煤田三維地震綜合解釋技術(shù)應(yīng)用研究

王萬合

摘 要：本文以礦方建設(shè)高效、安全生產(chǎn)的現(xiàn)代化礦井要求為出發(fā)點(diǎn)，闡述了三維地震解釋技術(shù)的發(fā)展，指出了地震多屬性提取和波阻抗反演技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際意義，通過對陜北某礦三維地震勘探的應(yīng)用實(shí)例，提出了地震多屬性提取技術(shù)在預(yù)測煤厚、煤層沖刷范圍等方面具有較好的應(yīng)用效果；根據(jù)波阻抗反演技術(shù)在河南某礦的應(yīng)用實(shí)例，提取了全區(qū)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(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對全區(qū)煤層頂板巖性的預(yù)測。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(shù)得到了迅速的發(fā)展[1]。三維地震勘探技術(shù)因其高效、經(jīng)濟(jì)、解決煤田地質(zhì)構(gòu)造等復(fù)雜問題的能力強(qiáng)，深受煤礦企業(yè)的歡迎，已經(jīng)成為煤田勘探、開發(fā)過程中必不可少的環(huán)節(jié)。

以往在地震地質(zhì)條件較好的地區(qū)，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(tài)，近年來，隨著開采深度的加大、構(gòu)造復(fù)雜程度的增加及國家對煤礦安全生產(chǎn)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(shè)現(xiàn)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(diǎn)，直徑大于20 m的陷落柱；查明區(qū)內(nèi)主要煤層的賦存形態(tài)，并要求對煤層沖刷帶、自燃邊界、頂?shù)装鍘r性、巖漿巖侵入體、古河床、古隆起、小煤窯采空區(qū)、頂板基巖厚度、新生界厚度、底部奧陶系灰?guī)r頂界面及巖溶發(fā)育程度等作出解釋，常規(guī)地震解釋釋的思路主要是利用剖面上的反射波至?xí)r間變化、并參考振幅、相位等常規(guī)因素來解決構(gòu)造問題，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和技術(shù)本身的局限性，其預(yù)測結(jié)果往往并不理想。借助地震多屬性提取技術(shù)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(shù)[2～3]

地震波屬性是疊前或疊后的地震數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)學(xué)變換而得到的有關(guān)地震波運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和統(tǒng)計特征的特征參數(shù)，是表征和研究地震數(shù)據(jù)內(nèi)部所包含的時間、振幅、頻率、相位以及衰減特征的指標(biāo)。要根據(jù)解決的地質(zhì)問題來選擇相應(yīng)的地震屬性。地震屬性技術(shù)的關(guān)鍵在于屬性提取。

2 波阻抗反演技術(shù)

波阻抗反演技術(shù)是巖性勘探發(fā)展的一種重要方法，它是根據(jù)鉆孔測井?dāng)?shù)據(jù)對井旁地震資料進(jìn)行約束反演，并在此基礎(chǔ)上對孔間地震資料進(jìn)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(xù)觀測的地震資料聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，大大提高三維地震資料的縱、橫向分辨率和對地下地質(zhì)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(qū)內(nèi)三維地震勘探數(shù)據(jù)體和區(qū)內(nèi)測井資料為基礎(chǔ)，根據(jù)鉆井分層數(shù)據(jù)及時深關(guān)系對井進(jìn)行精細(xì)時深標(biāo)定，合成間隔不足一個采樣點(diǎn)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(shí)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(shí)際剖面，最終獲得與實(shí)際地質(zhì)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(bǔ)充地震資料有限頻寬的不足，用已知地質(zhì)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(chǔ)上，將鉆井獲得的地層變化情況標(biāo)定在波阻抗剖面上，使反演的地層波阻抗具有明確的地質(zhì)含義，從而為煤層深度、厚度、巖性等物性的精細(xì)描述提供可靠的依據(jù)[4]～[7]。下面以陜西陜北某礦與河南某礦兩地的實(shí)際應(yīng)用為例來闡述兩種方法的應(yīng)用效果。

