正演模擬技術在煤層厚度預測中的應用研究

王曉亮

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710077）

正演模擬技術在煤層厚度預測中的應用研究

王曉亮*

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710077）

以陜西某煤礦為例，依據煤層厚度變化的地震響應特征，利用三維地震勘探精細解釋與正演模擬相結合的方法，有效預測煤層厚度，取得較好探測效果。

地震勘探；正演模擬；煤厚預測；特厚煤層

在煤礦生產過程中，煤層厚度變化是除構造因素外又一影響煤礦生產安全的重要因素，煤厚變化給煤礦生產帶來不可預見的影響。常規煤層厚度計算是利用鉆孔資料的內插獲得，鉆孔密度限制提供的煤厚資料精度，有效利用地震資料解釋煤層厚度對煤礦合理開采、提高經濟效益具有重要意義。

對于煤田采區勘探，多數煤層厚度與煤層反射主波長λ相比，煤層厚度小于λ/4，頂底板不能分離，形成復合波，這種情況下通常采用波形振幅方法，就是利用地震反射波的波形特征和振幅信息與煤厚的相關性來進行煤層厚度的橫向預測。而當煤層厚度大于λ/4甚至更厚時，上述方法就會影響煤厚預測的精度。

本文以陜西某井田為例，利用三維地震勘探精細解釋與正演模擬相結合的方法，針對特厚煤層區域有效預測煤層厚度。

1　研究區概況

本井田位于陜西省中西部，屬陜北黃土高原與隴東黃土高原結合部的塬梁溝壑區，井田內大部分地區被第四系黃土及第三系紅土所覆蓋，在涇河沿岸及黑河下游出露有白堊系下統洛河組，主要溝谷內出露華池組。依據鉆孔揭露及地質填圖資料，井田內地層由老至新依次有：三疊系上統胡家村組（T3h），侏羅系下統富縣組（J1f）、中統延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a），白堊系下統宜君組（K1y）、洛河組（K1l）、華池組（K1h），新近系（N）及第四系更新統（Q1-3）、全新統（Q4）。

井田內含煤地層為中侏羅統延安組，含煤4層。延安組按沉積特點及含煤性分為3段，研究區僅發育第一段，含4-1煤、4煤、4下煤。4下煤為零星可采煤層，4-1煤為局部可采煤層，4煤層厚度：0～35.22m，平均厚度15.23m，為全區可采、穩定的特厚煤層。工區位置見圖1。

圖1　工區位置簡圖

2　地震資料精細處理

本著“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原則，優選針對提高信噪比的處理模塊，精選參數（圖2）。處理中嚴格控制中間質量，針對靜校正和速度分析2個重要環節進行反復測試迭代處理，取得高質量成果。通過覆蓋次數（圖3）可以看出，覆蓋次數有局部較高外，整體上達到設計要求，說明炮點在復雜的地表條件下分布相對均勻，滿足資料要求。

3　煤厚預測方法分析

地震反射波中包含極其豐富的地下地質信息，利用地震反射波可以用來進行煤層厚度的預測。煤厚與多種屬性有一定的關系，波形振幅方法就是利用地震反射波的波形特征和振幅信息與煤厚的相關性來進行煤層厚度的橫向預測。根據Windess的薄層理論，當薄層厚度小于λ/4時，薄層反射波波峰與波谷視差近視為一個常數，而反射波振幅隨薄層厚度呈準線性變化，即薄層的厚度信息包含在反射波振幅之中。煤厚在小于λ/4范圍之內，振幅隨煤層基本呈線性增加關系；煤厚在大于λ/2后，振幅隨煤層呈線性減小關系；煤厚在λ/4～λ/2，振幅與煤厚變化關系不明顯。

3.1無煤區和煤層變薄區

無煤區和煤層變薄區在時間剖面上，表現為下相位反射波振幅變弱、頻率增高以及反射波突然消失等特征，從圖3可以看出煤層厚度的相對變化，隨著煤厚的逐漸變薄，煤層反射波由頂、底板一組反射波變為復合波。

圖2　資料處理流程圖

圖3　無煤區及附近煤層厚度變化在地震時間剖面的反映

3.2特厚煤層正演模擬分析

地震剖面線依次經過5-1、5-2、213、5-3鉆孔，鉆孔煤厚依次為24.46m、26.46m、35.04m、28.66m，而這些鉆孔附近的4煤頂、底板反射波時間差和煤厚成正相關關系（圖4）。將勘探線正演時間剖面與實際時間剖面對比，特厚煤層區煤層頂、底板反射波在時間剖面上可分開，并形成一組反射波，一般表現為2個強相位。

圖4　地震時間剖面與正演時間剖面對比　

局部區域鉆孔213與5-3之間煤層厚度超過35m左右時，表現為3個強相位。

3.3特厚煤層預測方法

因此特厚煤層區煤厚解釋的步驟為先求取鉆孔處煤層層速度，然后利用時深轉換公式直接計算出各處煤厚。在無煤區周邊區域，煤層厚度相對較薄，煤厚受古隆起控制，煤層厚度與煤層底板標高相關，通過已知鉆孔以及煤厚與其底板標高的這種相關關系進行類比、內插而獲得煤層厚度，繪出全區煤層變化趨勢圖。

3.4煤厚探查成果驗證

為了進一步確認煤層厚度預測的準確性，分別選擇無煤區、薄煤區和厚煤區鉆孔5口作為驗證孔檢驗預測效果，結果見表1。

孔名1401 1402 1403 1404 1405實際煤厚（m）0 2.28 15.17 26.46 37.30預測煤厚（m）0 2.56 16.61 28.37 33.36絕對誤差（m）0 0.28 1.44 1.91 3.94相對誤差（%）0 10.93 8.67 6.73 11.67

通過表1可以看出，上述5個驗證孔相對誤差都小于15%，可見上述方法預測煤厚是可行的。

4　結論

在煤田勘探中，利用地震屬性預測煤厚時，首先要掌握勘探區域內煤層厚度的變化情況，如煤層厚度小于λ/4時，可選用靈敏度較高的某一地震屬性參數作為預測參數，如煤層屬于特厚煤層，則可利用煤層層速度與煤層頂、底板反射波旅行時計算煤層厚度。

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1004-5716（2016）01-0151-03

2015-11-16

2015-11-19

王曉亮（1983-），男（漢族），山西文水人，工程師，現從事煤田地震勘探工作。