煤田三维地震综合解释技术应用研究

王万合

摘 要：本文以矿方建设高效、安全生产的现代化矿井要求为出发点，阐述了三维地震解释技术的发展，指出了地震多属性提取和波阻抗反演技术应用的实际意义，通过对陕北某矿三维地震勘探的应用实例，提出了地震多属性提取技术在预测煤厚、煤层冲刷范围等方面具有较好的应用效果；根据波阻抗反演技术在河南某矿的应用实例，提取了全区煤层顶板波阻抗值，并与钻孔揭露的岩性之间建立一定的对应关系，实现了对全区煤层顶板岩性的预测。

关键词：三维地震 属性提取 煤厚 波阻抗反演 岩性

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1672-2791（2014）08（c）-0016-03

Abstract：Based on the constructed efficiency and producted safety modern mine requirements as a starting point， the article elaborated on the development of 3D-seismic interpretation technology，and pointed out the practical significance of seismic multiple attributes extraction and wave impedance inversion technology.Through the application of 3D-seismic exploration in a mine of the northern ShaanXi province，it proposed that seismic multi-attribute extraction technology had a good application effect in the prediction of coal thickness， coal seam scouring scope and so on.According to the application examples of wave impedance inversion technology in a mine which lied in HeNan province，author extracted the wave impedance values in the coal seam roof，and revealed certain corresponding relationship between lithology and drilling，so as to realize the lithology prediction of the coal seam roof.

Key Word：3D-seismic；Attribute Extraction；Coal Seam Thickness；Wave Impedance Inversion； Lithology

自1993年至1994年在淮南谢桥煤矿完成首个煤田高分辨率三维地震勘探以后，煤田三维地震勘探技术得到了迅速的发展[1]。三维地震勘探技术因其高效、经济、解决煤田地质构造等复杂问题的能力强，深受煤矿企业的欢迎，已经成为煤田勘探、开发过程中必不可少的环节。

以往在地震地质条件较好的地区，地震解释基本可以查找落差10 m左右的断层，控制煤层的基本形态，近年来，随着开采深度的加大、构造复杂程度的增加及国家对煤矿安全生产的重视程度日益加大，以往地震解释的精度已不能满足建设现代矿井的需要，矿方通常要求我们要查明落差5 m以上的断层，并提供落差3～5 m的断点，直径大于20 m的陷落柱；查明区内主要煤层的赋存形态，并要求对煤层冲刷带、自燃边界、顶底板岩性、岩浆岩侵入体、古河床、古隆起、小煤窑采空区、顶板基岩厚度、新生界厚度、底部奥陶系灰岩顶界面及岩溶发育程度等作出解释，常规地震解释释的思路主要是利用剖面上的反射波至时间变化、并参考振幅、相位等常规因素来解决构造问题，由于地质条件的复杂性和技术本身的局限性，其预测结果往往并不理想。借助地震多属性提取技术及波阻抗反演等手段可较好的解决煤田三维地震解释中存在的问题和不足。

1 属性提取技术[2～3]

地震波属性是叠前或叠后的地震数据经过数学变换而得到的有关地震波运动学、动力学和统计特征的特征参数，是表征和研究地震数据内部所包含的时间、振幅、频率、相位以及衰减特征的指标。要根据解决的地质问题来选择相应的地震属性。地震属性技术的关键在于属性提取。

2 波阻抗反演技术

波阻抗反演技术是岩性勘探发展的一种重要方法，它是根据钻孔测井数据对井旁地震资料进行约束反演，并在此基础上对孔间地震资料进行反演，推断含煤地层岩性在平面上的变化情况，这样就把具有高纵向分辨率的已知测井资料与连续观测的地震资料联系起来，实现优势互补，大大提高三维地震资料的纵、横向分辨率和对地下地质情况的研究程度。

波阻抗反演常用的是测井约束反演，该方法是基于模型的反演，以区内三维地震勘探数据体和区内测井资料为基础，根据钻井分层数据及时深关系对井进行精细时深标定，合成间隔不足一个采样点的薄层，建立一个初始波阻抗模型，用此模型合成的地震剖面与实际地震剖面比较，然后不断修改模型，使合成剖面最佳地逼近实际剖面，最终获得与实际地质模型较为接近的剖面。它以测井资料丰富的高频信息和完整的低频成分补充地震资料有限频宽的不足，用已知地质信息和测井资料作为约束条件，推算出波阻抗资料，在此基础上，将钻井获得的地层变化情况标定在波阻抗剖面上，使反演的地层波阻抗具有明确的地质含义，从而为煤层深度、厚度、岩性等物性的精细描述提供可靠的依据[4]～[7]。下面以陕西陕北某矿与河南某矿两地的实际应用为例来阐述两种方法的应用效果。

