地震多屬性技術解釋煤礦薄煤區的應用

摘 要：寧東煤田某礦區的地質資料較老，礦方急需利用三維地震勘探資料來解釋礦區內的煤層厚度變化情況，有針對性布置開采工作面。先分析礦區的三維地震資料，其分辨率和信噪比均較高，利用基于地震屬性的多元回歸分析和基于模型道的波形相關這兩種相結合的方法進行解釋是切實可行的。通過優選與煤層厚度相關的地震屬性進行煤厚預測，同時提取鉆孔處波形作為模型道，以煤厚作為已知條件，在全區進行相對分析，再對兩種方法進行資料綜合對比分析，并取得較好的效果。

關鍵詞：地震；屬性；解釋；煤礦；應用

引言

地質上常規解釋煤層厚度趨勢主要是根據鉆孔資料按照統計方法內插而得，受鉆孔距離影響，內插得到的煤層厚度有較大的誤差。對于煤礦生產而言，獲得較高精度的煤厚對礦井開展有很多的幫助。根據理論研究分析，煤層厚度的變化與地震屬性參數的變化及波形有直接或間接的關系。通過分析不同地震屬性及波形與煤厚的相關性，對解決煤厚的預測有較大的作用。

1 勘探區概況

本勘探區位于寧夏銀川市東約35km毛烏素沙漠的西邊緣，屬典型的低緩的半沙漠丘陵區。井田地勢為西部高、東部低，地形西部復雜，東部平坦開闊，總體比較簡單。

勘探區主要含煤地層為山西組和太原組，含煤地層有23層，一、二、三、四、五、六煤層屬于山西組；七、八、九、十、十一、十二煤層屬于太原群，計算了儲量的煤層為一、三、四、五、六、八、九、十等八個煤層。屬大部可采的薄至厚煤層。煤層總體結構簡單，較穩定偏不穩定。區內有鉆孔29個，用多種方法對煤厚進行研究，保留5個鉆孔做為驗證孔，也驗證各種方法的精度。

2 地震屬性的多元回歸分析方法預測煤厚

應用地震屬性預測煤層厚度包含兩個方面：一個是煤層地震屬性的提??；一個是煤層厚度與這些屬性的關系；由于各種地震屬性信息間的組合方式以及各種屬性反映厚度的靈敏度具有很大的不確定性，在不同地區、不同層位的地震屬性組合存在較大差別，因此，必須根據各個礦區煤層厚度與地震屬性的相關性，尋找適宜的地震屬性參數來預測煤層厚度。

2.1 地震屬性提取

采用GeoFrame軟件，確定沿目的層上下一定時窗作為提取屬性分析的時窗，然后進行對比，選取合適的時間。在此時窗內，共提取26種地震屬性，然后進行優選。

2.2 地震屬性優選

首先，對井旁地震記錄的煤層厚度與優選的地震屬性數據進行歸一化處理，按歸一化公式進行處理計算，將樣本數據轉化為0～1區間的數據，然后，根據歸一化處理后的數據，按照公式計算煤厚與地震屬性之間相關系數。計算后的相關系數見表1。

基于煤層厚度與地震屬性之間的相關系數，從中優選出相關系數較大的地震屬性8種，即平均振幅、平均波峰振幅、平均波谷振幅、瞬時頻率、最小振幅、總振幅、正極性振幅、負極性振幅。為了保證各屬性的相對獨立性和算法的穩定性，進行地震屬性的互相關分析，如表2所示。根據各地震屬性間的相關系數，剔除相關系數較大的屬性，最后獲取4個有用的地震屬性作為預測模型的基本參數，它們分別是：負極性振幅，總振幅，最小振幅和瞬時頻率。用這些地震屬性作為回歸模型的基本參數。

2.3 煤層厚度預測模型

根據鉆孔資料，以歸一化后的地震屬性集為基礎，建立地震屬性與煤厚之間的多元多項式回歸模型。

通過平均波峰振幅，均方根振幅，弧長和正極性振幅和與煤層厚度之間的相關分析，計算獲得的四元一次多項式回歸模型為

y=1.935-2.937xl-5.167x2+6.534x3+0.559x4 （1）

式中y為預測煤厚值（m）；x1為平均波峰振幅；x2為均方根振幅；x3為弧長；x4為正極性振幅和。

2.4 結果分析

通過表3可以看出，這5個驗證孔的絕對誤差都小于1m，其中有3個孔，相對誤差小于10%，有2個孔的相對誤差較大，其主要原因是煤層厚度較薄，由于基數小使得相對誤差偏大，另外也可以看出，煤層越薄，其解釋誤差就變大；可見基于屬性的多元回歸分析方法預測煤厚的方法是可行的。通過與單屬性預測的結果相比，比單屬性的誤差要小的多，說明基于屬性的多元回歸分析方法比以前的單一屬性預測精度又提高了一步。

3 基于模型道的波形相關方法預測煤厚

煤層的厚薄會引起所在位置地震剖面上波形的變化，所以提取鉆孔處波形做為模型道，以煤厚做為已知條件，在全區進行相對分析。與鉆孔處模型道相關度最大的地方，煤厚與鉆孔處相似。

3.1 提取模型道

隨機抽取5個驗證孔外，提取所有鉆孔處的模型道。

3.2 進行相關分析

在地震勘探中煤層屬于“薄層”范疇。其反射波一般是一種復合波，不可能根據時差來確定上下圍巖界面。國內外計算薄層厚度的方法很多，各種方法有各自的假設前提及適用范圍，它們要求煤層厚度在一定范圍內變化，對于特薄或特厚煤層顯得無能為力，另外地震波的一些動力學參數如振幅、頻率、帶寬等都與煤厚一定關系，但是這些動力學參數與煤層厚度都不是簡單的線性關系，而是呈現復雜的非線性關系特點。本次運用井的煤厚值與過井處煤層反射波的振幅值擬合公式，求取煤層厚度。

薄煤帶使煤與圍巖的波阻抗差異減小，導致形成反射波的能量發生變化，在時間剖面上，反射波表現為振幅削弱、頻率增高、相位增多、反射波連性變差以及反射波突然消失等特征（見圖1）。

本次圈定的薄煤帶充分利用了己知地質資料并和地震時間剖面結合，分析時間剖面特征和勘探區內成煤環境，準確判定薄煤帶并圈定其分布范圍。

首先把這些孔分類，本次以0.5m為間隔進行分類，把0-0.5m的當作第一類，0.5-1m的當作第二類，以此類推，共分成8類。

以這些類與全區的地震波形相行相關分析，形成全區的波形相關圖。見圖2。

3.3 結果分析

隨機抽取5個孔為驗證孔，來檢驗分析的結果，408孔實際煤厚1.61m，預測2.0m左右；403孔實際煤厚1.05m，預測2m左右；422孔實際煤厚2.11m，預測1.8m左右；417孔實際煤厚0.65m，預測1.2m左右；454孔實際煤厚2.55m，預測2.1m。

4 結束語

針對寧東煤田某礦區生產的需要，以勘探區的鉆孔地質資料為基礎，通過利用基于地震屬性的多元回歸分析和基于模型道的波形相關這兩種方法進行對比分析。最終得出結論認為：波形方法只能定性地預測煤層的厚薄，不能準確定量煤厚；與多元回歸方法相比，精度較低。但是它能較直觀地反映出煤厚的相對厚薄，這是它的優點。在無煤區的預測上，它精度相對較高，能滿足生產需求。

參考文獻

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作者簡介：李治欣（1977-），男，河南登封人，工程師，從事物探生產管理工作。