留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

南方典型煤田小断层地震属性定量判别研究

戴世鑫 胡盼 董艳娇 邢振邯 李祥 杨甫

戴世鑫, 胡盼, 董艳娇, 邢振邯, 李祥, 杨甫. 南方典型煤田小断层地震属性定量判别研究[J]. 矿业科学学报, 2023, 8(2): 146-155. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.002
引用本文: 戴世鑫, 胡盼, 董艳娇, 邢振邯, 李祥, 杨甫. 南方典型煤田小断层地震属性定量判别研究[J]. 矿业科学学报, 2023, 8(2): 146-155. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.002
Dai Shixin, Hu Pan, Dong Yanjiao, Xing Zhenhan, Li Xiang, Yang Fu. Quantitative discrimination of seismic attributes of small faults in southern typical coalfield[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2023, 8(2): 146-155. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.002
Citation: Dai Shixin, Hu Pan, Dong Yanjiao, Xing Zhenhan, Li Xiang, Yang Fu. Quantitative discrimination of seismic attributes of small faults in southern typical coalfield[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2023, 8(2): 146-155. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.002

南方典型煤田小断层地震属性定量判别研究

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2023.02.002
基金项目: 

自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室开放基金 KF2021-5

国家重点研发计划 2018YFC0807801

国家重点研发计划 2018YFB0605503

国家自然科学基金 51804112

详细信息
    作者简介:

    戴世鑫(1983—),男,山东青岛人,博士,副教授,主要从事地质、地球物理勘探等方面的研究工作。Tel:15898578301,E-mail:hnkjdsx@126.com

    通讯作者:

    胡盼(1997—),女,湖南邵阳人,硕士研究生,主要从事煤田地质、地球物理勘探等方面的研究工作。Tel:15733191706,E-mail:3263826727@qq.com

  • 中图分类号: P631

Quantitative discrimination of seismic attributes of small faults in southern typical coalfield

  • 摘要: 断层是诱发矿井安全事故的重要因素,对落差5 m以内小断层的识别是一大难点。选取南方典型煤田——贵州省六盘水煤田作为研究区,对煤田地层进行详细调查和现场踏勘,设计地震物理模型,采用特有速度比1∶1.74,实现地震物理模型对埋深800 m、1 000 m和1 200 m,落差5 m、3 m和1 m小断层的构建和分析。应用地震波动力学方法提取多种地震属性对小断层进行分析,获得振幅包络、振幅一阶导数、振幅二阶导数等7种地震属性对小断层特征响应的敏感程度,据此建立地震属性与落差之间的相关关系。研究表明,当煤层小断层落差5 m以内时,不仅与传统上的振幅属性存在线性关系,还与相位、频率有关的地震属性成线性关系,其中振幅包络和振幅虚部的相关性较高,瞬时频率、振幅一阶导数、余弦瞬时相位、振幅二阶导数和振幅包络相关性较低。
  • 图  1  山脚树矿区构造纲要

    Figure  1.  Structure outline of Shanjiaoshu mining area

    图  2  模型制作

    Figure  2.  Model production

    图  3  模型剖面

    Figure  3.  Model profile

    图  4  振幅包络与小断层落差的线性关系

    Figure  4.  Linear relationship between amplitude envelope and small fault drop

    图  5  振幅虚部与小断层落差的线性关系

    Figure  5.  Linear relationship between imaginary part of amplitude and small fault drop

    图  6  振幅一阶导数与小断层落差的线性关系

    Figure  6.  Linear relationship between amplitude 1st derivative and small fault drop

    图  7  瞬时相位与小断层落差的线性关系

    Figure  7.  Linear relationship between transient phase and small fault drop

    图  8  余弦瞬时相位与小断层落差的线性关系

    Figure  8.  Linear relationship between cosine instantaneous phase and small fault drop

    图  9  振幅二阶导数与小断层落差的线性关系

    Figure  9.  Linear relationship between amplitude 2nd derivative and small fault drop

    图  10  瞬时频率与小断层落差的线性关系

    Figure  10.  Linear relationship between instantaneous frequency and small fault drop

