煤田三維地震綜合解釋技術應用研究

王萬合

摘 要：本文以礦方建設高效、安全生產的現代化礦井要求為出發點，闡述了三維地震解釋技術的發展，指出了地震多屬性提取和波阻抗反演技術應用的實際意義，通過對陜北某礦三維地震勘探的應用實例，提出了地震多屬性提取技術在預測煤厚、煤層沖刷范圍等方面具有較好的應用效果；根據波阻抗反演技術在河南某礦的應用實例，提取了全區煤層頂板波阻抗值，并與鉆孔揭露的巖性之間建立一定的對應關系，實現了對全區煤層頂板巖性的預測。

關鍵詞：三維地震 屬性提取 煤厚 波阻抗反演 巖性

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2791（2014）08（c）-0016-03

Abstract：Based on the constructed efficiency and producted safety modern mine requirements as a starting point， the article elaborated on the development of 3D-seismic interpretation technology，and pointed out the practical significance of seismic multiple attributes extraction and wave impedance inversion technology.Through the application of 3D-seismic exploration in a mine of the northern ShaanXi province，it proposed that seismic multi-attribute extraction technology had a good application effect in the prediction of coal thickness， coal seam scouring scope and so on.According to the application examples of wave impedance inversion technology in a mine which lied in HeNan province，author extracted the wave impedance values in the coal seam roof，and revealed certain corresponding relationship between lithology and drilling，so as to realize the lithology prediction of the coal seam roof.

Key Word：3D-seismic；Attribute Extraction；Coal Seam Thickness；Wave Impedance Inversion； Lithology

自1993年至1994年在淮南謝橋煤礦完成首個煤田高分辨率三維地震勘探以后，煤田三維地震勘探技術得到了迅速的發展[1]。三維地震勘探技術因其高效、經濟、解決煤田地質構造等復雜問題的能力強，深受煤礦企業的歡迎，已經成為煤田勘探、開發過程中必不可少的環節。

以往在地震地質條件較好的地區，地震解釋基本可以查找落差10 m左右的斷層，控制煤層的基本形態，近年來，隨著開采深度的加大、構造復雜程度的增加及國家對煤礦安全生產的重視程度日益加大，以往地震解釋的精度已不能滿足建設現代礦井的需要，礦方通常要求我們要查明落差5 m以上的斷層，并提供落差3～5 m的斷點，直徑大于20 m的陷落柱；查明區內主要煤層的賦存形態，并要求對煤層沖刷帶、自燃邊界、頂底板巖性、巖漿巖侵入體、古河床、古隆起、小煤窯采空區、頂板基巖厚度、新生界厚度、底部奧陶系灰巖頂界面及巖溶發育程度等作出解釋，常規地震解釋釋的思路主要是利用剖面上的反射波至時間變化、并參考振幅、相位等常規因素來解決構造問題，由于地質條件的復雜性和技術本身的局限性，其預測結果往往并不理想。借助地震多屬性提取技術及波阻抗反演等手段可較好的解決煤田三維地震解釋中存在的問題和不足。

1 屬性提取技術[2～3]

地震波屬性是疊前或疊后的地震數據經過數學變換而得到的有關地震波運動學、動力學和統計特征的特征參數，是表征和研究地震數據內部所包含的時間、振幅、頻率、相位以及衰減特征的指標。要根據解決的地質問題來選擇相應的地震屬性。地震屬性技術的關鍵在于屬性提取。

2 波阻抗反演技術

波阻抗反演技術是巖性勘探發展的一種重要方法，它是根據鉆孔測井數據對井旁地震資料進行約束反演，并在此基礎上對孔間地震資料進行反演，推斷含煤地層巖性在平面上的變化情況，這樣就把具有高縱向分辨率的已知測井資料與連續觀測的地震資料聯系起來，實現優勢互補，大大提高三維地震資料的縱、橫向分辨率和對地下地質情況的研究程度。

