單 蕊，聶榮花，王千遙

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

巖漿巖侵入煤層是巖漿沿著斷裂帶等通道，順著煤層或穿越煤層形成巖墻和巖床等，對煤系地層形成一定的破壞[1]，造成煤層分叉、吞蝕、煤層間距增大，嚴重影響煤礦的安全和高效生產(chǎn)。如何準確劃分巖漿巖侵入范圍是急需解決的關(guān)鍵問題[2]。

目前，很多學(xué)者對地震資料預(yù)測巖漿巖探索了不同的方法。許永忠等[3-5]利用波阻抗反演和巖性反演方法反演預(yù)測火成巖侵入?yún)^(qū)；李仁海等[6]嘗試用地震反演和譜分解方法提高巖漿巖、煤層邊界分辨能力；Chen Tongjun等[7]通過譜分解、地震相和地震屬性交會圖解釋巖漿巖和煤層邊界總體趨勢面；吳斌等[8-12]利用屬性、波形聚類方法綜合圈定火成巖侵入范圍，均取得較好效果。

鑒于此，研究區(qū)位于淮北YL煤礦，巖漿巖侵入煤層層位多、范圍廣、構(gòu)造極其復(fù)雜[13]，常規(guī)三維地震勘探難以準確查明小斷層和預(yù)測巖漿巖侵入范圍。較常規(guī)三維地震資料而言，全數(shù)字高密度地震資料具有全方位觀測較完整的波場，具有更高的屬性敏感度，反映的煤層信息更加真實可靠，為解決巖漿巖侵入問題提供了較好的基礎(chǔ)資料[14-16]。本文擬在全數(shù)字高密度三維地震數(shù)據(jù)采集及處理、解釋的基礎(chǔ)上，采用地震多屬性分析技術(shù)，輔助地震波形聚類分析，結(jié)合鉆孔地質(zhì)資料標定，綜合解釋火成巖侵入范圍。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于淮北YL煤礦，區(qū)內(nèi)構(gòu)造極其復(fù)雜，小斷層極發(fā)育。區(qū)內(nèi)二疊系山西組、下石盒子組為主要含煤地層，共含10個煤層組，其中7、8、10煤層為本區(qū)主采煤層。7煤層厚0～4.11 m，平均厚1.11 m；8煤層厚0～5.14 m，平均厚1.69 m；10煤層厚0～7.97 m，平均厚2.74 m。

研究區(qū)巖漿巖侵入煤層層位多，范圍廣，巖漿巖薄厚懸殊，厚度為0.15～167.60 m。通過8煤和10煤巖漿巖侵入特征分析，巖漿巖多沿頂?shù)装屙槍忧秩?，偶見穿層現(xiàn)象。典型巖漿巖侵入煤層的連井剖面如圖1所示。

圖1 巖漿巖侵入煤層反射特征Fig.1 Characteristics of igneous irregular intrusion

剖面由左向右分別過5-6-5井和2017-9井，巖漿巖由8煤上部穿層到10煤的上部，8煤層和10煤層由于巖漿巖侵入煤層間距由70 m變?yōu)?10 m。根據(jù)常規(guī)地震剖面，巖漿巖侵蝕導(dǎo)致的煤層間距變化無反應(yīng)特征。而高密度三維地震時間剖面上，表現(xiàn)為同相軸的錯斷或者增加，地層反射特征改變，反射波能量減弱，較常規(guī)三維地震剖面而言，能更有效地反映巖漿巖穿層侵入特征，作為此次分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 巖漿巖侵入體地震解釋方法研究

巖漿巖與煤層與的物性差異是地震方法區(qū)分巖漿巖侵入帶的理論基礎(chǔ)[8]。巖漿巖侵入煤層會改變煤系層的反射特征，波性、振幅、頻率、相位等屬性發(fā)生變化，為此，本文嘗試通過地震道波形聚類分析和地震屬性分析方法區(qū)分煤層和巖漿巖。

2.1 地震道波形聚類分析

地震道波形是地震信號的總體變化規(guī)律，包括幾何參數(shù)(反射結(jié)構(gòu)、幾何形態(tài))、物理參數(shù)(振幅、連續(xù)性、頻率)等各地震響應(yīng)參數(shù)的綜合反映。地震道波形聚類分析技術(shù)要合理地建立層段，確定目標區(qū)。在目標層段中使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對地震道波形的橫向變化進行對比分類，建立地震道神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本數(shù)據(jù)。按照模型道對數(shù)據(jù)精細分類，形成平面離散的地震相，根據(jù)擬合度對地震道進行分類。結(jié)合鉆井地質(zhì)信息，初步得出了與地質(zhì)相對應(yīng)的地震相圖，地震相是特定沉積相或地質(zhì)體的地震響應(yīng)。地震相劃分與反射結(jié)構(gòu)、幾何形態(tài)及連續(xù)性等波形的宏觀形態(tài)最為密切。