3 实例应用

实例1。

陕西陕北某矿区位于陕北侏罗纪煤田东部，地层区划属华北地层区鄂尔多斯盆地分区。矿区地层由老至新有：上三叠统永坪组（T3y），下侏罗统富县组（J1f），中侏罗统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a），下白垩统洛河组（K1l），新近系及第四系。整套地层沉积韵律结构明显，围岩以中细粒砂岩和粉砂岩为主。经钻孔揭露，区内共有9个煤组，可采煤层有4层，其中1-2煤层埋深 46.63～92.94 m，煤层厚度0～3.02 m，平均厚度2.05 m；2-2煤层埋深54.66～117.04 m，煤层厚度0.05～5.59 m，平均4.39 m；3-1煤层埋深101.50～157.07 m，煤层厚度2.05～3.41 m，平均2.80 m；4-2煤层埋深167.41～199.23 m，煤层厚度1.85～1.95 m，平均厚度1.90 m。4层可采煤层中，除1-2煤层为部分可采外，其余均为全区可采。根据区内钻孔揭露，1-2煤层受冲刷严重，为了查明冲刷带的范围，本文通过属性提取技术进行了解释，在属性提取过程中依据“时窗长度为二分之一周期的整数倍时，计算出的数值是不变的，这才符合实际过程”的原则。该区1-2煤层反射波周期约为20 ms，在提取过程中沿层以10 ms时窗作为提取属性分析的时窗[8]。主要优选提取了与煤厚相关系数大于0.3的9种地震属性，图1为提取的平均绝对值振幅属性图，图中蓝色区域应为煤层冲刷变薄区，结合已知钻孔揭露情况，根据Windess的薄层理论，当薄层厚度小于1/4波长时，薄层反射波波峰与波谷视差近视为一个常数，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。

首先提取全区已知的三个钻孔（K78、1号水文孔和J31）处的目的层反射波振幅信息，再确定煤层厚度与地震反射波的振幅对应关系，制作厚度与振幅变化的参数量板图，最后提取全区煤层反射波的振幅值与量板图进行比较求得煤厚。绘制出本区煤层厚度变化趋势图（图2）。

图2中黑色虚线为解释的1-2煤冲刷薄煤带边界，由图知，区内1-2煤层厚度0～3 m，在勘探区内冲刷严重，连续性差，冲刷带分散，其范围在东西和南北方向上基本贯穿了勘探区。为了验证地震勘探效果，矿方共打孔四个（YZ1～YZ4），揭露情况见图2，由图可以看出，解释结果与钻探验证结果吻合很好，取得了理想的探测效果。

实例2。

河南某矿区位于辉县市境内，据钻孔揭露，本区赋存地层主要有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、新近系、第四系，其中赋存于二叠系下统山西组下部的二1煤层为主采煤层，在勘探区内煤层埋深535～782 m，煤层厚度4.73～6.77 m，平均6.16 m，属稳定型厚煤层。

根据实际井巷揭露情况，该区煤层顶板稳定性差，为了确保煤矿安全生产，矿方要求解释出煤层顶板岩性情况，为此，我们开展了波阻抗岩性反演解释，根据区内已知钻孔，利用井约束波阻抗反演，获得了理想的波阻抗反演数据体，图3是过13202、13151和8004钻孔的波阻抗反演剖面，从波阻抗反演剖面可以看出，煤层顶板的波阻抗值变化不大，约7.5×103 g/m2·s，经钻孔标定为砂质泥岩。根据区内钻孔揭露的岩性情况，通过提取全区煤层顶板波阻抗值，

3 实例应用

实例1。

陕西陕北某矿区位于陕北侏罗纪煤田东部，地层区划属华北地层区鄂尔多斯盆地分区。矿区地层由老至新有：上三叠统永坪组（T3y），下侏罗统富县组（J1f），中侏罗统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a），下白垩统洛河组（K1l），新近系及第四系。整套地层沉积韵律结构明显，围岩以中细粒砂岩和粉砂岩为主。经钻孔揭露，区内共有9个煤组，可采煤层有4层，其中1-2煤层埋深 46.63～92.94 m，煤层厚度0～3.02 m，平均厚度2.05 m；2-2煤层埋深54.66～117.04 m，煤层厚度0.05～5.59 m，平均4.39 m；3-1煤层埋深101.50～157.07 m，煤层厚度2.05～3.41 m，平均2.80 m；4-2煤层埋深167.41～199.23 m，煤层厚度1.85～1.95 m，平均厚度1.90 m。4层可采煤层中，除1-2煤层为部分可采外，其余均为全区可采。根据区内钻孔揭露，1-2煤层受冲刷严重，为了查明冲刷带的范围，本文通过属性提取技术进行了解释，在属性提取过程中依据“时窗长度为二分之一周期的整数倍时，计算出的数值是不变的，这才符合实际过程”的原则。该区1-2煤层反射波周期约为20 ms，在提取过程中沿层以10 ms时窗作为提取属性分析的时窗[8]。主要优选提取了与煤厚相关系数大于0.3的9种地震属性，图1为提取的平均绝对值振幅属性图，图中蓝色区域应为煤层冲刷变薄区，结合已知钻孔揭露情况，根据Windess的薄层理论，当薄层厚度小于1/4波长时，薄层反射波波峰与波谷视差近视为一个常数，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。

首先提取全区已知的三个钻孔（K78、1号水文孔和J31）处的目的层反射波振幅信息，再确定煤层厚度与地震反射波的振幅对应关系，制作厚度与振幅变化的参数量板图，最后提取全区煤层反射波的振幅值与量板图进行比较求得煤厚。绘制出本区煤层厚度变化趋势图（图2）。

