基于三維地震信息的煤厚解釋

（河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，河南鄭州市，450009） 郝 珺

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第一地質(zhì)勘察院，河南鄭州市，450009） 劉登鋒

（河南工程學(xué)院，河南鄭州市，451191） 黃 波

近年來，隨著煤炭資源的持續(xù)穩(wěn)定開采，接替采區(qū)已有向深部或者外圍拓展的趨勢(shì)，三維地震（測(cè)井）被廣泛應(yīng)用于煤層預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)[1-4]。通過三維地震在礦井生產(chǎn)和補(bǔ)充勘探中的應(yīng)用，可以較為準(zhǔn)確的解釋礦井新生界厚度、構(gòu)造、陷落柱的發(fā)育、煤層底板標(biāo)高和煤層賦存情況等[5-9]。而煤厚變化(包括薄煤帶圈定)解釋精度對(duì)于礦井開拓尤為重要[10-11]。

煤層厚度變化預(yù)測(cè)主要有構(gòu)造分析，鉆孔對(duì)比、內(nèi)插法等[12]，受地質(zhì)條件及鉆孔數(shù)量限制，這些方法要么定性預(yù)測(cè)，要么預(yù)測(cè)的煤厚誤差較大。因地質(zhì)條件的復(fù)雜性和三維地震的多解性，常規(guī)地震解釋成果往往不理想[10-11]。采用三維地震方法可提供高精度的含煤地層地質(zhì)信息，基于提取的地質(zhì)信息，可較為準(zhǔn)確的圈定煤層埋深、厚度變化、甚至薄煤帶等[12]。以趙樓煤礦八、十采區(qū)補(bǔ)充勘探為例，對(duì)趙樓煤礦三號(hào)煤層埋深、煤層厚度以及薄煤帶進(jìn)行解釋。

1 方法原理

根據(jù)由已知到未知、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由點(diǎn)到面、由大到小的原則，充分利用解釋工作站的靈活、高效、直觀的特性，綜合已知地質(zhì)、測(cè)井資料、屬性技術(shù)進(jìn)行綜合解釋，在分析勘探區(qū)地質(zhì)、地震資料特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，制定適合勘探區(qū)的三維資料解釋流程（圖1）。解釋過程中，利用縱向、橫向和任意方向時(shí)間剖面相結(jié)合，時(shí)間剖面和水平切片、順層切片相結(jié)合等方法，全方位的反復(fù)對(duì)比、反復(fù)檢查、反復(fù)修改確認(rèn)，確保解釋結(jié)果的正確可靠[12]。

圖1 資料解釋流程圖

1.1 多屬性提取

地震屬性是由疊前或疊后地震數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)學(xué)變換而導(dǎo)出的有關(guān)地震波幾何形態(tài)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)特征的可定量化表征參數(shù)[13]。根據(jù)Widess的薄層理論，當(dāng)薄層厚度小于λ/4 時(shí)（λ 反射波主波長(zhǎng)），薄層反射波波峰與波谷視時(shí)差近似為一個(gè)常數(shù)，而反射波振幅隨薄層厚度呈準(zhǔn)線性變化，即薄層的厚度信息包含在反射波振幅之中[14]。

利用目前功能強(qiáng)大的的Geoframe 及VVA（VisualVaxAt）解釋軟件，提取了常用的12種地震屬性，即最大振幅；最大數(shù)量；正極性振幅和；瞬時(shí)相位；瞬時(shí)頻率；平均數(shù)量；平均波峰數(shù)；均方根振幅；弧長(zhǎng)；最小振幅。

經(jīng)優(yōu)化選擇了對(duì)薄煤區(qū)反映較好的地震屬性參與了解釋，最終通過對(duì)優(yōu)選的屬性進(jìn)行多元回歸計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層厚度預(yù)測(cè)及薄煤帶范圍圈定[13]。

1.2 波阻抗反演

常規(guī)的地震波阻抗反演就是指利用地震資料反演地層波阻抗的特殊地震處理技術(shù)。該方法有效地將測(cè)井資料垂向分辨率高的特點(diǎn)和地震資料橫向分辨率高的特點(diǎn)結(jié)合起來，達(dá)到識(shí)別巖性和煤層的目的。