該區(qū)分別建立8煤和10煤層目標層段，了解地震相變化規(guī)律，初步確定火成巖分布范圍。其中，10煤波形分類為6類時，地震數(shù)據(jù)波形與模型道標準波形有良好的相似性，最終得到地震相分類圖(圖2(a))。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)，2017-13孔、2018-5孔、04-14孔巖漿巖侵入，與此波形類似區(qū)判定為巖漿巖侵入?yún)^(qū)，主要分布在勘探區(qū)東北部紅色區(qū)域，圖2中色標不具有固定物性意義。8煤波形分類為7類時，得到最終地震相圖(圖2(b))。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)分析，5-5-6孔、2017-9孔、2018-5孔、2018-7孔巖漿巖侵入，與此波形類似區(qū)判定為巖漿巖侵入?yún)^(qū)，分布范圍較廣，主要分布在為暖色調(diào)區(qū)域。

波形聚類分析可以在大尺度規(guī)模了解地震相變化規(guī)律，但是對于巖漿巖穿層邊界的精細刻畫還有困難。為此，該區(qū)嘗試進一步的地震多屬性聚類分析。

2.2 地震多屬性聚類分析

地震屬性是指地震資料提取或經(jīng)過數(shù)學(xué)變換而導(dǎo)出的，用于表征地震波幾何形態(tài)、運動學(xué)特征、動力學(xué)特征和統(tǒng)計學(xué)特征。當?shù)叵聨r層的物理性質(zhì)發(fā)生變化，地震屬性發(fā)生變化。地震屬性分析技術(shù)通過提取地震數(shù)據(jù)層間屬性，對給定層位間的體屬性進行統(tǒng)計，計算結(jié)果通過平面表現(xiàn)，可有效突出和刻畫層內(nèi)異常地質(zhì)體特征。

圖2 波形聚類分析平面Fig.2 Seismic facies classification

多屬性聚類分析是將地震屬性作為樣本數(shù)據(jù)，通過模式識別的方法識別巖漿巖。具體步驟為在精細解釋層位的基礎(chǔ)上，提取多種層間屬性，對地震屬性歸一化后，優(yōu)先出對巖漿巖比較敏感的屬性組合，通過聚類分析，確定巖漿分布(圖3)。

圖3 10煤層屬性Fig.3 Seismic attribute of No.10 coal seam

由于本區(qū)巖漿巖穿層現(xiàn)象，由下至上分為3個目標層段分別提取運算，10煤、8下煤、8上煤。以10煤層為例，優(yōu)選出瞬時振幅、瞬時相位、瞬時頻率、平均反射強度，上述屬性進行聚類分析。

各目標層段煤層多屬性分析平面如圖4所示。

圖4 多屬性分析平面Fig.4 Multi-attribute attributes of coal seam

圖4中，綠色為正常煤層，黃色和紅色為巖漿巖巖侵入異常區(qū)域，正常煤層與巖漿巖存在明顯的差異(黑色虛線)，巖漿巖侵入?yún)^(qū)和煤層變焦區(qū)平面分布規(guī)律與地震相分析結(jié)果相符。

2.3 巖漿巖侵入體范圍和特征分析

通過多屬性分析和地震相分類技術(shù)綜合預(yù)測對巖漿巖侵入?yún)^(qū)和煤層變焦區(qū)范圍，結(jié)合鉆井數(shù)據(jù)進行分析。研究區(qū)巖漿巖侵入10煤層或煤層頂部向上運移，由北部邊界斷層為界，向南向西延伸。8下煤層巖漿巖分布范圍和10煤巖漿巖分布范圍有繼承性，巖漿巖分布范圍縮小，集中在勘探區(qū)東北部。

8上煤層巖漿巖分布范圍主要集中在勘探區(qū)西部。整體來說侵入煤層或者穿透煤層頂?shù)装宓膸r漿巖，其厚度的區(qū)域分布呈現(xiàn)波動性特征。自東向西巖漿巖厚度先是較大，向北向西變薄或者分岔變薄，而后又突然增厚。

以8下煤層為例，巖漿巖在2017-13孔、04-14孔附近有較厚區(qū)域，2017-10孔附近巖漿巖有缺失區(qū)，與鉆孔信息吻合較好。

3 結(jié)論

(1)通過多屬性分析和地震波形聚類分析技術(shù)綜合預(yù)測巖漿巖侵入?yún)^(qū)和煤層變焦區(qū)范圍是行之有效的方法。

(2)地震波形聚類分析和多屬性分析互相印證，提高了解釋的可靠性。

(3)研究區(qū)采用全數(shù)字高密度三維地震數(shù)據(jù)，全方位觀測地震波場，地震資料信噪比高，對于常規(guī)地震數(shù)據(jù)，該方法適應(yīng)性還需繼續(xù)研究。

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