图2中黑色虚线为解释的1-2煤冲刷薄煤带边界，由图知，区内1-2煤层厚度0～3 m，在勘探区内冲刷严重，连续性差，冲刷带分散，其范围在东西和南北方向上基本贯穿了勘探区。为了验证地震勘探效果，矿方共打孔四个（YZ1～YZ4），揭露情况见图2，由图可以看出，解释结果与钻探验证结果吻合很好，取得了理想的探测效果。

实例2。

河南某矿区位于辉县市境内，据钻孔揭露，本区赋存地层主要有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、新近系、第四系，其中赋存于二叠系下统山西组下部的二1煤层为主采煤层，在勘探区内煤层埋深535～782 m，煤层厚度4.73～6.77 m，平均6.16 m，属稳定型厚煤层。

根据实际井巷揭露情况，该区煤层顶板稳定性差，为了确保煤矿安全生产，矿方要求解释出煤层顶板岩性情况，为此，我们开展了波阻抗岩性反演解释，根据区内已知钻孔，利用井约束波阻抗反演，获得了理想的波阻抗反演数据体，图3是过13202、13151和8004钻孔的波阻抗反演剖面，从波阻抗反演剖面可以看出，煤层顶板的波阻抗值变化不大，约7.5×103 g/m2·s，经钻孔标定为砂质泥岩。根据区内钻孔揭露的岩性情况，通过提取全区煤层顶板波阻抗值，

3 实例应用

实例1。

陕西陕北某矿区位于陕北侏罗纪煤田东部，地层区划属华北地层区鄂尔多斯盆地分区。矿区地层由老至新有：上三叠统永坪组（T3y），下侏罗统富县组（J1f），中侏罗统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a），下白垩统洛河组（K1l），新近系及第四系。整套地层沉积韵律结构明显，围岩以中细粒砂岩和粉砂岩为主。经钻孔揭露，区内共有9个煤组，可采煤层有4层，其中1-2煤层埋深 46.63～92.94 m，煤层厚度0～3.02 m，平均厚度2.05 m；2-2煤层埋深54.66～117.04 m，煤层厚度0.05～5.59 m，平均4.39 m；3-1煤层埋深101.50～157.07 m，煤层厚度2.05～3.41 m，平均2.80 m；4-2煤层埋深167.41～199.23 m，煤层厚度1.85～1.95 m，平均厚度1.90 m。4层可采煤层中，除1-2煤层为部分可采外，其余均为全区可采。根据区内钻孔揭露，1-2煤层受冲刷严重，为了查明冲刷带的范围，本文通过属性提取技术进行了解释，在属性提取过程中依据“时窗长度为二分之一周期的整数倍时，计算出的数值是不变的，这才符合实际过程”的原则。该区1-2煤层反射波周期约为20 ms，在提取过程中沿层以10 ms时窗作为提取属性分析的时窗[8]。主要优选提取了与煤厚相关系数大于0.3的9种地震属性，图1为提取的平均绝对值振幅属性图，图中蓝色区域应为煤层冲刷变薄区，结合已知钻孔揭露情况，根据Windess的薄层理论，当薄层厚度小于1/4波长时，薄层反射波波峰与波谷视差近视为一个常数，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。

首先提取全区已知的三个钻孔（K78、1号水文孔和J31）处的目的层反射波振幅信息，再确定煤层厚度与地震反射波的振幅对应关系，制作厚度与振幅变化的参数量板图，最后提取全区煤层反射波的振幅值与量板图进行比较求得煤厚。绘制出本区煤层厚度变化趋势图（图2）。

图2中黑色虚线为解释的1-2煤冲刷薄煤带边界，由图知，区内1-2煤层厚度0～3 m，在勘探区内冲刷严重，连续性差，冲刷带分散，其范围在东西和南北方向上基本贯穿了勘探区。为了验证地震勘探效果，矿方共打孔四个（YZ1～YZ4），揭露情况见图2，由图可以看出，解释结果与钻探验证结果吻合很好，取得了理想的探测效果。

实例2。

河南某矿区位于辉县市境内，据钻孔揭露，本区赋存地层主要有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、新近系、第四系，其中赋存于二叠系下统山西组下部的二1煤层为主采煤层，在勘探区内煤层埋深535～782 m，煤层厚度4.73～6.77 m，平均6.16 m，属稳定型厚煤层。

根据实际井巷揭露情况，该区煤层顶板稳定性差，为了确保煤矿安全生产，矿方要求解释出煤层顶板岩性情况，为此，我们开展了波阻抗岩性反演解释，根据区内已知钻孔，利用井约束波阻抗反演，获得了理想的波阻抗反演数据体，图3是过13202、13151和8004钻孔的波阻抗反演剖面，从波阻抗反演剖面可以看出，煤层顶板的波阻抗值变化不大，约7.5×103 g/m2·s，经钻孔标定为砂质泥岩。根据区内钻孔揭露的岩性情况，通过提取全区煤层顶板波阻抗值，