波阻抗反演常用的是測井約束反演，該方法是基于模型的反演，以區內三維地震勘探數據體和區內測井資料為基礎，根據鉆井分層數據及時深關系對井進行精細時深標定，合成間隔不足一個采樣點的薄層，建立一個初始波阻抗模型，用此模型合成的地震剖面與實際地震剖面比較，然后不斷修改模型，使合成剖面最佳地逼近實際剖面，最終獲得與實際地質模型較為接近的剖面。它以測井資料豐富的高頻信息和完整的低頻成分補充地震資料有限頻寬的不足，用已知地質信息和測井資料作為約束條件，推算出波阻抗資料，在此基礎上，將鉆井獲得的地層變化情況標定在波阻抗剖面上，使反演的地層波阻抗具有明確的地質含義，從而為煤層深度、厚度、巖性等物性的精細描述提供可靠的依據[4]～[7]。下面以陜西陜北某礦與河南某礦兩地的實際應用為例來闡述兩種方法的應用效果。

3 實例應用

實例1。

陜西陜北某礦區位于陜北侏羅紀煤田東部，地層區劃屬華北地層區鄂爾多斯盆地分區。礦區地層由老至新有：上三疊統永坪組（T3y），下侏羅統富縣組（J1f），中侏羅統延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），下白堊統洛河組（K1l），新近系及第四系。整套地層沉積韻律結構明顯，圍巖以中細粒砂巖和粉砂巖為主。經鉆孔揭露，區內共有9個煤組，可采煤層有4層，其中1-2煤層埋深 46.63～92.94 m，煤層厚度0～3.02 m，平均厚度2.05 m；2-2煤層埋深54.66～117.04 m，煤層厚度0.05～5.59 m，平均4.39 m；3-1煤層埋深101.50～157.07 m，煤層厚度2.05～3.41 m，平均2.80 m；4-2煤層埋深167.41～199.23 m，煤層厚度1.85～1.95 m，平均厚度1.90 m。4層可采煤層中，除1-2煤層為部分可采外，其余均為全區可采。根據區內鉆孔揭露，1-2煤層受沖刷嚴重，為了查明沖刷帶的范圍，本文通過屬性提取技術進行了解釋，在屬性提取過程中依據“時窗長度為二分之一周期的整數倍時，計算出的數值是不變的，這才符合實際過程”的原則。該區1-2煤層反射波周期約為20 ms，在提取過程中沿層以10 ms時窗作為提取屬性分析的時窗[8]。主要優選提取了與煤厚相關系數大于0.3的9種地震屬性，圖1為提取的平均絕對值振幅屬性圖，圖中藍色區域應為煤層沖刷變薄區，結合已知鉆孔揭露情況，根據Windess的薄層理論，當薄層厚度小于1/4波長時，薄層反射波波峰與波谷視差近視為一個常數，而反射波振幅隨薄層厚度呈準線性變化，即薄層的厚度信息包含在反射波振幅之中。

首先提取全區已知的三個鉆孔（K78、1號水文孔和J31）處的目的層反射波振幅信息，再確定煤層厚度與地震反射波的振幅對應關系，制作厚度與振幅變化的參數量板圖，最后提取全區煤層反射波的振幅值與量板圖進行比較求得煤厚。繪制出本區煤層厚度變化趨勢圖（圖2）。

圖2中黑色虛線為解釋的1-2煤沖刷薄煤帶邊界，由圖知，區內1-2煤層厚度0～3 m，在勘探區內沖刷嚴重，連續性差，沖刷帶分散，其范圍在東西和南北方向上基本貫穿了勘探區。為了驗證地震勘探效果，礦方共打孔四個（YZ1～YZ4），揭露情況見圖2，由圖可以看出，解釋結果與鉆探驗證結果吻合很好，取得了理想的探測效果。

實例2。

河南某礦區位于輝縣市境內，據鉆孔揭露，本區賦存地層主要有奧陶系中統馬家溝組、石炭系中統本溪組和上統太原組、二疊系下統山西組和下石盒子組、新近系、第四系，其中賦存于二疊系下統山西組下部的二1煤層為主采煤層，在勘探區內煤層埋深535～782 m，煤層厚度4.73～6.77 m，平均6.16 m，屬穩定型厚煤層。

