正演模擬技術(shù)在煤層厚度預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究

王曉亮

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安710077）

正演模擬技術(shù)在煤層厚度預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究

王曉亮*

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安710077）

以陜西某煤礦為例，依據(jù)煤層厚度變化的地震響應(yīng)特征，利用三維地震勘探精細(xì)解釋與正演模擬相結(jié)合的方法，有效預(yù)測(cè)煤層厚度，取得較好探測(cè)效果。

地震勘探；正演模擬；煤厚預(yù)測(cè)；特厚煤層

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，煤層厚度變化是除構(gòu)造因素外又一影響煤礦生產(chǎn)安全的重要因素，煤厚變化給煤礦生產(chǎn)帶來(lái)不可預(yù)見(jiàn)的影響。常規(guī)煤層厚度計(jì)算是利用鉆孔資料的內(nèi)插獲得，鉆孔密度限制提供的煤厚資料精度，有效利用地震資料解釋煤層厚度對(duì)煤礦合理開(kāi)采、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

對(duì)于煤田采區(qū)勘探，多數(shù)煤層厚度與煤層反射主波長(zhǎng)λ相比，煤層厚度小于λ/4，頂?shù)装宀荒芊蛛x，形成復(fù)合波，這種情況下通常采用波形振幅方法，就是利用地震反射波的波形特征和振幅信息與煤厚的相關(guān)性來(lái)進(jìn)行煤層厚度的橫向預(yù)測(cè)。而當(dāng)煤層厚度大于λ/4甚至更厚時(shí)，上述方法就會(huì)影響煤厚預(yù)測(cè)的精度。

本文以陜西某井田為例，利用三維地震勘探精細(xì)解釋與正演模擬相結(jié)合的方法，針對(duì)特厚煤層區(qū)域有效預(yù)測(cè)煤層厚度。

1　研究區(qū)概況

本井田位于陜西省中西部，屬陜北黃土高原與隴東黃土高原結(jié)合部的塬梁溝壑區(qū)，井田內(nèi)大部分地區(qū)被第四系黃土及第三系紅土所覆蓋，在涇河沿岸及黑河下游出露有白堊系下統(tǒng)洛河組，主要溝谷內(nèi)出露華池組。依據(jù)鉆孔揭露及地質(zhì)填圖資料，井田內(nèi)地層由老至新依次有：三疊系上統(tǒng)胡家村組（T3h），侏羅系下統(tǒng)富縣組（J1f）、中統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），白堊系下統(tǒng)宜君組（K1y）、洛河組（K1l）、華池組（K1h），新近系（N）及第四系更新統(tǒng)（Q1-3）、全新統(tǒng)（Q4）。

井田內(nèi)含煤地層為中侏羅統(tǒng)延安組，含煤4層。延安組按沉積特點(diǎn)及含煤性分為3段，研究區(qū)僅發(fā)育第一段，含4-1煤、4煤、4下煤。4下煤為零星可采煤層，4-1煤為局部可采煤層，4煤層厚度：0～35.22m，平均厚度15.23m，為全區(qū)可采、穩(wěn)定的特厚煤層。工區(qū)位置見(jiàn)圖1。

圖1　工區(qū)位置簡(jiǎn)圖

2　地震資料精細(xì)處理

本著“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原則，優(yōu)選針對(duì)提高信噪比的處理模塊，精選參數(shù)（圖2）。處理中嚴(yán)格控制中間質(zhì)量，針對(duì)靜校正和速度分析2個(gè)重要環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)測(cè)試迭代處理，取得高質(zhì)量成果。通過(guò)覆蓋次數(shù)（圖3）可以看出，覆蓋次數(shù)有局部較高外，整體上達(dá)到設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明炮點(diǎn)在復(fù)雜的地表?xiàng)l件下分布相對(duì)均勻，滿足資料要求。

