張燈亮

河北省煤田地質局物測地質隊，河北邢臺

利用三維地震及模型反演技術研究薄煤層厚度及分布范圍的方法

張燈亮

河北省煤田地質局物測地質隊，河北邢臺

針對薄煤層的厚度及其分布范圍問題，提出應用三維地震及模型反演技術進行解決的方案，介紹了反演的主要過程及技術參數(shù)，并結合實例進行說明。

3-D seismics； Inverse Model；Wave Impedance

在當前資源緊缺的形勢下，薄煤層的開采也受到礦山企業(yè)的重視，為了進一步了解煤層的厚度變化和分布情況，為礦山開發(fā)利用提供依據(jù)，僅僅依靠三維地震無法解決。由于在薄層地質條件下，受地震頻帶寬度的限制，基于普通地震分辨率的直接反演方法，其精度和分辨率均不能滿足需要；基于模型地震反演技術以測井資料豐富的高頻信息和完整的低頻成分補充地震有限帶寬的不足，可獲得高分辨率的地層波阻抗資料，為煤層分布和厚度預測提供準確可信的資料。本文就這一問題進行了分析，并以內蒙古東勝煤田某區(qū)的資料為應用實例，進行敘述。

1 基本原理

疊后地震反演是分析地震道并試圖重構地下速度和阻抗結構的處理。反演的基礎模型是一維褶積模型：

其中：r(j)是以時間序列表示的零偏移距地下反射系數(shù)

W(i)是地震子波，假設為不變的

n(i)是噪聲

在這個模型中，假設多次波可以忽略的。

因此，反演的過程首先可看作是已知地震道T(i)，估算反射系數(shù)的過程；然后才是下伏地層的阻抗估算。因為在地下，反射系數(shù)是與地層的聲阻抗相關的：

Ij是第j層地層聲阻抗；Vj是第j層地層速度；ρj是第j層地層密度。地震聲阻抗反演就是從已知井獲得r(j)反射系數(shù)序列，從地震記錄中提取地震子波W(i)，然后應用JASON模型優(yōu)選迭代擾動算法求得Ij并在時間域或深度域顯示出來。

2 參數(shù)選擇和技術措施

2.1 標定井測井曲線的整理和校正

理論上，地層反射系數(shù)系列是一種白噪化信息，而地震記錄是帶限信息，它缺乏地層所固有的低頻和高頻信息，這兩種信息都要從已知井的相應測井曲線中獲得，標定井測井曲線的質量直接影響地震聲阻抗反演的質量，為此要保證標定井的測井曲線是經(jīng)過環(huán)境校正和標準化處理的，在此基礎上，人工干預剔除一些不合理的曲線值，如氣層界面產(chǎn)生的聲波跳躍、井徑擴大而引起的聲速和密度異常值等。

2.2 保證所提取的地震子波質量

為了獲得穩(wěn)定的子波，提取子波的時窗至少為子波長度的三倍。時窗太小，找不到穩(wěn)定的子波。在目的層段地震記錄質量好的地方提取子波。采用測井曲線批量輸入，一起把所有井的子波提取出，并求得平均子波，子波形態(tài)對稱、旁瓣小、接近零相位、振幅譜與地震譜吻合、有效頻帶內相位穩(wěn)定，則視為較好子波。

圖2 合成記錄

圖3 波阻抗剖面

圖4 常規(guī)地震剖面

圖5 最小波阻抗屬性圖

圖6 聯(lián)井巖性剖面

圖7 煤層分布范圍圖

2.3 地質模型的建立

從地震資料出發(fā)，以測井資料和地質資料為基礎，建立基本反映沉積體地質特征的初始模型。使用EarthMod模塊建立初始模型。為了定性分析薄煤層的厚度及分布，按沉積規(guī)律在大層之間內插出很多小層，建立起一個地質框架結構；在這個地質框架結構控制下，根據(jù)一定的插值方式對測井數(shù)據(jù)沿層進行內插、外推，產(chǎn)生一個平滑、閉合的實體模型——初始聲阻抗模型。

