地震波阻抗反演在預(yù)測(cè)薄煤層厚度變化趨勢(shì)的研究及應(yīng)用

劉光輝

(山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局,山西 太原 030045)

1 前言

某礦位于沁水煤田陽泉礦區(qū)的東南邊緣。該礦井田地表基巖大面積出露，結(jié)合鉆孔揭露情況，井田沉積地層由老至新分別為奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)、石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)、石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)、二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)、二疊系下統(tǒng)下石盒子組(P1x)、二疊系上統(tǒng)上石盒子組(P2s)、第四系中上更新統(tǒng)(Q2+3)。井田內(nèi)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，總體為一走向NE，傾向NW的單斜構(gòu)造，地層傾角3°～10°。在單斜基礎(chǔ)上發(fā)育有次一級(jí)寬緩褶曲，并有小型斷層，構(gòu)造線(斷層及褶曲軸)以北東向?yàn)橹鳌?/p>

本區(qū)內(nèi)主要煤層為3、12、15號(hào)煤層。3號(hào)煤層區(qū)內(nèi)鉆孔見煤平均煤厚1.23m；12號(hào)煤層區(qū)內(nèi)鉆孔及巷道若干見煤點(diǎn)統(tǒng)計(jì)平均煤厚約1.28m，煤層較穩(wěn)定；15號(hào)煤層區(qū)內(nèi)鉆孔見煤平均煤厚5.695m，層位穩(wěn)定。3號(hào)煤層與12號(hào)煤層平均間距約為80m，12號(hào)煤層與15號(hào)煤層平均間距約為40～50m，各煤層與其頂板，底板圍巖存在明顯的速度和密度差異，各煤層均能形成可連續(xù)追蹤對(duì)比的地震反射波。12號(hào)煤層與15號(hào)煤層在原三維地震勘探工作后已完全采掘。

本區(qū)內(nèi)3號(hào)煤層為主要研究目的層。區(qū)內(nèi)3號(hào)煤層厚度發(fā)育較薄，厚度變化較大并存在沖刷帶，為了經(jīng)濟(jì)高效的采掘3號(hào)煤層，合理布置工作面，本次基于以往三維地震勘探原始資料，經(jīng)重新處理，采用波阻抗反演技術(shù)，預(yù)測(cè)該煤層厚度的變化趨勢(shì)。

2 地震波阻抗反演工作及思路

2.1 已有資料基本情況

地震波阻抗反演法計(jì)算煤層厚度方法原理：由于煤層的波阻抗值與其他地層相比明顯較低，并介于一定幅值之間，可以以這一區(qū)間作為煤層的門檻值，在全區(qū)進(jìn)行追蹤，轉(zhuǎn)換為三維地震數(shù)據(jù)體上的樣點(diǎn)數(shù)，利用數(shù)學(xué)方法將其與實(shí)際鉆井結(jié)果進(jìn)行匹配，從而達(dá)到預(yù)測(cè)煤層厚度分布的目的[1]。

通常地震波阻抗反演需要的基礎(chǔ)資料為高分辨率保幅處理地震數(shù)據(jù)體和相關(guān)鉆孔測(cè)井資料，兩者缺一不可。

本次采用的地震數(shù)據(jù)體為通過二次精細(xì)處理保真、保幅、高分辨疊前偏移數(shù)據(jù)體。經(jīng)過二次精細(xì)保幅處理，使得地震數(shù)據(jù)體頻譜被拓寬，具體如圖1所示。

圖1 二次處理疊前偏移數(shù)據(jù)體頻譜分析

本次區(qū)內(nèi)有3口鉆孔(103、106、127孔)，由于完鉆年代早，故沒有測(cè)井曲線，但收集到了鉆孔巖性資料和地質(zhì)分層數(shù)據(jù)。

2.2 情況分析及思路

(1)研究勘探區(qū)域內(nèi)鉆孔沒有測(cè)井資料，缺少進(jìn)行地震波阻抗反演的條件，經(jīng)過分析研究，決定采用收集到的附近合適的鉆孔巖性及聲波時(shí)差測(cè)井資料，結(jié)合本區(qū)鉆孔的巖性和地質(zhì)分層資料，擬合出可用的聲波時(shí)差曲線，用于本次地震波阻抗反演。

(2)研究地震勘探區(qū)域區(qū)內(nèi)12號(hào)煤層已完全采掘，12煤層煤厚度與3號(hào)煤層相仿，且巷道內(nèi)煤厚測(cè)點(diǎn)較多。決定首先分析研究12號(hào)煤層的厚度變化趨勢(shì)，將結(jié)果與已知煤厚數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以驗(yàn)證所用反演方法的有效性及選用參數(shù)的合理性，然后再用于3號(hào)煤層厚度地震波阻抗反演預(yù)測(cè)[2]。