3 實(shí)例應(yīng)用

實(shí)例1。

陜西陜北某礦區(qū)位于陜北侏羅紀(jì)煤田東部，地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)鄂爾多斯盆地分區(qū)。礦區(qū)地層由老至新有：上三疊統(tǒng)永坪組（T3y），下侏羅統(tǒng)富縣組（J1f），中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），下白堊統(tǒng)洛河組（K1l），新近系及第四系。整套地層沉積韻律結(jié)構(gòu)明顯，圍巖以中細(xì)粒砂巖和粉砂巖為主。經(jīng)鉆孔揭露，區(qū)內(nèi)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(qū)可采。根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔揭露，1-2煤層受沖刷嚴(yán)重，為了查明沖刷帶的范圍，本文通過屬性提取技術(shù)進(jìn)行了解釋，在屬性提取過程中依據(jù)“時窗長度為二分之一周期的整數(shù)倍時，計算出的數(shù)值是不變的，這才符合實(shí)際過程”的原則。該區(qū)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(yōu)選提取了與煤厚相關(guān)系數(shù)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(lán)色區(qū)域應(yīng)為煤層沖刷變薄區(qū)，結(jié)合已知鉆孔揭露情況，根據(jù)Windess的薄層理論，當(dāng)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(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。

首先提取全區(qū)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(yīng)關(guān)系，制作厚度與振幅變化的參數(shù)量板圖，最后提取全區(qū)煤層反射波的振幅值與量板圖進(jìn)行比較求得煤厚。繪制出本區(qū)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(qū)內(nèi)1-2煤層厚度0～3 m，在勘探區(qū)內(nèi)沖刷嚴(yán)重，連續(xù)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(qū)。為了驗(yàn)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(jié)果與鉆探驗(yàn)證結(jié)果吻合很好，取得了理想的探測效果。

實(shí)例2。

河南某礦區(qū)位于輝縣市境內(nèi)，據(jù)鉆孔揭露，本區(qū)賦存地層主要有奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、石炭系中統(tǒng)本溪組和上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)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(tǒng)山西組下部的二1煤層為主采煤層，在勘探區(qū)內(nèi)煤層埋深535～782 m，煤層厚度4.73～6.77 m，平均6.16 m，屬穩(wěn)定型厚煤層。

根據(jù)實(shí)際井巷揭露情況，該區(qū)煤層頂板穩(wěn)定性差，為了確保煤礦安全生產(chǎn)，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(jù)區(qū)內(nèi)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(shù)據(jù)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(jīng)鉆孔標(biāo)定為砂質(zhì)泥巖。根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔揭露的巖性情況，通過提取全區(qū)煤層頂板波阻抗值，

3 實(shí)例應(yīng)用

實(shí)例1。

陜西陜北某礦區(qū)位于陜北侏羅紀(jì)煤田東部，地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)鄂爾多斯盆地分區(qū)。礦區(qū)地層由老至新有：上三疊統(tǒng)永坪組（T3y），下侏羅統(tǒng)富縣組（J1f），中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），下白堊統(tǒng)洛河組（K1l），新近系及第四系。整套地層沉積韻律結(jié)構(gòu)明顯，圍巖以中細(xì)粒砂巖和粉砂巖為主。經(jīng)鉆孔揭露，區(qū)內(nèi)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(qū)可采。根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔揭露，1-2煤層受沖刷嚴(yán)重，為了查明沖刷帶的范圍，本文通過屬性提取技術(shù)進(jìn)行了解釋，在屬性提取過程中依據(jù)“時窗長度為二分之一周期的整數(shù)倍時，計算出的數(shù)值是不變的，這才符合實(shí)際過程”的原則。該區(qū)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(yōu)選提取了與煤厚相關(guān)系數(shù)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(lán)色區(qū)域應(yīng)為煤層沖刷變薄區(qū)，結(jié)合已知鉆孔揭露情況，根據(jù)Windess的薄層理論，當(dāng)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(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。

