张灯亮

河北省煤田地质局物测地质队，河北邢台

利用三维地震及模型反演技术研究薄煤层厚度及分布范围的方法

张灯亮

河北省煤田地质局物测地质队，河北邢台

针对薄煤层的厚度及其分布范围问题，提出应用三维地震及模型反演技术进行解决的方案，介绍了反演的主要过程及技术参数，并结合实例进行说明。

3-D seismics； Inverse Model；Wave Impedance

在当前资源紧缺的形势下，薄煤层的开采也受到矿山企业的重视，为了进一步了解煤层的厚度变化和分布情况，为矿山开发利用提供依据，仅仅依靠三维地震无法解决。由于在薄层地质条件下，受地震频带宽度的限制，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满足需要；基于模型地震反演技术以测井资料丰富的高频信息和完整的低频成分补充地震有限带宽的不足，可获得高分辨率的地层波阻抗资料，为煤层分布和厚度预测提供准确可信的资料。本文就这一问题进行了分析，并以内蒙古东胜煤田某区的资料为应用实例，进行叙述。

1 基本原理

叠后地震反演是分析地震道并试图重构地下速度和阻抗结构的处理。反演的基础模型是一维褶积模型：

其中：r(j)是以时间序列表示的零偏移距地下反射系数

W(i)是地震子波，假设为不变的

n(i)是噪声

在这个模型中，假设多次波可以忽略的。

因此，反演的过程首先可看作是已知地震道T(i)，估算反射系数的过程；然后才是下伏地层的阻抗估算。因为在地下，反射系数是与地层的声阻抗相关的：

Ij是第j层地层声阻抗；Vj是第j层地层速度；ρj是第j层地层密度。地震声阻抗反演就是从已知井获得r(j)反射系数序列，从地震记录中提取地震子波W(i)，然后应用JASON模型优选迭代扰动算法求得Ij并在时间域或深度域显示出来。

2 参数选择和技术措施

2.1 标定井测井曲线的整理和校正

理论上，地层反射系数系列是一种白噪化信息，而地震记录是带限信息，它缺乏地层所固有的低频和高频信息，这两种信息都要从已知井的相应测井曲线中获得，标定井测井曲线的质量直接影响地震声阻抗反演的质量，为此要保证标定井的测井曲线是经过环境校正和标准化处理的，在此基础上，人工干预剔除一些不合理的曲线值，如气层界面产生的声波跳跃、井径扩大而引起的声速和密度异常值等。

2.2 保证所提取的地震子波质量

为了获得稳定的子波，提取子波的时窗至少为子波长度的三倍。时窗太小，找不到稳定的子波。在目的层段地震记录质量好的地方提取子波。采用测井曲线批量输入，一起把所有井的子波提取出，并求得平均子波，子波形态对称、旁瓣小、接近零相位、振幅谱与地震谱吻合、有效频带内相位稳定，则视为较好子波。

图2 合成记录

图3 波阻抗剖面

图4 常规地震剖面

图5 最小波阻抗属性图

图6 联井岩性剖面

图7 煤层分布范围图

2.3 地质模型的建立

从地震资料出发，以测井资料和地质资料为基础，建立基本反映沉积体地质特征的初始模型。使用EarthMod模块建立初始模型。为了定性分析薄煤层的厚度及分布，按沉积规律在大层之间内插出很多小层，建立起一个地质框架结构；在这个地质框架结构控制下，根据一定的插值方式对测井数据沿层进行内插、外推，产生一个平滑、闭合的实体模型——初始声阻抗模型。

2.4 井约束稀疏脉冲波阻抗反演中的trend趋势线约束技术

井约束稀疏脉冲波阻抗反演主要基于地震信息，但地震信息的频带不够宽，为提高分辨率，高频段由井资料进行补充。因此，目的层处井的趋势线一定要做细。对于薄层目的层，在编辑井趋势线时采用Jason模型控制趋势的方法，解决了这一问题，对薄层目的层的趋势约束更加细致、可靠。

2.5 井约束稀疏脉冲波阻抗反演中Lamda值的选择

图8 反演煤层厚度变化趋势图

图9 常规内插煤层厚度变化趋势图

井约束稀疏脉冲反演的结果好坏决定于反射系数的稀疏和合成地震记录与原始地震道的残差大小，而这两者又互相矛盾，即迭代次数Lamda值小，强调了稀疏性，反演结果细节少，分辨率低，残差大；Lamda值太大，过分强调了地震残差最小，只考虑合成地震记录与原始地震道的吻合，会使更多的噪音加到反演结果中，同时，由于忽略了反射系数的稀疏，也忽略了波阻抗变化的低频背景。因此，选择曲线值收敛的Lamda值比较合理，既拓宽了反演剖面的频谱，也保证了一定的分辨率。在保证信噪比并考虑井相关的情况下，确定所采用的Lamda值为13。

2.6 井约束稀疏脉冲波阻抗反演中的Trace merging

在得到初始模型和稀疏脉冲反演结果以后，使用Trace merging将数据进行合并，补充井的低频和高频信息，但补充过多的高频信息会使反演结果剖面严重模型化，不能真实反映地下的地质形态。经过对地震资料的分析，本区主频为38HZ左右，有效频宽：20～100hz。在经过反复试验后，在本地区采用一次合并，合并频率范围为20～100hz，井上低频取值为25hz，高频取值45hz。

3 标定及反演剖面效果

合成地震记录是地震资料与地质资料连接的桥梁，Jason反演算法中,以合成记录代替地震数据进行计算，因此必须保证合成地震记录与地震数据的最大匹配。

通过对比波阻抗剖面与常规地震剖面，可以看出波阻抗剖面中煤层与围岩速度界面清晰，并且煤层横向连续及尖灭特征清晰。为揭示煤厚的精度提供了保证。

合成记录与井旁地震道吻合关系及反演剖面标定情况，说明JASON地震波阻抗反演参数选择合理。

4 煤层分布范围及厚度图绘制

根据反演结果及煤层低阻抗的特征，提取了煤层最小波阻抗属性图，通过密度与波阻抗交汇分析结果，将波阻抗剖面转化为岩性剖面来分析煤层分布范围，结合钻井揭示的煤层厚度数据绘制煤层厚度变化图。

结论

通过分析对比煤层变化趋势，可以清楚地看出，反演所获的煤层厚度图详细揭示出了煤层厚度的变化趋势；反演所获的煤分布范围图较为直观地揭示了区内局部发育煤层的分布范围。对于指导矿山对薄煤层开发有一定的指导意义。

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

张灯亮 男 汉族 山西定襄人，1999年毕业于中国矿业大学，现供职于河北省煤田地质局物测地质队，从事物探工作。

三维地震；模型反演；波阻抗