波阻抗反演主要流程為：①對(duì)初始模型的波阻抗進(jìn)行方形濾波；②用塊狀化的波阻抗和子波進(jìn)行褶積合成地震記錄；③將合成的地震記錄和真實(shí)地震記錄進(jìn)行比較；④根據(jù)步驟3 中的殘差改變塊狀波阻抗提高其與真實(shí)波阻抗的擬合程度；⑤重復(fù)若干次步驟3、4 最終得到反演結(jié)果(一般要求殘差小于5%）；⑥反演地質(zhì)參數(shù)，預(yù)測(cè)煤層分布。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 補(bǔ)充勘探區(qū)概況

趙樓煤礦位于山東省鄆城縣城東南約22km，巨野縣城西13km。行政區(qū)劃歸鄆城縣、巨野縣管轄。勘探區(qū)位于趙樓煤礦八、十采區(qū)。

勘探區(qū)煤系地層以?shī)W陶系為基底，沉積了石炭系本溪組、石炭-二疊系太原組、二疊系山西組及石盒子組，其上被新近系和第四系所覆蓋。主要含煤地層為太原組和山西組，兩組地層平均總厚242.46m，含煤25 層。其中山西組含煤3 層（1、2、3（3上、3下））；太原組含煤22層。勘探區(qū)主采煤層為3煤層，分上、下分層，屬穩(wěn)定煤層。頂板多為泥巖、細(xì)砂巖，局部見中砂巖；底板多為泥巖、粉砂巖。煤層與頂?shù)讕r石板密度差異較大，波阻抗分異明顯，形成了一個(gè)良好的波阻抗界面，地震條件良好。

2.2 補(bǔ)充勘探區(qū)3煤層圈定

3煤厚度穩(wěn)定，與上下頂?shù)装鍑鷰r間有明顯的波阻抗差異，在時(shí)間剖面上,所形成的反射波T3波能量強(qiáng)，連續(xù)性好,全區(qū)可連續(xù)追蹤。本次除了采用常規(guī)的時(shí)間剖面解釋外，還綜合利用地震資料多種屬性并結(jié)合區(qū)內(nèi)鉆孔揭示的煤層厚度數(shù)據(jù)，以及采用Strata 軟件進(jìn)行了疊后反演（縱波波阻抗），對(duì)勘探區(qū)煤厚變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。繪制了煤層厚度變化趨勢(shì)平面圖（如圖2）。

對(duì)于薄煤層，在時(shí)間剖面上主要表現(xiàn)為煤層同相軸反射波變?nèi)酢⑾?圖3)。波阻抗疊后反演切片圖上，排除巖漿巖影響后，薄煤帶解釋依據(jù)為波阻抗值一般大于7 000(g/cm3)·(m/s)，以黃色為主（如圖4）。屬性分析以分析以均方根振幅屬性為例，薄煤帶與均方根振幅呈負(fù)相關(guān)變化，屬性值越小為薄煤帶的可能性越大，以紅色、黃色為主（如圖5）。經(jīng)綜合分析，勘探區(qū)內(nèi)3 煤厚度在0.5～9m 之間,大部分在4～8m 之間。最厚處位于勘探區(qū)中部，約9m。在勘探區(qū)內(nèi)解釋了9 處薄煤區(qū)，總面積94 183m2。（如圖2）

圖2 3號(hào)煤煤厚及薄煤帶分布圖

圖3 薄煤區(qū)在時(shí)間剖面上的顯示

圖4 3號(hào)煤層波阻抗切片圖

圖5 3號(hào)煤層均方根振幅屬性圖

3 結(jié)論

論述了常規(guī)的時(shí)間剖面、波阻抗反演技術(shù)、屬性提取技術(shù)的處理流程，并以趙樓煤層八、十采區(qū)為實(shí)例進(jìn)行了應(yīng)用研究，解釋了煤層厚度并圈定了薄煤帶。

依據(jù)解釋成果，勘探區(qū)內(nèi)3 煤厚度在0.5～9m之間,大部分在4～8m 之間。最厚處位于勘探區(qū)中部，約9m。在勘探區(qū)內(nèi)解釋了9 處薄煤區(qū)，總面積94 183m2。

三維地震綜合解釋過程中，應(yīng)獲取較高質(zhì)量的原始野外數(shù)據(jù)，對(duì)屬性提取技術(shù)應(yīng)做好保幅處理，結(jié)合已有鉆孔數(shù)據(jù)和生產(chǎn)揭露煤厚數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和修訂。