    图  11  振幅一阶导数

    Figure  11.  Amplitude 1st derivative

    图  12  R型聚类分析

    Figure  12.  R-type clustering analysis

    表  1  山脚树矿区地质岩性特征

    Table  1.   Geological and lithologic characteristics of Shanjiaoshu mining area

    年代地层 岩石地层 代号 厚度/m 岩性组成
    古近系 Q 0~40 冰川沉积及坡积、洪积、冲积层
    第四系 E 0~900 紫红色砾岩
    三叠系 中统 关岭组 T2g 41~634 上段:大部分为灰色的角砾状白云岩;中段:灰色的泥质灰岩,中间夹厚层状灰岩、泥岩和粉砂岩;下段:黄灰、紫红、灰绿色薄层状泥岩及粉砂质泥岩以及泥质白云岩,底部为厚度0.2 ~1.0 m的玻屑凝灰岩
    下统 永宁镇组 T1y 80~799 上段:中间夹泥岩的浅灰色中厚层状灰岩、白云岩、泥质白云岩;下段:由浅灰中厚层状灰岩、蠕虫状泥岩、粉砂岩以及泥岩组合而成,中间夹泥质灰岩
    飞仙关组 T1f 78 第一段:紫红色泥岩、粉砂质泥岩,向上过渡为粉砂质泥岩与粉砂岩互层,属潮坪沉积;第二段:顶部及底部均呈灰紫色、浅灰绿色的厚层状细砂岩,中部可见不等厚互层状粉砂岩夹紫红色砂质泥岩;第三段:紫灰色、褐灰色泥岩、粉砂岩和砂质泥岩呈不等厚互层状,中间夹薄层状细砂岩;第四段:灰紫色粉砂岩、灰绿色含钙细砂岩以及砂质泥岩
    二叠系 上统 长兴组 P2c 80~200
    (平均122)
    主要由灰、深灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩组成,夹泥岩、钙质泥岩及泥灰岩、灰岩
    龙潭组 上段 P2l2 147~386
    (平均248)
    以灰、深灰色粉砂岩、细砂岩、泥岩为主,夹多层煤层,底部发育一层铝土岩,含砂量从西向东、从上到下降低
    下段 P2l1 280~450
    (平均340)
    主要由泥岩、砂岩、含泥灰岩及煤层组成,中夹灰岩11~20层,由北西向南东灰岩层数增多,厚度增大,含砂量降低
    峨眉山玄武岩组 P1β 200~700 暗绿色玄武岩、拉斑玄武岩,另有火山角砾岩和凝灰岩,时而夹有薄层状砂岩、泥岩以及煤层
    下载: 导出CSV

    表  2  模型各层材料试块的实测速度和密度

    Table  2.   The measured velocity and density of each layer of the model

    层序 层名 试块密度/(g·cm-3) 试块纵波速度/(m·s-1) 试块横波速度/(m·s-1) 转换实际纵波速度/(m·s-1) 转换实际密度/(g·cm-3)
    1 地表 1.082 1 256 0 2 185 1.883
    2 细砂岩 1.153 2 433 1 116 4 233 2.005
    3 粉砂岩 1.183 2 625 1 205 4 568 2.058
    4 含煤粉砂岩 1.160 2 492 1 136 4 336 2.019
    5 煤层 1.122 1 785 764 3 106 1.952
    6 含煤粉砂岩 1.169 2 561 1 161 4 456 2.035
    7 玄武岩 1.602 2 857 1 437 4 971 2.787
    下载: 导出CSV

    表  3  振幅包络与小断层落差的数学关系

    Table  3.   Mathematical relationship between amplitude envelope and small fault drop

    埋深/m 趋势线公式 决定系数R2
    800 y = 0.001x2-0.020 8x+0.092 5 0.953 4
    1 000 y =-0.001 5x2-0.005 1x+0.066 2 0.995 3
    1 200 y =-0.002 7x2+0.002 5x+0.057 7 0.965 3
    下载: 导出CSV

    表  4  振幅虚部与小断层落差的数学关系

    Table  4.   Mathematical relationship between imaginary part of amplitude and small fault drop

