杜 琦 伟

(山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600)



煤层反射波的地震响应特征

杜 琦 伟

(山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600)

研究了煤层反射波的特点及其影响因素，通过设计不同的地质模型，分析了振幅随偏移距的变化规律，得出了入射角度、煤层厚度以及地层的倾角等因素对反射波波形的影响形式。

煤层，反射波，振幅，薄层

1 研究的目的和意义

在地震勘探中，薄层问题很早就引起人们的注意，因为在实际地层剖面中大量存在这样的薄层。例如，地层厚度沿横向发生明显变化时，一个“厚层”就会渐变为“薄层”，这个层的反射特点也会发生变化。如果我们掌握了这种变化的特点和规律，反过来就可以更正确的、细致的解释地震剖面上的各种地质现象。近十几年在勘探与薄层砂岩体有关的油气藏时，薄层砂体的识别和解释尤其重要，因此对于薄层反射的研究更加引起人们的兴趣，成了用地震资料进行地层岩性解释工作中的一个重要内容[1,2]。

2 煤层反射波

赋存在煤系中的煤层除个别地区稍厚外，大多数煤层在几厘米至几米之间，最大不超过20 m，构成了薄互层或极薄互层的特点，在地震勘探中几米煤厚只能看作是薄层；同时，根据岩石标本物性参数测试，证实煤层和围岩(即顶、底板)之间存在有明显的物性差异。由于薄互层综合影响，地震反射响应不是由某个单一界面产生，而是由薄层顶、底界面的一次反射波和薄层之间的微屈多次反射波经多次迭加形成较强的反射振幅，在这里我们称之为煤层反射波。不同岩性、不同厚度、不同层数的薄互层组合就有不同的地震响应。如何正确识别煤层反射波，进而充分利用煤层反射波的多种信息，把波形的细微变化解释为地层学的现象，并以此研究煤层的赋存规律以及煤层的分叉、合并、尖灭、冲刷等现象，将是地震地层学研究的一个重要方面[3,4]。

3 煤层振幅随偏移距的变化

在初步探讨煤层地震波振幅影响因素的前提下，设计更切合实际的地质模型，来更好地模拟并指导实际施工生产，也为更好的利用煤层中AVO分析技术提供必要的依据。入射角度、煤层

的厚度以及地层的倾角等都会对反射波的波形产生影响。为了研究这些因素变化时振幅随偏移距的变化，设计了以下不同的地质模型。

在本篇文章中，人工合成地震记录时所使用的子波均为雷克子波，其频率为80 Hz。

由于煤层是一个典型的薄层，顶底界面的波动将会发生明显的干涉叠加。第四系厚度、煤层的厚度以及煤层的倾角等都会对反射波的波形产生影响。为了研究这些因素变化时振幅随偏移距的变化，设计不同的地质模型，均采用道距为20 m，48道接收的观测系统。

3.1 煤层厚度的影响

假定地层为水平层状介质，各层的速度、密度和厚度值如图1所示。

当煤层厚度为3 m时，煤层反射波呈双曲线变化，变化幅度比较小，由于反射波在煤层顶底界面发生明显干涉叠加，煤层顶底界面不能区分开来。在偏移距比较小时，振幅值随偏移距的变化很小，当偏移距到一定值并继续增大时，振幅值递减趋势较为明显(见图2)。

当煤层厚度从2 m到8 m变化，其余参数不变时，振幅值随偏移距变化如图3所示。

从图中可以看出，在偏移距一定时，煤层厚度越大，振幅值也越大。当偏移距增大时，不同煤厚的振幅值均减小并逐渐收敛。

3.2 倾角的影响

当煤层倾角为5°，其余各层为水平，上倾和下倾方向放炮时，波形图及振幅随偏移距变化如图4，图5所示。

当煤层倾角为5°，上倾方向放炮时，振幅值随偏移距的增大呈线性递减，最后趋于0。

当煤层倾角为5°，下倾方向放炮时，随着偏移距的增大振幅值呈线性增大，偏移距增大到一定值(600 m～800 m)后，振幅值趋于平稳，随着偏移距的继续增大，振幅值呈缓慢减小的趋势。

当煤层倾角一定时，对比上倾和下倾放炮时的波形图可知，下

倾方向放炮比上倾方向效果好。尤其是当偏移距大于800 m时，上倾放炮接收到的波形能量弱，在地震记录上不容易区分，而在下倾放炮时接收到的波形能量很强。

煤层倾角从0°到15°变化，上倾和下倾放炮时，振幅值随偏移距的变化如图6所示。

由图中很明显的看到：不同倾角的煤层对地震波的衰减作用不同，当偏移距一定时，倾角小的煤层振幅值偏大，当偏移距增大时，不同倾角对应的地震波振幅值均逐渐收敛。

由图6可知，煤层倾角相同时，上倾放炮和下倾放炮振幅值随偏移距的变化有很大差别。上倾放炮时，振幅值随偏移距的增大而近似线性下降，最后近似趋于0，而下倾放炮时振幅值随偏移距的增大呈增大趋势，最后趋于一定值。因此，在实际的地震勘探中，应该在下倾方向放炮，这样所得到的地震波的能量较强。

4 结语

影响振幅随偏移距变化的因素有：入射角度、煤层的厚度以及地层的倾角等，本文通过对不同的地质模型进行数值模拟，得出入射角度和倾角(炮点的位置)对反射波振幅的影响较大。因此，在实际的地震勘探中，应该剔除这些因素的影响。

由于在数值模拟的过程中，所采用的求取反射系数的公式精度不是很高，所得到的地震波形有一定的偏差。

[1]陆基孟.地震勘探原理.东营：中国石油大学出版社，2006.

[2]刘建华，刘天放，李德春.薄层厚度定量解释研究.物探与化探，1997，21(1)：96-97.

[3]窦易升.薄层厚度定量解释的振幅谱平方比法.石油地球物理勘探，1995，30(10)：77-78.

[4]邓继开，王静波.煤层反射波在煤田地震勘探中的应用.山东矿业学院学报，1990，9(2)：123-124.

[5]陈光明.煤层反射波特征及其岩性解释.煤田地质与勘探，1991，19(4)：110-112.

[6]李庆忠.走向精确勘探的道路.北京：石油工业出版社，1994.

[7]刘天放，R.E.sheriff.煤层的反射.煤田地质与勘探，1990(3)：61-62.

The seismic response characteristics of coal seam reflection wave

Du Qiwei

(ShanxiCoalGeologicalExplorationandPaintingInstitute,Jinzhong030600,China)

This paper researched the characteristics and its influence factors of coal seam reflection wave, through the design of different geological model, analyzed the variation rule of amplitude with offset, gained the influence forms of reflection angle, coal seam thickness and dip angle and other factors to reflection waveform.

coal seam, reflection wave, amplitude, thin layer

1009-6825(2015)21-0066-02

2015-05-18

杜琦伟(1982- )，男，助理工程师

TD163

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