煤层反射波特征及其岩性解释

利用煤层反射波的初至特征、相位特征、振幅特征、频率特征和波组特征的变化,可以解释煤层缺失,分析煤层沉积环境,对比煤层分叉,确定构造断裂和预测煤层厚度变化趋势等。      

煤层反射波的频率特性和分辨率

我们知道,当地震波入射到厚层（即厚度比入射波波长大得多）,并在其表面发生反射时,反射波的频率只与入射波的频率有关。但是,当波入射到薄层（即厚度比入射波波长小得多）,并在其表面发生反射时,反射波的频率不仅与入射波的频率有关,而且还与薄层的厚度、密度、速度有关。由于煤层的厚度远远小于地震波波长,是薄层。而煤层本身的密度和速度往往都比围岩小得多,顶、底板都是良好的反射界面,因而煤层反射波是煤层层间多次反射波与顶、底板一次反射波的叠加和干涉。煤层反射波的频率不仅取决于入射波的频率,而且与煤层的厚度和速度有密切的关系。煤层可以看作是一个滤波器,入射波在煤层界面发生反射时,就好象经过了某种频率滤波。煤层滤波特性与煤层的厚度、波速及煤层和上、下岩层的波阻抗差有关。      

基于地震频谱属性的煤层厚度预测方法

利用陇东黄土塬区施工的地震勘探成果,通过提取煤层反射波中的多种地震属性,与煤层厚度进行相关性分析,发现频谱属性与煤层厚度有较高的线性相关度。通过属性优选,利用频谱属性中的中心频率、振幅属性对研究区煤层厚度进行了预测。预测所获得的煤层厚度变化趋势与钻孔揭露厚度吻合较好,说明了煤层具有频率调谐作用,也说明了利用地震频谱属性对煤层厚度进行预测的方法是有效可行的。     

谱分解技术在煤层厚度预测及沉积环境方面的应用

谱分解技术是通过短时窗离散傅里叶变换(DFT)将地震资料从时间域转换到频率域,得到振幅谱及相位谱调谐体的一项处理技术。通过谱分解顺层相位与频率切片可以较清晰地了解区内煤层的岩性特征及沉积环境,从而预测煤厚。基于该项技术,以山西省沁水盆地某研究区山西组3煤层为例,研究了3号煤层厚度与下伏砂岩厚度的对应关系,发现3煤层厚度与基底分流河道砂岩厚度呈负相关关系,即煤层厚度随基底砂岩厚度增大而减小。由此认为在三角洲平原沉积环境下,在钻孔较少且分布不均匀时,可通过谱分解属性切片对煤层基底砂岩厚度的预测来推断煤厚。该区利用谱分解技术预测的煤厚趋势与振幅法获得的煤厚趋势相比,其精度较高,因此,谱分解技术不失为一种较好的煤层预测方法。     

井间地震弹性波传播特征数值模拟

采用弹性波方程数值模拟和Zoeppritz方程解相结合的方式,研究了井间地震固-固界面上以及低速和高速夹层中弹性波场特征及传播规律.给出了井间地震弹性波的主要类型,其中包含一种特殊面波,该面波由激发井和接收井内的地层界面处产生的二次源形成,并说明了反射波以广角反射占优势;利用正演模拟记录对广角反射现象进行了分析,得出了在临界角处广角反射波的振幅、相位突变,极性反转,这与反射系数变为复数相对应;提出利用临界反射波特征和临界反射点位置来确定地层速度.震源在高速夹层中激发时,其中传播的弹性波场简单;而在低速夹层中,则弹性波场非常复杂.低速夹层中的导波存在明显的频散现象,其振幅和频率与低速层的速度和厚度密切相关.提出利用导波可以确定低速层的横向变化和连通性.     

煤层顶底板反射波的干涉效应

理论分析与实际资料证实,煤层顶、底板反射波的干涉,在煤层厚度所产生的时差小于半个周期时,导致反射波的振幅随着煤层厚度的减小而减弱,且在煤层厚度较小（趋于0m）的情况下,仍然是可以连续对比追踪的;大于半个周期时,反射波的振幅与干涉效应无关。通过实际资料的分析计算发现,在煤层厚度趋于0m时,其顶、底板反射波的干涉所形成的振幅极限值仍然是砂、泥岩界面反射波振幅的3倍,依据这个特征可有效识别煤系地层中的薄、无煤带。     

煤层厚度与地震波振幅关系的初步探讨

近几年来,在东北、华北和江苏地区的地震资料中,已经发现煤层的厚度变化与煤层顶、底板反射波振幅有一定的相依关系,即与煤层有关的反射波,当煤层变厚时振幅增强,煤层变薄时振幅减弱。这个很有价值的现象,逐步引起一部分煤田地震工作者的重视。      

