识别法和断层立体解释法都是解释小断层的很好的方法，借助这些方法，可以更有效地识别出小断层，从而为井巷设计和采取预处理措施提供合理的地质依据，进而减少煤矿事故的发生.
3)每种解释方法都有各自的优缺点，因此应综合运用多种方法，常规数据体与相干数据体相结合，切片与剖面相结合，主测线、
联络测线剖面与任意线剖面相结合，充分利用已知方法，力求做到解释工作做得充分、合理、精确.参考文献:
[1]王彦君，雍学善，刘应如，等.小断层识别技术研究及应用[J].勘探地球
物理进展,2007,30(2):135-139.
WANG Yanjun,YONG Xueshan,LIU Yingru,et a l.Research and application of small faults identification technology[J].Progress in Exploration Geophysics,2007,30(2):135-139.
[2]孙家振，李兰斌.地震地质综合解释教程[M].武汉：中国地质大学出
版社,2002.
SUN Jiazhen,LI Lanbin.A course in geophysical and geological integrated interpretation[M].Wuhan:China University of Geosciences Press,2002.
[3]邓维森.大庆葡萄花油田构造精细解释研究[D].东营：中国石油大学,
2009.
DENG Weisen.Research of accurate structural interpretation in Daqing Putaohua oilfield[D].Dongying:China University of Petroleum,2009.[4]程国峰.临13断块区沙四段断裂特征与油气聚集规律研究[D].东
营：中国石油大学,2008.
CHENG Guofeng.Research of faults characteristic and petroleum accumulation pattern in Shasiduan of Lin13fault blocks[D].Dongying:China University of Petroleum,2008.
[5]王志君，黄军斌.利用相干技术和三维可视化技术识别微小断层和
砂体[J].石油地球物理勘探,2001,36(3):378-381.
WANG Zhijun,HUANG Junbin.Identify small faults and sand body using the coherence technology and 3d visualization technology[J].Oil Geophysical Prospecting,2001,36(3):378-381.
[6]王怀洪，王秀东，田育鑫.利用相干体技术探测煤矿微小构造方法研
究[J].地球物理学进展,2007,22(5):1642-1649.
WANG Huaihong,WANG Xiudong,TIAN Yuxin.Detect tiny structure in coal mine using coherence technology[J].Progress in Geophysics,2007,22(5):1642-
1649.
图4T 3煤层底板等高线
Fig.4Contour line of T 3coal seam
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