3 聲波時(shí)差曲線的擬合

經(jīng)過收集整理及分析后認(rèn)為位于附近具有較完整測(cè)井資料的三口鉆井可供使用，具體實(shí)施如下：

(1)以區(qū)內(nèi)三口鉆孔的巖性柱狀圖為基礎(chǔ)，根據(jù)巖石沉積規(guī)律為依據(jù)，劃分出下石盒子組至太原組的三級(jí)層序界面。其中P1X、P1S、C3T3、C3T2也為地質(zhì)界面，P1X為下石盒子組底界面，P1S為山西組底界面，C3T3為太原組三段底界面，C3T2為太原組二段底界面。

(2)通過對(duì)收集到的三口鉆孔各巖性與聲波時(shí)差的統(tǒng)計(jì)，泥巖聲波時(shí)差以400μs/m為基準(zhǔn)線；定義煤層的聲波時(shí)差為400～530μs/m，具體值則參考層序中的含煤百分比來確定；定義砂巖的聲波時(shí)差為250～400μs/m，具體值參考砂巖顆粒的粗細(xì)、砂巖厚度及層序中的含砂百分比來確定；定義灰?guī)r的聲波時(shí)差為200～250μs/m，具體值則參考灰?guī)r厚度及層序中的含灰百分比來確定，具體如圖2所示。

圖2 各巖性聲波時(shí)差的統(tǒng)計(jì)及煤層門檻值確定

4 存在的問題及彌補(bǔ)手段

(1)由于聲波時(shí)差主要根據(jù)巖性數(shù)據(jù)擬合出來，要求巖性數(shù)據(jù)描述準(zhǔn)確，深度定位準(zhǔn)確。但是由于區(qū)內(nèi)鉆井缺乏測(cè)井資料，必須通過鉆孔巖性剖面、鉆孔巖性描述的一致性對(duì)比及其他已知資料來保證巖性擬合數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

原始103孔巖性剖面在PS10與PS9之間砂少泥多，收集的3號(hào)煤底板圖的103孔部位為煤層沖刷，且103孔在288.68～300.97m井段，雖然命名為砂質(zhì)泥巖，但是在鉆孔巖性描述中，該井段中部描述為“砂巖層，含植物化石”，從而也證明了3號(hào)煤層沖刷帶的存在。綜合分析認(rèn)為鉆孔巖性剖面在局部不夠準(zhǔn)確，但可根據(jù)鉆孔巖性描述來還原真實(shí)情況。

綜上分析，首先根據(jù)巖性描述等已知資料對(duì)每口鉆孔的巖性進(jìn)行了重新檢查，并通過多口井巖層的小層對(duì)比，確定重要巖層的性質(zhì)、位置和厚度。

(2)通過擬合的聲波曲線合成地震記錄道，將它與井旁地震道的進(jìn)行相關(guān)分析，來推斷聲波時(shí)差曲線擬合的合理性。相關(guān)性高自然說明聲波曲線擬合的合理性要高，如果全合成記錄道與井旁地震道相關(guān)系數(shù)較低，可適當(dāng)調(diào)節(jié)相關(guān)性不好部位的聲波曲線幅度，比如合成記錄道比井旁地震道能量強(qiáng)，可適當(dāng)調(diào)低上下層聲波曲線幅度差，反之亦然，直到合成記錄道相關(guān)系數(shù)達(dá)到合適水平。

106孔全部合成記錄道與井旁地震道的平均相關(guān)系數(shù)為65.2%，說明該孔擬合的聲波曲線較合理。

(3)在反演過程中，通過充分融合鉆井點(diǎn)的地質(zhì)、地震信息，先在擁有較多已知信息的12號(hào)煤層進(jìn)行厚度預(yù)測(cè)，經(jīng)對(duì)比、分析、研究后再合理的調(diào)整相關(guān)參數(shù)，通過上述手段將地質(zhì)資料、地震資料有機(jī)融合在一起，使擬合聲波時(shí)差曲線與真實(shí)情況的偏差所帶來的不利因素大為降低，可以相對(duì)客觀地反映地下的真實(shí)情況。

5 結(jié)論

(1)由于缺乏本區(qū)鉆孔測(cè)井資料，故基于區(qū)內(nèi)鉆地質(zhì)資料及附近合適鉆孔地質(zhì)、測(cè)井資料，擬合重構(gòu)聲波測(cè)井曲線后進(jìn)行波阻抗反演，并達(dá)到了預(yù)期效果。

(2)充分利用已經(jīng)采掘的、厚度相仿的12號(hào)煤層已知資料，對(duì)聲波測(cè)井曲線擬合及反演參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證及合理的修正，既彌補(bǔ)了的人為擬合帶來的不足，又一定程度上提高了本次反演預(yù)測(cè)3號(hào)煤層厚度的準(zhǔn)確率。

(3)本次工作對(duì)3號(hào)煤層進(jìn)行了進(jìn)行波阻抗反演預(yù)測(cè)煤層厚度，得到了3號(hào)煤層厚度變化趨勢(shì)，該煤層在本區(qū)內(nèi)總體厚度分布為北部較厚，南部較薄，東南部存在沖刷區(qū)。3號(hào)煤層厚度變化趨勢(shì)圖如圖3所示。

圖3 波阻抗反演預(yù)測(cè)3號(hào)煤層厚度變化趨勢(shì)圖