波阻抗技术在煤矿三维地震勘探中的应用

熊永杰，吴 波，王小豪

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州234000）

1 区域介绍

本矿井发育地层由老至新有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、二叠系上统上石盒子组及石千峰组、新近系、第四系，其中太原组、山西组、下石盒子组和上石盒子组为含煤地层。其中二叠系下统山西组中的二2煤层为本区主要可采煤层，位于本组中下部，平均煤厚2.16m，下石盒子组中的三22煤层部分被岩浆岩吞蚀，残留部分也往往大部分变质形成天然焦。

三维地震勘探的地质任务其中包括：

（1）圈定勘探区内直径10m 以上的陷落柱及其他地质异常区，并对异常区域做出定性解释。如煤层冲刷变薄、缺失、火成岩侵入等。要求平面误差不大于10m。

（2）解释勘探区内主要煤层厚度变化趋势，对主要煤层二2煤层要求绘制出煤厚等值线图，对冲刷变薄区，煤层缺失要绘制出边界线。

根据地质任务的要求，采用了基于模型地震反演的方法对地质异常区及煤层厚度变化趋势进行解释。

2 基于模型反演

首先利用本区的地震数据体进行解释，利用钻孔测井资料制作人工合成记录，确定各煤层反射波组的地质层位，再以选定的标准反射波为主要解释对象，根据反射波同相轴的振幅强度、波形、波组特征、时差等进行综合对比追踪解释断层等构造，将解释的数据体与区内测井资料及其他地质资料相结合，对该区进行基于模型的三维叠后反演，得到了本区波阻抗数据体。

基于模型地震反演就是将地震数据与测井资料相结合，建立一个初始地层波阻抗模型，然后由此模型进行正演得到地震合成记录，将合成地震记录与实际地震记录相比较，根据比较结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记录并与实际地震记录进行比较，如此多次反复修改，使合成记录最佳地逼近实际记录，得到最终的波阻抗模型。

本次反演工作共利用了区内的11 个钻孔资料，测井资料在纵向上分析地层精度高，能够揭示了地层岩性的变化，但具有局限性，不能反映地层在横向上变化特点，地震资料在横向上反映地层波阻抗连续性变化，但垂向分辨率低，建立模型的过程就是将二者进行结合，利用测井波阻抗正确解释地质层位，利用地震资料为井间的波阻抗界面赋予合适的波阻抗信息，既保留了测井资料纵向分辨率高的特点，也保留了地震资料横向上的连续性。然后根据标定后的地震层位信息，在全区内通过外推内插的方法建立模型。

通过测区内的解释成果数据（层位和断层）、地质钻孔资料结合地质分层的资料，研究分析煤层厚度横向变化情况，建立三维地质模型。

地震子波和初始模型建立后，进行反演运算。运算过程主要是通过修改初始模型，使合成记录最佳逼近实际地震记录。最终修正的模型就是反演得到的波阻抗模型。图1是过7220孔的波阻抗反演剖面。

3 解释成果

3.1 煤厚的解释

图1 过7220孔波阻抗反演剖面

利用波阻抗反演对煤层厚度进行解释，既结合了地震资料的横向连续性好与测井资料垂向分辨率高的优点，同时波阻抗本身直接反映储层物性，而煤层与周围岩石的波阻抗差异较大，所以可以从波阻抗数据体中清晰分辨煤层分布空间，进而计算出煤层厚度。

本区二2煤层在全区煤厚较厚且较稳定，利用波阻抗反演对煤层厚度进行解释，方法为：首先将得到的波阻抗数据体加载到解释系统中，如图2所示，在系统中拾取煤层顶底板波阻抗值分界线的时间值，然后在全区内进行插值，求出地震波在煤层中的旅行时间；再根据测井资料计算煤层速度，计算反射波在煤层中传播的速度；最后利用时—深转换公式：h=vt/2计算得到煤层厚度，由工作站解释系统自动生成煤层厚度等值线平面图。

图2 过71-2孔波阻抗反演剖面

图3 是分别采用波阻抗反演技术和常规钻孔插值方法得到的二2煤层厚度变化趋势预测图，常规插值方法主要是利用解释软件包从三维数据体中提取煤层地震属性（振幅、瞬时频率、平均能量、带宽等），结合钻探揭露煤厚进行煤层厚度标定，在全区内进行插值，从而得到煤层厚度变化趋势图。

图3 采用不同方法得到的二2煤层厚度变化趋势预测图

通过对比可以看出，波阻抗反演得到的煤层厚度变化趋势比常规采用钻孔插值方法得到的变化趋势更加精确，更加符合煤厚的赋存和变化规律。

3.2 岩浆岩的解释

由于煤的密度较小速度较低(波阻抗值较小)，而岩浆岩的密度较大速度较高(波阻抗值较大)。当煤层被岩浆侵入后，其速度与密度值都会增大，其波阻抗值也会有异常。因此，可以利用这一特点在波阻抗数据体上识别煤层中的波阻抗值变大异常区，从而可以圈定煤层中的火成岩侵入区。

图4 为过7017 孔的波阻抗反演剖面，从波阻抗反演剖面上可以看出二2煤层对应的波阻抗值较小(2600～4000)；三22煤层对应的波阻抗值较高(3900～5000)；均远小于火成岩侵入区的波阻抗值(6500～7500)。沿煤层波阻抗值在横向上是变化的，即表示煤层岩性在横向上的变化，在全区中追踪沿煤层的波阻抗值，从而可以圈定波阻抗值为高值异常的火成岩侵入区。与属性图显示的异常基本吻合。

图4 过7017波阻抗反演剖面

4 结论

图5 火成岩侵入区在振幅图（左）和层拉平切片图（右）上的显示

波阻抗反演成果的好坏与建立的波阻抗模型和真实地质模型是否吻合有密切的关系，因此要充分利用处理好钻孔测井资料；运用波阻抗技术解释煤厚较常规解释方法更加精确，更加真实反映煤层厚度变化的趋势。利用软件识别煤层中的波阻抗值的变大异常区，较为准确地圈定煤层中的火成岩侵入区，但要准确确定煤层侵入边界，需要对波阻抗数据体解释方法做进一步研究。