波阻抗技術在煤礦三維地震勘探中的應用

熊永杰，吳 波，王小豪

（安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽宿州234000）

1 區域介紹

本礦井發育地層由老至新有奧陶系中統馬家溝組、石炭系中統本溪組、石炭系上統太原組、二疊系下統山西組與下石盒子組、二疊系上統上石盒子組及石千峰組、新近系、第四系，其中太原組、山西組、下石盒子組和上石盒子組為含煤地層。其中二疊系下統山西組中的二2煤層為本區主要可采煤層，位于本組中下部，平均煤厚2.16m，下石盒子組中的三22煤層部分被巖漿巖吞蝕，殘留部分也往往大部分變質形成天然焦。

三維地震勘探的地質任務其中包括：

（1）圈定勘探區內直徑10m 以上的陷落柱及其他地質異常區，并對異常區域做出定性解釋。如煤層沖刷變薄、缺失、火成巖侵入等。要求平面誤差不大于10m。

（2）解釋勘探區內主要煤層厚度變化趨勢，對主要煤層二2煤層要求繪制出煤厚等值線圖，對沖刷變薄區，煤層缺失要繪制出邊界線。

根據地質任務的要求，采用了基于模型地震反演的方法對地質異常區及煤層厚度變化趨勢進行解釋。

2 基于模型反演

首先利用本區的地震數據體進行解釋，利用鉆孔測井資料制作人工合成記錄，確定各煤層反射波組的地質層位，再以選定的標準反射波為主要解釋對象，根據反射波同相軸的振幅強度、波形、波組特征、時差等進行綜合對比追蹤解釋斷層等構造，將解釋的數據體與區內測井資料及其他地質資料相結合，對該區進行基于模型的三維疊后反演，得到了本區波阻抗數據體。

基于模型地震反演就是將地震數據與測井資料相結合，建立一個初始地層波阻抗模型，然后由此模型進行正演得到地震合成記錄，將合成地震記錄與實際地震記錄相比較，根據比較結果修改波阻抗模型的速度、密度、深度值及子波，再正演求取合成地震記錄并與實際地震記錄進行比較，如此多次反復修改，使合成記錄最佳地逼近實際記錄，得到最終的波阻抗模型。

本次反演工作共利用了區內的11 個鉆孔資料，測井資料在縱向上分析地層精度高，能夠揭示了地層巖性的變化，但具有局限性，不能反映地層在橫向上變化特點，地震資料在橫向上反映地層波阻抗連續性變化，但垂向分辨率低，建立模型的過程就是將二者進行結合，利用測井波阻抗正確解釋地質層位，利用地震資料為井間的波阻抗界面賦予合適的波阻抗信息，既保留了測井資料縱向分辨率高的特點，也保留了地震資料橫向上的連續性。然后根據標定后的地震層位信息，在全區內通過外推內插的方法建立模型。

通過測區內的解釋成果數據（層位和斷層）、地質鉆孔資料結合地質分層的資料，研究分析煤層厚度橫向變化情況，建立三維地質模型。

地震子波和初始模型建立后，進行反演運算。運算過程主要是通過修改初始模型，使合成記錄最佳逼近實際地震記錄。最終修正的模型就是反演得到的波阻抗模型。圖1是過7220孔的波阻抗反演剖面。

3 解釋成果

3.1 煤厚的解釋

圖1 過7220孔波阻抗反演剖面

利用波阻抗反演對煤層厚度進行解釋，既結合了地震資料的橫向連續性好與測井資料垂向分辨率高的優點，同時波阻抗本身直接反映儲層物性，而煤層與周圍巖石的波阻抗差異較大，所以可以從波阻抗數據體中清晰分辨煤層分布空間，進而計算出煤層厚度。

本區二2煤層在全區煤厚較厚且較穩定，利用波阻抗反演對煤層厚度進行解釋，方法為：首先將得到的波阻抗數據體加載到解釋系統中，如圖2所示，在系統中拾取煤層頂底板波阻抗值分界線的時間值，然后在全區內進行插值，求出地震波在煤層中的旅行時間；再根據測井資料計算煤層速度，計算反射波在煤層中傳播的速度；最后利用時—深轉換公式：h=vt/2計算得到煤層厚度，由工作站解釋系統自動生成煤層厚度等值線平面圖。

圖2 過71-2孔波阻抗反演剖面

圖3 是分別采用波阻抗反演技術和常規鉆孔插值方法得到的二2煤層厚度變化趨勢預測圖，常規插值方法主要是利用解釋軟件包從三維數據體中提取煤層地震屬性（振幅、瞬時頻率、平均能量、帶寬等），結合鉆探揭露煤厚進行煤層厚度標定，在全區內進行插值，從而得到煤層厚度變化趨勢圖。

圖3 采用不同方法得到的二2煤層厚度變化趨勢預測圖

通過對比可以看出，波阻抗反演得到的煤層厚度變化趨勢比常規采用鉆孔插值方法得到的變化趨勢更加精確，更加符合煤厚的賦存和變化規律。

3.2 巖漿巖的解釋

由于煤的密度較小速度較低(波阻抗值較小)，而巖漿巖的密度較大速度較高(波阻抗值較大)。當煤層被巖漿侵入后，其速度與密度值都會增大，其波阻抗值也會有異常。因此，可以利用這一特點在波阻抗數據體上識別煤層中的波阻抗值變大異常區，從而可以圈定煤層中的火成巖侵入區。

圖4 為過7017 孔的波阻抗反演剖面，從波阻抗反演剖面上可以看出二2煤層對應的波阻抗值較小(2600～4000)；三22煤層對應的波阻抗值較高(3900～5000)；均遠小于火成巖侵入區的波阻抗值(6500～7500)。沿煤層波阻抗值在橫向上是變化的，即表示煤層巖性在橫向上的變化，在全區中追蹤沿煤層的波阻抗值，從而可以圈定波阻抗值為高值異常的火成巖侵入區。與屬性圖顯示的異常基本吻合。

圖4 過7017波阻抗反演剖面

4 結論

圖5 火成巖侵入區在振幅圖（左）和層拉平切片圖（右）上的顯示

波阻抗反演成果的好壞與建立的波阻抗模型和真實地質模型是否吻合有密切的關系，因此要充分利用處理好鉆孔測井資料；運用波阻抗技術解釋煤厚較常規解釋方法更加精確，更加真實反映煤層厚度變化的趨勢。利用軟件識別煤層中的波阻抗值的變大異常區，較為準確地圈定煤層中的火成巖侵入區，但要準確確定煤層侵入邊界，需要對波阻抗數據體解釋方法做進一步研究。