摘 要：寧東煤田某礦區(qū)的地質(zhì)資料較老，礦方急需利用三維地震勘探資料來(lái)解釋礦區(qū)內(nèi)的煤層厚度變化情況，有針對(duì)性布置開(kāi)采工作面。先分析礦區(qū)的三維地震資料，其分辨率和信噪比均較高，利用基于地震屬性的多元回歸分析和基于模型道的波形相關(guān)這兩種相結(jié)合的方法進(jìn)行解釋是切實(shí)可行的。通過(guò)優(yōu)選與煤層厚度相關(guān)的地震屬性進(jìn)行煤厚預(yù)測(cè)，同時(shí)提取鉆孔處波形作為模型道，以煤厚作為已知條件，在全區(qū)進(jìn)行相對(duì)分析，再對(duì)兩種方法進(jìn)行資料綜合對(duì)比分析，并取得較好的效果。

關(guān)鍵詞：地震；屬性；解釋?zhuān)幻旱V；應(yīng)用

引言

地質(zhì)上常規(guī)解釋煤層厚度趨勢(shì)主要是根據(jù)鉆孔資料按照統(tǒng)計(jì)方法內(nèi)插而得，受鉆孔距離影響，內(nèi)插得到的煤層厚度有較大的誤差。對(duì)于煤礦生產(chǎn)而言，獲得較高精度的煤厚對(duì)礦井開(kāi)展有很多的幫助。根據(jù)理論研究分析，煤層厚度的變化與地震屬性參數(shù)的變化及波形有直接或間接的關(guān)系。通過(guò)分析不同地震屬性及波形與煤厚的相關(guān)性，對(duì)解決煤厚的預(yù)測(cè)有較大的作用。

1 勘探區(qū)概況

本勘探區(qū)位于寧夏銀川市東約35km毛烏素沙漠的西邊緣，屬典型的低緩的半沙漠丘陵區(qū)。井田地勢(shì)為西部高、東部低，地形西部復(fù)雜，東部平坦開(kāi)闊，總體比較簡(jiǎn)單。

勘探區(qū)主要含煤地層為山西組和太原組，含煤地層有23層，一、二、三、四、五、六煤層屬于山西組；七、八、九、十、十一、十二煤層屬于太原群，計(jì)算了儲(chǔ)量的煤層為一、三、四、五、六、八、九、十等八個(gè)煤層。屬大部可采的薄至厚煤層。煤層總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較穩(wěn)定偏不穩(wěn)定。區(qū)內(nèi)有鉆孔29個(gè)，用多種方法對(duì)煤厚進(jìn)行研究，保留5個(gè)鉆孔做為驗(yàn)證孔，也驗(yàn)證各種方法的精度。

2 地震屬性的多元回歸分析方法預(yù)測(cè)煤厚

應(yīng)用地震屬性預(yù)測(cè)煤層厚度包含兩個(gè)方面：一個(gè)是煤層地震屬性的提?。灰粋€(gè)是煤層厚度與這些屬性的關(guān)系；由于各種地震屬性信息間的組合方式以及各種屬性反映厚度的靈敏度具有很大的不確定性，在不同地區(qū)、不同層位的地震屬性組合存在較大差別，因此，必須根據(jù)各個(gè)礦區(qū)煤層厚度與地震屬性的相關(guān)性，尋找適宜的地震屬性參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)煤層厚度。

2.1 地震屬性提取

采用GeoFrame軟件，確定沿目的層上下一定時(shí)窗作為提取屬性分析的時(shí)窗，然后進(jìn)行對(duì)比，選取合適的時(shí)間。在此時(shí)窗內(nèi)，共提取26種地震屬性，然后進(jìn)行優(yōu)選。

2.2 地震屬性優(yōu)選

首先，對(duì)井旁地震記錄的煤層厚度與優(yōu)選的地震屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，按歸一化公式進(jìn)行處理計(jì)算，將樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0～1區(qū)間的數(shù)據(jù)，然后，根據(jù)歸一化處理后的數(shù)據(jù)，按照公式計(jì)算煤厚與地震屬性之間相關(guān)系數(shù)。計(jì)算后的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。

基于煤層厚度與地震屬性之間的相關(guān)系數(shù)，從中優(yōu)選出相關(guān)系數(shù)較大的地震屬性8種，即平均振幅、平均波峰振幅、平均波谷振幅、瞬時(shí)頻率、最小振幅、總振幅、正極性振幅、負(fù)極性振幅。為了保證各屬性的相對(duì)獨(dú)立性和算法的穩(wěn)定性，進(jìn)行地震屬性的互相關(guān)分析，如表2所示。根據(jù)各地震屬性間的相關(guān)系數(shù)，剔除相關(guān)系數(shù)較大的屬性，最后獲取4個(gè)有用的地震屬性作為預(yù)測(cè)模型的基本參數(shù)，它們分別是：負(fù)極性振幅，總振幅，最小振幅和瞬時(shí)頻率。用這些地震屬性作為回歸模型的基本參數(shù)。