2.4 井約束稀疏脈沖波阻抗反演中的trend趨勢線約束技術

井約束稀疏脈沖波阻抗反演主要基于地震信息，但地震信息的頻帶不夠寬，為提高分辨率，高頻段由井資料進行補充。因此，目的層處井的趨勢線一定要做細。對于薄層目的層，在編輯井趨勢線時采用Jason模型控制趨勢的方法，解決了這一問題，對薄層目的層的趨勢約束更加細致、可靠。

2.5 井約束稀疏脈沖波阻抗反演中Lamda值的選擇

圖8 反演煤層厚度變化趨勢圖

圖9 常規(guī)內插煤層厚度變化趨勢圖

井約束稀疏脈沖反演的結果好壞決定于反射系數(shù)的稀疏和合成地震記錄與原始地震道的殘差大小，而這兩者又互相矛盾，即迭代次數(shù)Lamda值小，強調了稀疏性，反演結果細節(jié)少，分辨率低，殘差大；Lamda值太大，過分強調了地震殘差最小，只考慮合成地震記錄與原始地震道的吻合，會使更多的噪音加到反演結果中，同時，由于忽略了反射系數(shù)的稀疏，也忽略了波阻抗變化的低頻背景。因此，選擇曲線值收斂的Lamda值比較合理，既拓寬了反演剖面的頻譜，也保證了一定的分辨率。在保證信噪比并考慮井相關的情況下，確定所采用的Lamda值為13。

2.6 井約束稀疏脈沖波阻抗反演中的Trace merging

在得到初始模型和稀疏脈沖反演結果以后，使用Trace merging將數(shù)據(jù)進行合并，補充井的低頻和高頻信息，但補充過多的高頻信息會使反演結果剖面嚴重模型化，不能真實反映地下的地質形態(tài)。經(jīng)過對地震資料的分析，本區(qū)主頻為38HZ左右，有效頻寬：20～100hz。在經(jīng)過反復試驗后，在本地區(qū)采用一次合并，合并頻率范圍為20～100hz，井上低頻取值為25hz，高頻取值45hz。

3 標定及反演剖面效果

合成地震記錄是地震資料與地質資料連接的橋梁，Jason反演算法中,以合成記錄代替地震數(shù)據(jù)進行計算，因此必須保證合成地震記錄與地震數(shù)據(jù)的最大匹配。

通過對比波阻抗剖面與常規(guī)地震剖面，可以看出波阻抗剖面中煤層與圍巖速度界面清晰，并且煤層橫向連續(xù)及尖滅特征清晰。為揭示煤厚的精度提供了保證。

合成記錄與井旁地震道吻合關系及反演剖面標定情況，說明JASON地震波阻抗反演參數(shù)選擇合理。

4 煤層分布范圍及厚度圖繪制

根據(jù)反演結果及煤層低阻抗的特征，提取了煤層最小波阻抗屬性圖，通過密度與波阻抗交匯分析結果，將波阻抗剖面轉化為巖性剖面來分析煤層分布范圍，結合鉆井揭示的煤層厚度數(shù)據(jù)繪制煤層厚度變化圖。

結論

通過分析對比煤層變化趨勢，可以清楚地看出，反演所獲的煤層厚度圖詳細揭示出了煤層厚度的變化趨勢；反演所獲的煤分布范圍圖較為直觀地揭示了區(qū)內局部發(fā)育煤層的分布范圍。對于指導礦山對薄煤層開發(fā)有一定的指導意義。

For the prolem of the thin coal seam thickness and its distribution scope，The paper bring forward the solution by applying the 3d seismic and inversion technology, The paper introduced the main process and technical parameters, explained with examples.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.014

張燈亮 男 漢族 山西定襄人，1999年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，現(xiàn)供職于河北省煤田地質局物測地質隊，從事物探工作。

三維地震；模型反演；波阻抗