基于三维地震信息的煤厚解释

（河南省煤炭地质勘察研究总院，河南郑州市，450009） 郝 珺

（河南省地质矿产开发局第一地质勘察院，河南郑州市，450009） 刘登锋

（河南工程学院，河南郑州市，451191） 黄 波

近年来，随着煤炭资源的持续稳定开采，接替采区已有向深部或者外围拓展的趋势，三维地震（测井）被广泛应用于煤层预测与评价[1-4]。通过三维地震在矿井生产和补充勘探中的应用，可以较为准确的解释矿井新生界厚度、构造、陷落柱的发育、煤层底板标高和煤层赋存情况等[5-9]。而煤厚变化(包括薄煤带圈定)解释精度对于矿井开拓尤为重要[10-11]。

煤层厚度变化预测主要有构造分析，钻孔对比、内插法等[12]，受地质条件及钻孔数量限制，这些方法要么定性预测，要么预测的煤厚误差较大。因地质条件的复杂性和三维地震的多解性，常规地震解释成果往往不理想[10-11]。采用三维地震方法可提供高精度的含煤地层地质信息，基于提取的地质信息，可较为准确的圈定煤层埋深、厚度变化、甚至薄煤带等[12]。以赵楼煤矿八、十采区补充勘探为例，对赵楼煤矿三号煤层埋深、煤层厚度以及薄煤带进行解释。

1 方法原理

根据由已知到未知、由简单到复杂、由点到面、由大到小的原则，充分利用解释工作站的灵活、高效、直观的特性，综合已知地质、测井资料、属性技术进行综合解释，在分析勘探区地质、地震资料特点的基础上，制定适合勘探区的三维资料解释流程（图1）。解释过程中，利用纵向、横向和任意方向时间剖面相结合，时间剖面和水平切片、顺层切片相结合等方法，全方位的反复对比、反复检查、反复修改确认，确保解释结果的正确可靠[12]。

图1 资料解释流程图

1.1 多属性提取

地震属性是由叠前或叠后地震数据经过数学变换而导出的有关地震波几何形态、运动学、动力学和统计特征的可定量化表征参数[13]。根据Widess的薄层理论，当薄层厚度小于λ/4 时（λ 反射波主波长），薄层反射波波峰与波谷视时差近似为一个常数，而反射波振幅随薄层厚度呈准线性变化，即薄层的厚度信息包含在反射波振幅之中[14]。

利用目前功能强大的的Geoframe 及VVA（VisualVaxAt）解释软件，提取了常用的12种地震属性，即最大振幅；最大数量；正极性振幅和；瞬时相位；瞬时频率；平均数量；平均波峰数；均方根振幅；弧长；最小振幅。

经优化选择了对薄煤区反映较好的地震属性参与了解释，最终通过对优选的属性进行多元回归计算，实现对煤层厚度预测及薄煤带范围圈定[13]。

1.2 波阻抗反演

常规的地震波阻抗反演就是指利用地震资料反演地层波阻抗的特殊地震处理技术。该方法有效地将测井资料垂向分辨率高的特点和地震资料横向分辨率高的特点结合起来，达到识别岩性和煤层的目的。

波阻抗反演主要流程为：①对初始模型的波阻抗进行方形滤波；②用块状化的波阻抗和子波进行褶积合成地震记录；③将合成的地震记录和真实地震记录进行比较；④根据步骤3 中的残差改变块状波阻抗提高其与真实波阻抗的拟合程度；⑤重复若干次步骤3、4 最终得到反演结果(一般要求残差小于5%）；⑥反演地质参数，预测煤层分布。

2 应用实例

2.1 补充勘探区概况

赵楼煤矿位于山东省郓城县城东南约22km，巨野县城西13km。行政区划归郓城县、巨野县管辖。勘探区位于赵楼煤矿八、十采区。

勘探区煤系地层以奥陶系为基底，沉积了石炭系本溪组、石炭-二叠系太原组、二叠系山西组及石盒子组，其上被新近系和第四系所覆盖。主要含煤地层为太原组和山西组，两组地层平均总厚242.46m，含煤25 层。其中山西组含煤3 层（1、2、3（3上、3下））；太原组含煤22层。勘探区主采煤层为3煤层，分上、下分层，属稳定煤层。顶板多为泥岩、细砂岩，局部见中砂岩；底板多为泥岩、粉砂岩。煤层与顶底岩石板密度差异较大，波阻抗分异明显，形成了一个良好的波阻抗界面，地震条件良好。

2.2 补充勘探区3煤层圈定

3煤厚度稳定，与上下顶底板围岩间有明显的波阻抗差异，在时间剖面上,所形成的反射波T3波能量强，连续性好,全区可连续追踪。本次除了采用常规的时间剖面解释外，还综合利用地震资料多种属性并结合区内钻孔揭示的煤层厚度数据，以及采用Strata 软件进行了叠后反演（纵波波阻抗），对勘探区煤厚变化趋势进行了预测。绘制了煤层厚度变化趋势平面图（如图2）。

对于薄煤层，在时间剖面上主要表现为煤层同相轴反射波变弱、消失(图3)。波阻抗叠后反演切片图上，排除岩浆岩影响后，薄煤带解释依据为波阻抗值一般大于7 000(g/cm3)·(m/s)，以黄色为主（如图4）。属性分析以分析以均方根振幅属性为例，薄煤带与均方根振幅呈负相关变化，属性值越小为薄煤带的可能性越大，以红色、黄色为主（如图5）。经综合分析，勘探区内3 煤厚度在0.5～9m 之间,大部分在4～8m 之间。最厚处位于勘探区中部，约9m。在勘探区内解释了9 处薄煤区，总面积94 183m2。（如图2）

图2 3号煤煤厚及薄煤带分布图

图3 薄煤区在时间剖面上的显示

图4 3号煤层波阻抗切片图

图5 3号煤层均方根振幅属性图

3 结论

论述了常规的时间剖面、波阻抗反演技术、属性提取技术的处理流程，并以赵楼煤层八、十采区为实例进行了应用研究，解释了煤层厚度并圈定了薄煤带。

依据解释成果，勘探区内3 煤厚度在0.5～9m之间,大部分在4～8m 之间。最厚处位于勘探区中部，约9m。在勘探区内解释了9 处薄煤区，总面积94 183m2。

三维地震综合解释过程中，应获取较高质量的原始野外数据，对属性提取技术应做好保幅处理，结合已有钻孔数据和生产揭露煤厚数据，对预测数据进行验证和修订。