波阻抗反演预测煤层顶底板岩性

波阻抗反演预测煤层顶底板岩性季煜*邹冠贵1中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京市100083摘要：在煤田勘探中，关于煤层顶底板岩性的预测是十分重要的。本文通过论述基于模型的波阻抗反演数据体并提取沿层波阻抗切片的方法，结合钻井、测井等先验地质信息，分析煤层顶底板沿层波阻抗变化，得到煤层顶底板岩性及其变化趋势。并利用山西寺河矿区实际的地震数据和地质信息制作工区的波阻抗反演数据体，并在此基础上做沿目的煤层顶底板的切片，从而分析出目的煤层顶底板岩性的变化趋势及其稳定性，为以后的安全开采提供参考与帮助。关键词：煤层顶底板岩性；煤层勘探；波阻抗反演；岩性预测1引言中国是能源消耗大国，而煤田的安全开采是煤田工作的重中之重。在煤田多发的事故中，因煤层顶底板问题而引发的事故多达50%，所以关于顶底板的预测十分重要［1］。在目前的勘探方法中，波阻抗反演在煤田勘探中的应用十分广泛。对于煤层厚度预测、预测煤层顶底板岩性在实际工作取得了良好的成效。波阻抗反演作为地球物理的一项核心技术已经发展的十分完善⑵。由于煤层的顶底板岩性是沿横向变化的，而地震数据的横向连续性好，所以通过利用基于模型的波阻抗反演方法，将横向连续性好的地震数据与垂向分辨率高的测井资料相结合，得到反演波阻抗数据体并提取沿层切片，结合钻井、测井等关于岩层厚度、岩性等先验信息进行对顶板岩性预测，可以得到很好的效果。2波阻抗反演预测岩性原理（1） 波阻抗反演基本原理地震反演的任务就是将地震记录中的设法将子波和噪音消除得到仅反映地下界面变化的反射系数序列，进而求出各层的速度和密度参数，依此推断地下介质分布情况。地震反射产生的条件在速度和密度有差异亦即波阻抗有差异的界面上才产生地震反射。如果得到了反射系数就可以实现反演过程，采用不同的算法，从地震反射系数数据得出波阻抗数据,这样就把界面型的地震剖面转换成岩层型的波阻抗剖面，使地震资料变成了能直接与钻井、测井对比的形式⑶。（2） 岩石的波阻抗的差异岩石的波阻抗是指在岩石中传播的纵波速度与岩石自身密度的乘积。波阻抗本身反映的是岩石对能量传播的抵抗能力，而不同岩性的岩石波阻抗差异较大，例如中砂岩波阻抗较大而细砂岩波阻抗较小。所以，由于岩石的密度、传播速度不同，其波阻抗就不同，其我们就可以认为波阻抗的差异可以直接表现为地层的岩性差异，使通过沿层波阻抗切片来区分岩性成为可能。3制作波阻抗反演并提取沿层切片过程（1） 测井资料处理利用测井资料主要可以得到地下界面的反射系数，所以第一步的测井资料的处理至关重要。先对初始的测井曲线进行归一化、标准化，要保证同一层位在数值上的连续性。可以通过加德纳公式和得到速度曲线，从而利用波阻抗公式算出反射系数。（2） 层位标定及合成记录利用处理过后的地震资料进行层位追踪，沿反射波同相轴追取煤层顶底板层位，这是最初的层位解释工作。在这之后，利用提取的子波和反射系数序列，可以制作合成地震记录。并通过误差分析尽量使合成记录的准确程度尽量提高。（3） 模型的制作模型建立的关系到反演的最终结果。模型的建立是以地震解释层位为框架根据一定的内插方法,产生一个闭合、光滑的数据体。因此，层位解释非常重要.层位解释一般有2个重要的原则:①在层位标定的基础上，层位解释尽量沿

着同相轴追踪。②层位解释满足闭合和一致性［4］井的内插也很关键，以层位解释成果为控制,选择反距离平方或克里金等内插方法，对井中的波阻抗值沿着层位内插外推,得到初始的波阻抗数据体。（4） 确定反演参数通过随机选取同一位置的模型地震道和实际地震道,分析两者之间的相关性以及波形相似性来确定反演参数。主要参数有迭代次数、方波平均大小、最大波阻抗变化百分率等。最后对所有参数进行反复调试，得到最终的波阻抗反演数据体。（5（5） 波阻抗切片的截取方法图1切片截取方式截取波阻抗切片的方式分为单层截取（a）和层间截取（b）两种分式，每种方式各4种截取类型。4实例分析以寺河矿区东采区3号煤层为例，工区资料显示，3号煤层没顶底板起伏较大，自西北向东南埋深逐渐加大，深度从250m-350m不等，顶板高6-9m较厚，底板2-4m较薄。(2E0,1T4) (北4.174)^071O070。072<11550067(390,101) 《494.31)图2工区井口分布图表1煤层顶底板部分岩性深度钻孔统计怙井荣度(m)3怙井荣度(m)3泌02.00334257.75337.99i.7i以噱泥密3编一如6.00煤3^4.94a$50.58煤玷&17d踞砥质泥尝347.601.43砂质危岩350.603.00翅砂岩3S200L.4Q砂质反岩a井此7祐井数据怙井藻度（1¥1）(m)3059012.40砂虏弟辂30825135细地岩3U754.4Q砂而泥岩317„414.68煤317.650"碳所说岩31S.811.16，煤五％431砂JS混岩321200.80纸砂岩S22.251.05■|3W-i泥石523.5Q6.25砂盾泥岩b井155钻井皴定由表1知，煤层顶底板岩性组成复杂，多为中砂岩、中细砂岩与砂质泥岩混合。由资料知，泥质砂岩和中细砂岩波阻抗较大，粗砂岩和粉细砂岩波阻抗较小，而泥岩和泥质砂岩的波阻抗数值范围分布波动大，煤层的波阻抗数值通常非常低。所以，在波阻抗切片上各岩石岩性表现非常直观。图33号煤层顶板波阻抗切片图43号煤层底板波阻抗切片沿3号煤层的顶底板，沿层上下截取3ms时窗大小的波阻抗切片（图3、图4）。结合钻井数据观察，顶板数值分布在12000~15000左右，大部属波阻抗较高的中砂岩岩性，混合砂质泥岩。底板波阻抗数值分布在8000~12000左右，大部是属于砂质泥岩岩性，并且有由泥岩到细砂岩过渡的趋势。可得出结论，顶板较为稳定为中砂岩岩性，而底板泥岩砂岩混杂，波阻抗数值数值变化较大。5结束语通过以上的论述和工作可以得出结论，由于煤层顶底板岩性在横向上存在变化，我们利用岩石之间的波阻抗差异进行切片分析，从岩性横横向变化和明确的地下地质信息上出发，能够更好的得出顶底板岩性的性质以及变化。当然在实际开采中，也要根据遇到的情况具体判断分析，此次结果为以后的煤田开采提供了一个重要的参考。参考文献李巧灵，彭苏萍，郝晓霞等.利用沿层波阻抗属性预测煤层顶板岩性[J].煤矿安全，2013,44（11）:37-40.张爱印，李学文等.测井约束反演技术在煤田三维地震岩性勘探中的应用[J].地球物理学进展，2004,19（3）:533-536.张兴岩，潘冬明，张华等.波阻抗反演在提高煤层分辨率上的应用[J].煤炭科学技术，2009,37（1）:96-98.彭苏萍，邹冠贵