    埋深/m 趋势线公式 决定系数R2
    800 y = 0.000 09x2-0.010 1x+0.046 8 0.986 8
    1 000 y = 0.000 8x2-0.013 5x+0.046 5 0.980 6
    1 200 y =-0.001x2-0.002 7x+0.035 3 0.855 9
    下载: 导出CSV

    表  5  振幅一阶导数与小断层落差的数学关系

    Table  5.   Mathematical relationship between amplitude 1st derivative and small fault drop

    埋深/m 趋势线公式 决定系数R2
    800 y = 0.001 4x2-0.008 5x+0.005 9 0.897 1
    1 000 y = 0.001 3x2-0.007 6x+0.004 5 0.652 1
    1 200 y = 0.001x2-0.006x+0.004 4 0.603 5
    下载: 导出CSV

    表  6  瞬时相位与小断层落差的数学关系

    Table  6.   Mathematical relationship between transient phase and small fault drop

    埋深/m 趋势线公式 决定系数R2
    800 y = 5.129 3x2-47.312x+101.77 0.889 4
    1 000 y = 5.876 3x2-53.672x+114.86 0.907 8
    1 200 y = 3.963 1x2-50.743x +126.37 0.897 0
    下载: 导出CSV

    表  7  余弦瞬时相位与小断层落差的数学关系

    Table  7.   Mathematical relationship between cosine instantaneous phase and small fault drop

    埋深/m 趋势线公式 决定系数R2
    800 y = 0.017 7x2-0.199 4x +1.048 9 0.903 8
    1 000 y = 0.005 4x2-0.140 6x+1.04 0.947 8
    1 200 y =-0.028 7x2+0.039x+0.979 1 0.985 5
    下载: 导出CSV

    表  8  振幅二阶导数与小断层落差的数学关系

    Table  8.   Mathematical relationship between amplitude 2nd derivative and small fault drop

    埋深/m 趋势线公式 决定系数R2
    800 y = 0.000 07x2+0.000 5x-0.001 4 0.972 6
    1 000 y = 0.000 2x2-0.000 05x-0.001 6 0.974 5
    1 200 y = 0.000 2x2-0.000 2x -0.000 6 0.986 1
    下载: 导出CSV

    表  9  瞬时频率与小断层落差的数学关系

    Table  9.   Mathematical relationship between instantaneous frequency and small fault drop

    埋深/m 趋势线公式 决定系数R2
    800 y =-6.279 2x2+7.547 8x +96.275 0.999 6
    1 000 y =-2.858 4x2-3.597 9x+96.327 0.988 1
    1 200 y =-2.735x2+9.378 6x+89.725 0.998 2
    下载: 导出CSV

    表  10  地震属性相关系数

    Table  10.   Seismic attribute correlation coefficient

    地震属性 瞬时频率 瞬时相位 振幅包络 振幅虚部 振幅一阶导数 振幅二阶导数 余弦瞬时相位
    瞬时频率 1 0.597* 0.738** 0.759** 0.187 -0.835** 0.780**
    瞬时相位 0.597* 1 0.836** 0.897** 0.726** -0.744** 0.814**
    振幅包络 0.738** 0.836** 1 0.939** 0.428 -0.898** 0.857**
    振幅虚部 0.759** 0.897** 0.939** 1 0.511 -0.914** 0.924**
    振幅一阶导数 0.187 0.726** 0.428 0.511 1 -0.212 0.370
    振幅二阶导数 -0.835** -0.744** -0.898** -0.914** -0.212 1 -0.924**
    余弦瞬时相位 0.780** 0.814** 0.857** 0.924** 0.370 -0.924** 1
    注:*为在0.05级别(双尾)相关性显著,即得到这个相关显著会犯错误的可能性是5 %,即95 % 的把握认为相关的确存在;**为在0.01级别(双尾)相关性显著,即得到这个相关显著会犯错误的可能性是1 %,也即99 % 的把握认为相关的确存在,**的相关系数越大,相关越显著。双尾是指双侧检验,是假设检验默认的设置。
    下载: 导出CSV
  • [1] 王贇, 邢春颖. 地震资料处理解释的分辨机理初探[J]. 煤炭学报, 2001, 26(1): 35-39. doi: 10.3321/j.issn:0253-9993.2001.01.008