3　煤厚預(yù)測(cè)方法分析

地震反射波中包含極其豐富的地下地質(zhì)信息，利用地震反射波可以用來(lái)進(jìn)行煤層厚度的預(yù)測(cè)。煤厚與多種屬性有一定的關(guān)系，波形振幅方法就是利用地震反射波的波形特征和振幅信息與煤厚的相關(guān)性來(lái)進(jìn)行煤層厚度的橫向預(yù)測(cè)。根據(jù)Windess的薄層理論，當(dāng)薄層厚度小于λ/4時(shí)，薄層反射波波峰與波谷視差近視為一個(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。煤厚在小于λ/4范圍之內(nèi)，振幅隨煤層基本呈線性增加關(guān)系；煤厚在大于λ/2后，振幅隨煤層呈線性減小關(guān)系；煤厚在λ/4～λ/2，振幅與煤厚變化關(guān)系不明顯。

3.1無(wú)煤區(qū)和煤層變薄區(qū)

無(wú)煤區(qū)和煤層變薄區(qū)在時(shí)間剖面上，表現(xiàn)為下相位反射波振幅變?nèi)?、頻率增高以及反射波突然消失等特征，從圖3可以看出煤層厚度的相對(duì)變化，隨著煤厚的逐漸變薄，煤層反射波由頂、底板一組反射波變?yōu)閺?fù)合波。

圖2　資料處理流程圖

圖3　無(wú)煤區(qū)及附近煤層厚度變化在地震時(shí)間剖面的反映

3.2特厚煤層正演模擬分析

地震剖面線依次經(jīng)過(guò)5-1、5-2、213、5-3鉆孔，鉆孔煤厚依次為24.46m、26.46m、35.04m、28.66m，而這些鉆孔附近的4煤頂、底板反射波時(shí)間差和煤厚成正相關(guān)關(guān)系（圖4）。將勘探線正演時(shí)間剖面與實(shí)際時(shí)間剖面對(duì)比，特厚煤層區(qū)煤層頂、底板反射波在時(shí)間剖面上可分開(kāi)，并形成一組反射波，一般表現(xiàn)為2個(gè)強(qiáng)相位。

圖4　地震時(shí)間剖面與正演時(shí)間剖面對(duì)比　

局部區(qū)域鉆孔213與5-3之間煤層厚度超過(guò)35m左右時(shí)，表現(xiàn)為3個(gè)強(qiáng)相位。

3.3特厚煤層預(yù)測(cè)方法

因此特厚煤層區(qū)煤厚解釋的步驟為先求取鉆孔處煤層層速度，然后利用時(shí)深轉(zhuǎn)換公式直接計(jì)算出各處煤厚。在無(wú)煤區(qū)周邊區(qū)域，煤層厚度相對(duì)較薄，煤厚受古隆起控制，煤層厚度與煤層底板標(biāo)高相關(guān)，通過(guò)已知鉆孔以及煤厚與其底板標(biāo)高的這種相關(guān)關(guān)系進(jìn)行類比、內(nèi)插而獲得煤層厚度，繪出全區(qū)煤層變化趨勢(shì)圖。

3.4煤厚探查成果驗(yàn)證

為了進(jìn)一步確認(rèn)煤層厚度預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，分別選擇無(wú)煤區(qū)、薄煤區(qū)和厚煤區(qū)鉆孔5口作為驗(yàn)證孔檢驗(yàn)預(yù)測(cè)效果，結(jié)果見(jiàn)表1。

孔名1401 1402 1403 1404 1405實(shí)際煤厚（m）0 2.28 15.17 26.46 37.30預(yù)測(cè)煤厚（m）0 2.56 16.61 28.37 33.36絕對(duì)誤差（m）0 0.28 1.44 1.91 3.94相對(duì)誤差（%）0 10.93 8.67 6.73 11.67

通過(guò)表1可以看出，上述5個(gè)驗(yàn)證孔相對(duì)誤差都小于15%，可見(jiàn)上述方法預(yù)測(cè)煤厚是可行的。

4　結(jié)論

在煤田勘探中，利用地震屬性預(yù)測(cè)煤厚時(shí)，首先要掌握勘探區(qū)域內(nèi)煤層厚度的變化情況，如煤層厚度小于λ/4時(shí)，可選用靈敏度較高的某一地震屬性參數(shù)作為預(yù)測(cè)參數(shù)，如煤層屬于特厚煤層，則可利用煤層層速度與煤層頂、底板反射波旅行時(shí)計(jì)算煤層厚度。

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2015-11-19

王曉亮（1983-），男（漢族），山西文水人，工程師，現(xiàn)從事煤田地震勘探工作。