煤層反射波的地震響應特征

杜 琦 偉

(山西省煤炭地質物探測繪院，山西 晉中 030600)

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煤層反射波的地震響應特征

杜 琦 偉

(山西省煤炭地質物探測繪院，山西 晉中 030600)

研究了煤層反射波的特點及其影響因素，通過設計不同的地質模型，分析了振幅隨偏移距的變化規律，得出了入射角度、煤層厚度以及地層的傾角等因素對反射波波形的影響形式。

煤層，反射波，振幅，薄層

1 研究的目的和意義

在地震勘探中，薄層問題很早就引起人們的注意，因為在實際地層剖面中大量存在這樣的薄層。例如，地層厚度沿橫向發生明顯變化時，一個“厚層”就會漸變為“薄層”，這個層的反射特點也會發生變化。如果我們掌握了這種變化的特點和規律，反過來就可以更正確的、細致的解釋地震剖面上的各種地質現象。近十幾年在勘探與薄層砂巖體有關的油氣藏時，薄層砂體的識別和解釋尤其重要，因此對于薄層反射的研究更加引起人們的興趣，成了用地震資料進行地層巖性解釋工作中的一個重要內容[1,2]。

2 煤層反射波

賦存在煤系中的煤層除個別地區稍厚外，大多數煤層在幾厘米至幾米之間，最大不超過20 m，構成了薄互層或極薄互層的特點，在地震勘探中幾米煤厚只能看作是薄層；同時，根據巖石標本物性參數測試，證實煤層和圍巖(即頂、底板)之間存在有明顯的物性差異。由于薄互層綜合影響，地震反射響應不是由某個單一界面產生，而是由薄層頂、底界面的一次反射波和薄層之間的微屈多次反射波經多次迭加形成較強的反射振幅，在這里我們稱之為煤層反射波。不同巖性、不同厚度、不同層數的薄互層組合就有不同的地震響應。如何正確識別煤層反射波，進而充分利用煤層反射波的多種信息，把波形的細微變化解釋為地層學的現象，并以此研究煤層的賦存規律以及煤層的分叉、合并、尖滅、沖刷等現象，將是地震地層學研究的一個重要方面[3,4]。

3 煤層振幅隨偏移距的變化

在初步探討煤層地震波振幅影響因素的前提下，設計更切合實際的地質模型，來更好地模擬并指導實際施工生產，也為更好的利用煤層中AVO分析技術提供必要的依據。入射角度、煤層

的厚度以及地層的傾角等都會對反射波的波形產生影響。為了研究這些因素變化時振幅隨偏移距的變化，設計了以下不同的地質模型。

在本篇文章中，人工合成地震記錄時所使用的子波均為雷克子波，其頻率為80 Hz。

由于煤層是一個典型的薄層，頂底界面的波動將會發生明顯的干涉疊加。第四系厚度、煤層的厚度以及煤層的傾角等都會對反射波的波形產生影響。為了研究這些因素變化時振幅隨偏移距的變化，設計不同的地質模型，均采用道距為20 m，48道接收的觀測系統。

3.1 煤層厚度的影響

假定地層為水平層狀介質，各層的速度、密度和厚度值如圖1所示。

當煤層厚度為3 m時，煤層反射波呈雙曲線變化，變化幅度比較小，由于反射波在煤層頂底界面發生明顯干涉疊加，煤層頂底界面不能區分開來。在偏移距比較小時，振幅值隨偏移距的變化很小，當偏移距到一定值并繼續增大時，振幅值遞減趨勢較為明顯(見圖2)。

當煤層厚度從2 m到8 m變化，其余參數不變時，振幅值隨偏移距變化如圖3所示。

從圖中可以看出，在偏移距一定時，煤層厚度越大，振幅值也越大。當偏移距增大時，不同煤厚的振幅值均減小并逐漸收斂。

3.2 傾角的影響

當煤層傾角為5°，其余各層為水平，上傾和下傾方向放炮時，波形圖及振幅隨偏移距變化如圖4，圖5所示。

當煤層傾角為5°，上傾方向放炮時，振幅值隨偏移距的增大呈線性遞減，最后趨于0。

當煤層傾角為5°，下傾方向放炮時，隨著偏移距的增大振幅值呈線性增大，偏移距增大到一定值(600 m～800 m)后，振幅值趨于平穩，隨著偏移距的繼續增大，振幅值呈緩慢減小的趨勢。

當煤層傾角一定時，對比上傾和下傾放炮時的波形圖可知，下

傾方向放炮比上傾方向效果好。尤其是當偏移距大于800 m時，上傾放炮接收到的波形能量弱，在地震記錄上不容易區分，而在下傾放炮時接收到的波形能量很強。

煤層傾角從0°到15°變化，上傾和下傾放炮時，振幅值隨偏移距的變化如圖6所示。

由圖中很明顯的看到：不同傾角的煤層對地震波的衰減作用不同，當偏移距一定時，傾角小的煤層振幅值偏大，當偏移距增大時，不同傾角對應的地震波振幅值均逐漸收斂。

由圖6可知，煤層傾角相同時，上傾放炮和下傾放炮振幅值隨偏移距的變化有很大差別。上傾放炮時，振幅值隨偏移距的增大而近似線性下降，最后近似趨于0，而下傾放炮時振幅值隨偏移距的增大呈增大趨勢，最后趨于一定值。因此，在實際的地震勘探中，應該在下傾方向放炮，這樣所得到的地震波的能量較強。

4 結語

影響振幅隨偏移距變化的因素有：入射角度、煤層的厚度以及地層的傾角等，本文通過對不同的地質模型進行數值模擬，得出入射角度和傾角(炮點的位置)對反射波振幅的影響較大。因此，在實際的地震勘探中，應該剔除這些因素的影響。

由于在數值模擬的過程中，所采用的求取反射系數的公式精度不是很高，所得到的地震波形有一定的偏差。

[1]陸基孟.地震勘探原理.東營：中國石油大學出版社，2006.

[2]劉建華，劉天放，李德春.薄層厚度定量解釋研究.物探與化探，1997，21(1)：96-97.

[3]竇易升.薄層厚度定量解釋的振幅譜平方比法.石油地球物理勘探，1995，30(10)：77-78.

[4]鄧繼開，王靜波.煤層反射波在煤田地震勘探中的應用.山東礦業學院學報，1990，9(2)：123-124.

[5]陳光明.煤層反射波特征及其巖性解釋.煤田地質與勘探，1991，19(4)：110-112.

[6]李慶忠.走向精確勘探的道路.北京：石油工業出版社，1994.

[7]劉天放，R.E.sheriff.煤層的反射.煤田地質與勘探，1990(3)：61-62.

The seismic response characteristics of coal seam reflection wave

Du Qiwei

(ShanxiCoalGeologicalExplorationandPaintingInstitute,Jinzhong030600,China)

This paper researched the characteristics and its influence factors of coal seam reflection wave, through the design of different geological model, analyzed the variation rule of amplitude with offset, gained the influence forms of reflection angle, coal seam thickness and dip angle and other factors to reflection waveform.

coal seam, reflection wave, amplitude, thin layer

1009-6825(2015)21-0066-02

2015-05-18

杜琦偉(1982- )，男，助理工程師

TD163

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