2.3 煤層厚度預(yù)測(cè)模型

根據(jù)鉆孔資料，以歸一化后的地震屬性集為基礎(chǔ)，建立地震屬性與煤厚之間的多元多項(xiàng)式回歸模型。

通過(guò)平均波峰振幅，均方根振幅，弧長(zhǎng)和正極性振幅和與煤層厚度之間的相關(guān)分析，計(jì)算獲得的四元一次多項(xiàng)式回歸模型為

y=1.935-2.937xl-5.167x2+6.534x3+0.559x4 （1）

式中y為預(yù)測(cè)煤厚值（m）；x1為平均波峰振幅；x2為均方根振幅；x3為弧長(zhǎng)；x4為正極性振幅和。

2.4 結(jié)果分析

通過(guò)表3可以看出，這5個(gè)驗(yàn)證孔的絕對(duì)誤差都小于1m，其中有3個(gè)孔，相對(duì)誤差小于10%，有2個(gè)孔的相對(duì)誤差較大，其主要原因是煤層厚度較薄，由于基數(shù)小使得相對(duì)誤差偏大，另外也可以看出，煤層越薄，其解釋誤差就變大；可見(jiàn)基于屬性的多元回歸分析方法預(yù)測(cè)煤厚的方法是可行的。通過(guò)與單屬性預(yù)測(cè)的結(jié)果相比，比單屬性的誤差要小的多，說(shuō)明基于屬性的多元回歸分析方法比以前的單一屬性預(yù)測(cè)精度又提高了一步。

3 基于模型道的波形相關(guān)方法預(yù)測(cè)煤厚

煤層的厚薄會(huì)引起所在位置地震剖面上波形的變化，所以提取鉆孔處波形做為模型道，以煤厚做為已知條件，在全區(qū)進(jìn)行相對(duì)分析。與鉆孔處模型道相關(guān)度最大的地方，煤厚與鉆孔處相似。

3.1 提取模型道

隨機(jī)抽取5個(gè)驗(yàn)證孔外，提取所有鉆孔處的模型道。

3.2 進(jìn)行相關(guān)分析

在地震勘探中煤層屬于“薄層”范疇。其反射波一般是一種復(fù)合波，不可能根據(jù)時(shí)差來(lái)確定上下圍巖界面。國(guó)內(nèi)外計(jì)算薄層厚度的方法很多，各種方法有各自的假設(shè)前提及適用范圍，它們要求煤層厚度在一定范圍內(nèi)變化，對(duì)于特薄或特厚煤層顯得無(wú)能為力，另外地震波的一些動(dòng)力學(xué)參數(shù)如振幅、頻率、帶寬等都與煤厚一定關(guān)系，但是這些動(dòng)力學(xué)參數(shù)與煤層厚度都不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性關(guān)系特點(diǎn)。本次運(yùn)用井的煤厚值與過(guò)井處煤層反射波的振幅值擬合公式，求取煤層厚度。

薄煤帶使煤與圍巖的波阻抗差異減小，導(dǎo)致形成反射波的能量發(fā)生變化，在時(shí)間剖面上，反射波表現(xiàn)為振幅削弱、頻率增高、相位增多、反射波連性變差以及反射波突然消失等特征（見(jiàn)圖1）。

本次圈定的薄煤帶充分利用了己知地質(zhì)資料并和地震時(shí)間剖面結(jié)合，分析時(shí)間剖面特征和勘探區(qū)內(nèi)成煤環(huán)境，準(zhǔn)確判定薄煤帶并圈定其分布范圍。

首先把這些孔分類(lèi)，本次以0.5m為間隔進(jìn)行分類(lèi)，把0-0.5m的當(dāng)作第一類(lèi)，0.5-1m的當(dāng)作第二類(lèi)，以此類(lèi)推，共分成8類(lèi)。

以這些類(lèi)與全區(qū)的地震波形相行相關(guān)分析，形成全區(qū)的波形相關(guān)圖。見(jiàn)圖2。

3.3 結(jié)果分析

隨機(jī)抽取5個(gè)孔為驗(yàn)證孔，來(lái)檢驗(yàn)分析的結(jié)果，408孔實(shí)際煤厚1.61m，預(yù)測(cè)2.0m左右；403孔實(shí)際煤厚1.05m，預(yù)測(cè)2m左右；422孔實(shí)際煤厚2.11m，預(yù)測(cè)1.8m左右；417孔實(shí)際煤厚0.65m，預(yù)測(cè)1.2m左右；454孔實(shí)際煤厚2.55m，預(yù)測(cè)2.1m。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)寧東煤田某礦區(qū)生產(chǎn)的需要，以勘探區(qū)的鉆孔地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，通過(guò)利用基于地震屬性的多元回歸分析和基于模型道的波形相關(guān)這兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析。最終得出結(jié)論認(rèn)為：波形方法只能定性地預(yù)測(cè)煤層的厚薄，不能準(zhǔn)確定量煤厚；與多元回歸方法相比，精度較低。但是它能較直觀地反映出煤厚的相對(duì)厚薄，這是它的優(yōu)點(diǎn)。在無(wú)煤區(qū)的預(yù)測(cè)上，它精度相對(duì)較高，能滿足生產(chǎn)需求。

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作者簡(jiǎn)介：李治欣（1977-），男，河南登封人，工程師，從事物探生產(chǎn)管理工作。