波阻抗技術(shù)在煤礦三維地震勘探中的應(yīng)用

熊永杰，吳 波，王小豪

（安徽省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，安徽宿州234000）

1 區(qū)域介紹

本礦井發(fā)育地層由老至新有奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組與下石盒子組、二疊系上統(tǒng)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(tǒng)山西組中的二2煤層為本區(qū)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(zhì)形成天然焦。

三維地震勘探的地質(zhì)任務(wù)其中包括：

（1）圈定勘探區(qū)內(nèi)直徑10m 以上的陷落柱及其他地質(zhì)異常區(qū)，并對(duì)異常區(qū)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(qū)內(nèi)主要煤層厚度變化趨勢(shì)，對(duì)主要煤層二2煤層要求繪制出煤厚等值線圖，對(duì)沖刷變薄區(qū)，煤層缺失要繪制出邊界線。

根據(jù)地質(zhì)任務(wù)的要求，采用了基于模型地震反演的方法對(duì)地質(zhì)異常區(qū)及煤層厚度變化趨勢(shì)進(jìn)行解釋。

2 基于模型反演

首先利用本區(qū)的地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行解釋，利用鉆孔測(cè)井資料制作人工合成記錄，確定各煤層反射波組的地質(zhì)層位，再以選定的標(biāo)準(zhǔn)反射波為主要解釋對(duì)象，根據(jù)反射波同相軸的振幅強(qiáng)度、波形、波組特征、時(shí)差等進(jìn)行綜合對(duì)比追蹤解釋斷層等構(gòu)造，將解釋的數(shù)據(jù)體與區(qū)內(nèi)測(cè)井資料及其他地質(zhì)資料相結(jié)合，對(duì)該區(qū)進(jìn)行基于模型的三維疊后反演，得到了本區(qū)波阻抗數(shù)據(jù)體。

基于模型地震反演就是將地震數(shù)據(jù)與測(cè)井資料相結(jié)合，建立一個(gè)初始地層波阻抗模型，然后由此模型進(jìn)行正演得到地震合成記錄，將合成地震記錄與實(shí)際地震記錄相比較，根據(jù)比較結(jié)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(shí)際地震記錄進(jìn)行比較，如此多次反復(fù)修改，使合成記錄最佳地逼近實(shí)際記錄，得到最終的波阻抗模型。

本次反演工作共利用了區(qū)內(nèi)的11 個(gè)鉆孔資料，測(cè)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(diǎn)，地震資料在橫向上反映地層波阻抗連續(xù)性變化，但垂向分辨率低，建立模型的過(guò)程就是將二者進(jìn)行結(jié)合，利用測(cè)井波阻抗正確解釋地質(zhì)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(cè)井資料縱向分辨率高的特點(diǎn)，也保留了地震資料橫向上的連續(xù)性。然后根據(jù)標(biāo)定后的地震層位信息，在全區(qū)內(nèi)通過(guò)外推內(nèi)插的方法建立模型。

通過(guò)測(cè)區(qū)內(nèi)的解釋成果數(shù)據(jù)（層位和斷層）、地質(zhì)鉆孔資料結(jié)合地質(zhì)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(zhì)模型。

地震子波和初始模型建立后，進(jìn)行反演運(yùn)算。運(yùn)算過(guò)程主要是通過(guò)修改初始模型，使合成記錄最佳逼近實(shí)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(guò)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(guò)7220孔波阻抗反演剖面

利用波阻抗反演對(duì)煤層厚度進(jìn)行解釋，既結(jié)合了地震資料的橫向連續(xù)性好與測(cè)井資料垂向分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)波阻抗本身直接反映儲(chǔ)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(shù)據(jù)體中清晰分辨煤層分布空間，進(jìn)而計(jì)算出煤層厚度。

本區(qū)二2煤層在全區(qū)煤厚較厚且較穩(wěn)定，利用波阻抗反演對(duì)煤層厚度進(jìn)行解釋，方法為：首先將得到的波阻抗數(shù)據(jù)體加載到解釋系統(tǒng)中，如圖2所示，在系統(tǒng)中拾取煤層頂?shù)装宀ㄗ杩怪捣纸缇€的時(shí)間值，然后在全區(qū)內(nèi)進(jìn)行插值，求出地震波在煤層中的旅行時(shí)間；再根據(jù)測(cè)井資料計(jì)算煤層速度，計(jì)算反射波在煤層中傳播的速度；最后利用時(shí)—深轉(zhuǎn)換公式：h=vt/2計(jì)算得到煤層厚度，由工作站解釋系統(tǒng)自動(dòng)生成煤層厚度等值線平面圖。

圖2 過(guò)71-2孔波阻抗反演剖面

圖3 是分別采用波阻抗反演技術(shù)和常規(guī)鉆孔插值方法得到的二2煤層厚度變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖，常規(guī)插值方法主要是利用解釋軟件包從三維數(shù)據(jù)體中提取煤層地震屬性（振幅、瞬時(shí)頻率、平均能量、帶寬等），結(jié)合鉆探揭露煤厚進(jìn)行煤層厚度標(biāo)定，在全區(qū)內(nèi)進(jìn)行插值，從而得到煤層厚度變化趨勢(shì)圖。

圖3 采用不同方法得到的二2煤層厚度變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖

通過(guò)對(duì)比可以看出，波阻抗反演得到的煤層厚度變化趨勢(shì)比常規(guī)采用鉆孔插值方法得到的變化趨勢(shì)更加精確，更加符合煤厚的賦存和變化規(guī)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(dāng)煤層被巖漿侵入后，其速度與密度值都會(huì)增大，其波阻抗值也會(huì)有異常。因此，可以利用這一特點(diǎn)在波阻抗數(shù)據(jù)體上識(shí)別煤層中的波阻抗值變大異常區(qū)，從而可以圈定煤層中的火成巖侵入?yún)^(qū)。

圖4 為過(guò)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(duì)應(yīng)的波阻抗值較小(2600～4000)；三22煤層對(duì)應(yīng)的波阻抗值較高(3900～5000)；均遠(yuǎn)小于火成巖侵入?yún)^(qū)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(qū)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?yún)^(qū)。與屬性圖顯示的異?；疚呛稀?/p>

圖4 過(guò)7017波阻抗反演剖面

4 結(jié)論

圖5 火成巖侵入?yún)^(qū)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(shí)地質(zhì)模型是否吻合有密切的關(guān)系，因此要充分利用處理好鉆孔測(cè)井資料；運(yùn)用波阻抗技術(shù)解釋煤厚較常規(guī)解釋方法更加精確，更加真實(shí)反映煤層厚度變化的趨勢(shì)。利用軟件識(shí)別煤層中的波阻抗值的變大異常區(qū)，較為準(zhǔn)確地圈定煤層中的火成巖侵入?yún)^(qū)，但要準(zhǔn)確確定煤層侵入邊界，需要對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體解釋方法做進(jìn)一步研究。