首先提取全區(qū)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(yīng)關(guān)系，制作厚度與振幅變化的參數(shù)量板圖，最后提取全區(qū)煤層反射波的振幅值與量板圖進(jìn)行比較求得煤厚。繪制出本區(qū)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(qū)內(nèi)1-2煤層厚度0～3 m，在勘探區(qū)內(nèi)沖刷嚴(yán)重，連續(xù)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(qū)。為了驗(yàn)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(jié)果與鉆探驗(yàn)證結(jié)果吻合很好，取得了理想的探測效果。

實(shí)例2。

河南某礦區(qū)位于輝縣市境內(nèi)，據(jù)鉆孔揭露，本區(qū)賦存地層主要有奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、石炭系中統(tǒng)本溪組和上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)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(tǒng)山西組下部的二1煤層為主采煤層，在勘探區(qū)內(nèi)煤層埋深535～782 m，煤層厚度4.73～6.77 m，平均6.16 m，屬穩(wěn)定型厚煤層。

根據(jù)實(shí)際井巷揭露情況，該區(qū)煤層頂板穩(wěn)定性差，為了確保煤礦安全生產(chǎn)，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(jù)區(qū)內(nèi)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(shù)據(jù)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(jīng)鉆孔標(biāo)定為砂質(zhì)泥巖。根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔揭露的巖性情況，通過提取全區(qū)煤層頂板波阻抗值，

3 實(shí)例應(yīng)用

實(shí)例1。

陜西陜北某礦區(qū)位于陜北侏羅紀(jì)煤田東部，地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)鄂爾多斯盆地分區(qū)。礦區(qū)地層由老至新有：上三疊統(tǒng)永坪組（T3y），下侏羅統(tǒng)富縣組（J1f），中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），下白堊統(tǒng)洛河組（K1l），新近系及第四系。整套地層沉積韻律結(jié)構(gòu)明顯，圍巖以中細(xì)粒砂巖和粉砂巖為主。經(jīng)鉆孔揭露，區(qū)內(nèi)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(qū)可采。根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔揭露，1-2煤層受沖刷嚴(yán)重，為了查明沖刷帶的范圍，本文通過屬性提取技術(shù)進(jìn)行了解釋，在屬性提取過程中依據(jù)“時窗長度為二分之一周期的整數(shù)倍時，計算出的數(shù)值是不變的，這才符合實(shí)際過程”的原則。該區(qū)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(yōu)選提取了與煤厚相關(guān)系數(shù)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(lán)色區(qū)域應(yīng)為煤層沖刷變薄區(qū)，結(jié)合已知鉆孔揭露情況，根據(jù)Windess的薄層理論，當(dāng)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(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。

首先提取全區(qū)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(yīng)關(guān)系，制作厚度與振幅變化的參數(shù)量板圖，最后提取全區(qū)煤層反射波的振幅值與量板圖進(jìn)行比較求得煤厚。繪制出本區(qū)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(qū)內(nèi)1-2煤層厚度0～3 m，在勘探區(qū)內(nèi)沖刷嚴(yán)重，連續(xù)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(qū)。為了驗(yàn)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(jié)果與鉆探驗(yàn)證結(jié)果吻合很好，取得了理想的探測效果。

實(shí)例2。

河南某礦區(qū)位于輝縣市境內(nèi)，據(jù)鉆孔揭露，本區(qū)賦存地層主要有奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、石炭系中統(tǒng)本溪組和上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)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(tǒng)山西組下部的二1煤層為主采煤層，在勘探區(qū)內(nèi)煤層埋深535～782 m，煤層厚度4.73～6.77 m，平均6.16 m，屬穩(wěn)定型厚煤層。

根據(jù)實(shí)際井巷揭露情況，該區(qū)煤層頂板穩(wěn)定性差，為了確保煤礦安全生產(chǎn)，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(jù)區(qū)內(nèi)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(shù)據(jù)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(jīng)鉆孔標(biāo)定為砂質(zhì)泥巖。根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔揭露的巖性情況，通過提取全區(qū)煤層頂板波阻抗值，