    Wang Yun, Xing Chunying. The principle study of the seismic resolution in seismic data processing and interpretation[J]. Journal of China Coal Society, 2001, 26(1): 35-39. doi: 10.3321/j.issn:0253-9993.2001.01.008
    [2] 石瑛, 王赟, 芦俊. 煤田地震多属性分析技术的应用[J]. 煤炭学报, 2008, 33(12): 1397-1402. doi: 10.3321/j.issn:0253-9993.2008.12.014

    Shi Ying, Wang Yun, Lu Jun. Application of seismic multi-attribute analysis technique in coal field[J]. Journal of China Coal Society, 2008, 33(12): 1397-1402. doi: 10.3321/j.issn:0253-9993.2008.12.014
    [3] 王赟, 芦俊, 于光明. 能识别煤层中垂直断距小于3 m的断层吗?[J]. 煤炭学报, 2010, 35(4): 629-634. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTXB201004024.htm

    Wang Yun, Lu Jun, Yu Guangming. A normal fault in coal seams with drop height less than 3 m can be identified in seismic exploration?[J]. Journal of China Coal Society, 2010, 35(4): 629-634. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTXB201004024.htm
    [4] 彭苏萍. 深部煤炭资源赋存规律与开发地质评价研究现状及今后发展趋势[J]. 煤, 2008, 17(2): 1-11, 27. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MEIA200802003.htm

    Peng Suping. Present study and development trend of the deepen coal resource distribution and mining geologic evaluation[J]. Coal, 2008, 17(2): 1-11, 27. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MEIA200802003.htm
    [5] Faleide T S, Braathen A, Lecomte I, et al. Impacts of seismic resolution on fault interpretation: insights from seismic modelling[J]. Tectonophysics, 2021, 816: 229008. doi: 10.1016/j.tecto.2021.229008
    [6] Neves F A, Zahrani M S, Bremkamp S W. Detection of potential fractures and small faults using seismic attributes[J]. The Leading Edge, 2004, 23(9): 903-906. doi: 10.1190/1.1803500
    [7] Giroldi L, Garossino P. Interpreting with multiple wavelength curvature attributes[J]. Interpretation, 2014, 2(1): 141-150. doi: 10.1190/INT-2013-0107.1
    [8] Ismail A, Ewida H F, Al-Ibiary M G, et al. Identification of gas zones and chimneys using seismic attributes analysis at the Scarab field, offshore, Nile Delta, Egypt[J]. Petroleum Research, 2020, 5(1): 59-69. doi: 10.1016/j.ptlrs.2019.09.002
    [9] Ray A K, Khoudaiberdiev R, Bennett C, et al. Attribute-assisted interpretation of deltaic channel system using enhanced 3D seismic data, offshore Nova Scotia[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2022, 99: 104428. doi: 10.1016/j.jngse.2022.104428
    [10] 司丽, 王彦辉, 佟洪海, 等. 基于地震属性体的三维可视化井震匹配断层解释[J]. 油气藏评价与开发, 2013, 3(3): 1-4. doi: 10.3969/j.issn.2095-1426.2013.03.001

    Si Li, Wang Yanhui, Tong Honghai, et al. 3D visualization well-seismic match fault interpretation based on seismic attribute[J]. Reservoir Evaluation and Development, 2013, 3(3): 1-4. doi: 10.3969/j.issn.2095-1426.2013.03.001
    [11] 庄益明. 煤层小断层地震多属性精细解释方法研究[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2018.
    [12] 李冬, 师素珍. 基于地震属性的煤层裂隙发育带识别方法[J]. 矿业科学学报, 2017, 2(5): 425-431. http://kykxxb.cumtb.edu.cn/article/id/92

    Li Dong, Shi Suzhen. The identification methods of coal seam fracture based on seismic attributes[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2017, 2(5): 425-431. http://kykxxb.cumtb.edu.cn/article/id/92
    [13] 师素珍, 谷剑英, 郭家成, 等. 顾桂矿区活断层三维地震解释及其发育特征研究[J]. 矿业科学学报, 2019, 4(4): 292-298. http://kykxxb.cumtb.edu.cn/article/id/226