根據實際井巷揭露情況，該區煤層頂板穩定性差，為了確保煤礦安全生產，礦方要求解釋出煤層頂板巖性情況，為此，我們開展了波阻抗巖性反演解釋，根據區內已知鉆孔，利用井約束波阻抗反演，獲得了理想的波阻抗反演數據體，圖3是過13202、13151和8004鉆孔的波阻抗反演剖面，從波阻抗反演剖面可以看出，煤層頂板的波阻抗值變化不大，約7.5×103 g/m2·s，經鉆孔標定為砂質泥巖。根據區內鉆孔揭露的巖性情況，通過提取全區煤層頂板波阻抗值，

3 實例應用

實例1。

陜西陜北某礦區位于陜北侏羅紀煤田東部，地層區劃屬華北地層區鄂爾多斯盆地分區。礦區地層由老至新有：上三疊統永坪組（T3y），下侏羅統富縣組（J1f），中侏羅統延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），下白堊統洛河組（K1l），新近系及第四系。整套地層沉積韻律結構明顯，圍巖以中細粒砂巖和粉砂巖為主。經鉆孔揭露，區內共有9個煤組，可采煤層有4層，其中1-2煤層埋深 46.63～92.94 m，煤層厚度0～3.02 m，平均厚度2.05 m；2-2煤層埋深54.66～117.04 m，煤層厚度0.05～5.59 m，平均4.39 m；3-1煤層埋深101.50～157.07 m，煤層厚度2.05～3.41 m，平均2.80 m；4-2煤層埋深167.41～199.23 m，煤層厚度1.85～1.95 m，平均厚度1.90 m。4層可采煤層中，除1-2煤層為部分可采外，其余均為全區可采。根據區內鉆孔揭露，1-2煤層受沖刷嚴重，為了查明沖刷帶的范圍，本文通過屬性提取技術進行了解釋，在屬性提取過程中依據“時窗長度為二分之一周期的整數倍時，計算出的數值是不變的，這才符合實際過程”的原則。該區1-2煤層反射波周期約為20 ms，在提取過程中沿層以10 ms時窗作為提取屬性分析的時窗[8]。主要優選提取了與煤厚相關系數大于0.3的9種地震屬性，圖1為提取的平均絕對值振幅屬性圖，圖中藍色區域應為煤層沖刷變薄區，結合已知鉆孔揭露情況，根據Windess的薄層理論，當薄層厚度小于1/4波長時，薄層反射波波峰與波谷視差近視為一個常數，而反射波振幅隨薄層厚度呈準線性變化，即薄層的厚度信息包含在反射波振幅之中。

首先提取全區已知的三個鉆孔（K78、1號水文孔和J31）處的目的層反射波振幅信息，再確定煤層厚度與地震反射波的振幅對應關系，制作厚度與振幅變化的參數量板圖，最后提取全區煤層反射波的振幅值與量板圖進行比較求得煤厚。繪制出本區煤層厚度變化趨勢圖（圖2）。

圖2中黑色虛線為解釋的1-2煤沖刷薄煤帶邊界，由圖知，區內1-2煤層厚度0～3 m，在勘探區內沖刷嚴重，連續性差，沖刷帶分散，其范圍在東西和南北方向上基本貫穿了勘探區。為了驗證地震勘探效果，礦方共打孔四個（YZ1～YZ4），揭露情況見圖2，由圖可以看出，解釋結果與鉆探驗證結果吻合很好，取得了理想的探測效果。

實例2。

河南某礦區位于輝縣市境內，據鉆孔揭露，本區賦存地層主要有奧陶系中統馬家溝組、石炭系中統本溪組和上統太原組、二疊系下統山西組和下石盒子組、新近系、第四系，其中賦存于二疊系下統山西組下部的二1煤層為主采煤層，在勘探區內煤層埋深535～782 m，煤層厚度4.73～6.77 m，平均6.16 m，屬穩定型厚煤層。

根據實際井巷揭露情況，該區煤層頂板穩定性差，為了確保煤礦安全生產，礦方要求解釋出煤層頂板巖性情況，為此，我們開展了波阻抗巖性反演解釋，根據區內已知鉆孔，利用井約束波阻抗反演，獲得了理想的波阻抗反演數據體，圖3是過13202、13151和8004鉆孔的波阻抗反演剖面，從波阻抗反演剖面可以看出，煤層頂板的波阻抗值變化不大，約7.5×103 g/m2·s，經鉆孔標定為砂質泥巖。根據區內鉆孔揭露的巖性情況，通過提取全區煤層頂板波阻抗值，

3 實例應用

實例1。

陜西陜北某礦區位于陜北侏羅紀煤田東部，地層區劃屬華北地層區鄂爾多斯盆地分區。礦區地層由老至新有：上三疊統永坪組（T3y），下侏羅統富縣組（J1f），中侏羅統延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），下白堊統洛河組（K1l），新近系及第四系。整套地層沉積韻律結構明顯，圍巖以中細粒砂巖和粉砂巖為主。經鉆孔揭露，區內共有9個煤組，可采煤層有4層，其中1-2煤層埋深 46.63～92.94 m，煤層厚度0～3.02 m，平均厚度2.05 m；2-2煤層埋深54.66～117.04 m，煤層厚度0.05～5.59 m，平均4.39 m；3-1煤層埋深101.50～157.07 m，煤層厚度2.05～3.41 m，平均2.80 m；4-2煤層埋深167.41～199.23 m，煤層厚度1.85～1.95 m，平均厚度1.90 m。4層可采煤層中，除1-2煤層為部分可采外，其余均為全區可采。根據區內鉆孔揭露，1-2煤層受沖刷嚴重，為了查明沖刷帶的范圍，本文通過屬性提取技術進行了解釋，在屬性提取過程中依據“時窗長度為二分之一周期的整數倍時，計算出的數值是不變的，這才符合實際過程”的原則。該區1-2煤層反射波周期約為20 ms，在提取過程中沿層以10 ms時窗作為提取屬性分析的時窗[8]。主要優選提取了與煤厚相關系數大于0.3的9種地震屬性，圖1為提取的平均絕對值振幅屬性圖，圖中藍色區域應為煤層沖刷變薄區，結合已知鉆孔揭露情況，根據Windess的薄層理論，當薄層厚度小于1/4波長時，薄層反射波波峰與波谷視差近視為一個常數，而反射波振幅隨薄層厚度呈準線性變化，即薄層的厚度信息包含在反射波振幅之中。

首先提取全區已知的三個鉆孔（K78、1號水文孔和J31）處的目的層反射波振幅信息，再確定煤層厚度與地震反射波的振幅對應關系，制作厚度與振幅變化的參數量板圖，最后提取全區煤層反射波的振幅值與量板圖進行比較求得煤厚。繪制出本區煤層厚度變化趨勢圖（圖2）。

圖2中黑色虛線為解釋的1-2煤沖刷薄煤帶邊界，由圖知，區內1-2煤層厚度0～3 m，在勘探區內沖刷嚴重，連續性差，沖刷帶分散，其范圍在東西和南北方向上基本貫穿了勘探區。為了驗證地震勘探效果，礦方共打孔四個（YZ1～YZ4），揭露情況見圖2，由圖可以看出，解釋結果與鉆探驗證結果吻合很好，取得了理想的探測效果。

實例2。

河南某礦區位于輝縣市境內，據鉆孔揭露，本區賦存地層主要有奧陶系中統馬家溝組、石炭系中統本溪組和上統太原組、二疊系下統山西組和下石盒子組、新近系、第四系，其中賦存于二疊系下統山西組下部的二1煤層為主采煤層，在勘探區內煤層埋深535～782 m，煤層厚度4.73～6.77 m，平均6.16 m，屬穩定型厚煤層。

根據實際井巷揭露情況，該區煤層頂板穩定性差，為了確保煤礦安全生產，礦方要求解釋出煤層頂板巖性情況，為此，我們開展了波阻抗巖性反演解釋，根據區內已知鉆孔，利用井約束波阻抗反演，獲得了理想的波阻抗反演數據體，圖3是過13202、13151和8004鉆孔的波阻抗反演剖面，從波阻抗反演剖面可以看出，煤層頂板的波阻抗值變化不大，約7.5×103 g/m2·s，經鉆孔標定為砂質泥巖。根據區內鉆孔揭露的巖性情況，通過提取全區煤層頂板波阻抗值，