    Shi Suzhen, Gu Jianying, Guo Jiacheng, et al. Study on 3D seismic interpretation and development characteristics of active faults in Gugui mining area[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2019, 4(4): 292-298. http://kykxxb.cumtb.edu.cn/article/id/226
    [14] 兰晓雯. 地震属性分析在高分辨率活断层地震勘探中的应用[J]. 震灾防御技术, 2010, 5(4): 484-492. doi: 10.3969/j.issn.1673-5722.2010.04.011

    Lan Xiaowen. Application of seismic attribution analysis in the shallow seismic prospecting methods to active fault detection[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2010, 5(4): 484-492. doi: 10.3969/j.issn.1673-5722.2010.04.011
    [15] 李军. 复杂断块油藏断层地震识别方法研究[D]. 东营: 中国石油大学(华东), 2018.
    [16] 车建英. 煤矿小断层正演模型敏感属性优选[J]. 科学技术创新, 2020(11): 45-46. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HLKX202011024.htm

    Che Jianying. Optimization of sensitive properties of small fault orthography model in coal mines[J]. Scientific and Technological Innovation, 2020(11): 45-46. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HLKX202011024.htm
    [17] 吴斌. 煤田小断层叠后地震方位分析及其应用[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2021.
    [18] 王利杰. 黄骅坳陷孔南地区沙河街组地震属性分析及其应用[D]. 长春: 吉林大学, 2009.
    [19] 吴媚, 符力耘, 李维新. 高分辨率非线性储层物性参数反演方法和应用[J]. 地球物理学报, 2008, 51(2): 546-557. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQWX200802028.htm

    Wu Mei, Fu Liyun, Li Weixin. A high-resolution nonlinear inversion method of reservoir parameters and its application to oil/gas exploration[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2008, 51(2): 546-557. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQWX200802028.htm
    [20] Prskalo S. Application of relations between seismic amplitude, velocity and lithology in geological interpretation of seismic data[J]. Journal of Hungarian Geomathematics, 2004, 2: 51-6
    [21] 李飞, 程日辉, 王共生, 等. 应用地震属性分析研究十屋油田下白垩统营城组沉积体系分布[J]. 吉林大学学报: 地球科学版, 2011, 41(S1): 54-60. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CCDZ2011S1009.htm

    Li Fei, Cheng Rihui, Wang Gongsheng, et al. Application of seismic attribute analysis to study sedimentary systems of the Yingcheng formation, lower Cretaceous, Shiwu oilfield[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2011, 41(S1): 54-60. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CCDZ2011S1009.htm
    [22] 姚陈, 蔡明刚, 王赟. 各向同性薄层反射理论地震图[J]. 地球物理学报, 2010, 53(1): 164-170.

    Yao Chen, Cai Minggang, Wang Yun. Synthetic seismograms of reflection from isotropic thin layer[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2010, 53(1): 164-170.
    [23] 郭华军, 刘庆成. 地震属性技术的历史、现状及发展趋势[J]. 物探与化探, 2008, 32(1): 19-22. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WTYH200801005.htm

    Guo Huajun, Liu Qingcheng. The discussion of earthquake attribute technology's history, present situation and development tendency[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2008, 32(1): 19-22. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WTYH200801005.htm
    [24] 戴世鑫, 胡盼, 董艳娇, 等. 南方典型煤田不同埋深小断层识别规律研究[J]. 矿业科学学报, 2022, 7(1): 123-133. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.012

    Dai Shixin, Hu Pan, Dong Yanjiao, et al. Patterns of small fault with different placing depth in typical coal fields in Southern China[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2022, 7(1): 123-133. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.012
  • 加载中
图(12) / 表(10)
计量
  • 文章访问数:  240
  • HTML全文浏览量:  49
  • PDF下载量:  33
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-18
  • 修回日期:  2022-08-03
  • 刊出日期:  2023-03-30

目录

    /

    返回文章
    返回