利用地震属性划分瓦斯富集带

从阳煤集团新景煤矿芦南二区北三正、副巷3煤层发生的瓦斯突出来看,该矿的瓦斯富集带主要位于煤层变薄缺失带附近。依据新景煤矿地质资料建立地质模型,并从理论上对提取的地震属性变化特征进行比较,发现其振幅、主频、低频带能量和相位等属性可以作为瓦斯富集带预测的判识依据。勘探成果表明,利用3煤层反射波提取的地震属性,在煤层变薄缺失带上具有明显的响应特征：振幅切片上能量变弱,相似性切片上异常突出,主频切片上表现为高值,主频带能量切片上表现为低值,平均频率相位切片上也存在较大差异振幅。依据该特征,圈定了新景煤矿芦南二区的煤层变薄缺失带。已发生瓦斯突出点与煤层变薄缺失带在地震属性的一致性,证实煤层变薄缺失带是该矿瓦斯防治的重点区域。     

用地震反射波定量解释煤层厚度的方法

煤层变薄模型地震反射特征的研究发现:对层厚小于λ/4(λ为地震主波长)的煤层来说,煤层顶、底板的反射波迭加形成复合反射波,几乎不能拾取顶底板反射波的初至时间;地震波的动力学特征(振幅等)与煤厚不是一一对应的,而是出现多个极值点,在层厚为λ/4、λ/2等处出现极值,但在区间〔0,λ/4〕及〔λ/4,λ/2〕内振幅是层厚的单调函数。因此,利用地震波的运动学及动力学特征就可以进行煤层厚度的定量解释。山西朔县地震资料的定量解释结果与钻探资料对比最大误差不超过0.6m,证明了该解释方法的可靠性。     

三维地震勘探技术在新疆沙吉海井田中的应用

针对沙吉海井田以往未开展过地震勘探,煤层多、局部间距小特点,介绍了研究区主要地震反射波与煤层对应关系.通过对T13、T12、T10、T6反射波研究,采用地震波阻抗反演技术对该区煤层厚度及煤层结构进行解释,查明井田构造形态和主要煤层赋存变化特征,取得了较好地震勘探效果.     

龙口海域煤田地震资料夹矸异常分析

龙口煤矿主要为新生界古近系含煤建造,共含煤1、煤2、煤3、煤4四层煤,煤2为全区稳定可采煤层。以往的地震勘探剖面上反映煤2反射特征明显,断点干脆。在新采集的海上三维地震剖面上,煤2局部存夹矸,致使煤2反射波表现异常。通过正演模拟,总结出夹矸层厚度与频率的相互关系及其反射波特征。从实际资料的处理中,可以看出,经保幅处理后的叠前时间偏移剖面,比常规时间叠加剖面更能准确的反映出夹矸层的透镜体反射特征,特别是透镜体的上、下部同相轴反射波组强弱之分更加明显。实际采掘数据表明,地震剖面解释的夹矸分布范围,与实际情况吻合较好。     

小波边缘分析建模波阻抗反演方法在煤层解释中的应用

受限于地震波主波长的1／4,常规地震处理难以分辨较薄煤层。基于模型的波阻抗反演虽然克服了厚、薄煤层计算问题．但因难以得到准确的高频部分,很多情况下反演结果的精度和分辨率往往不能满足地质预测的要求。小波边缘分析建模波阻抗反演方法是从地震数据中提取地震特征参数,用于建模并参与迭代反演。该方法即可以弥补反演过程中高频成分的误差,减少对钻井数据的依赖程度,得到较为合理的初始模型,又可提高反演的精度和分辨率．使反演结果更好的反映实际地下地质情况。利用该方法,对大井-将军庙及新疆红沙泉2个勘探区的侏罗系中统西山窑组含煤地层进行波阻抗反演,反演结果与钻井资料进行比较,其中大井一将军庙0802及0809号孔单煤层厚度误差分别为3％、8％．新疆红沙泉多煤层厚度及煤层之间的夹层厚度预测结果除B6煤层误差较大外,其它误差均小于7％．可见该反演方法的计算结果比较准确。     

基于模型驱动的煤层强反射能量衰减方法

地震数据中煤层反射波具有能量强的特征，使邻近地层的反射被煤层反射所掩盖，导致邻近层难以成像，岩性解释工作存在困难。针对此问题，提出基于模型驱动的煤层强反射能量衰减方法。利用测井数据和煤矿井下钻孔实测的煤厚数据与煤层反射振幅绘制交会图，拟合振幅与厚度的关系式，构建数字模型并模拟煤层反射，在振幅残差阈值的控制下迭代求取全区煤层厚度，使用求取的模型煤层反射数据对实际数据中的煤层振幅进行衰减。通过模型试算表明，该方法在理论上具有可行性；通过对鄂尔多斯市某煤矿地震数据中3-1号煤层反射压制的应用表明，该方法对实际数据中的煤层反射压制效果良好，煤层附近的弱反射层成像质量得到提升，为岩性解释提供基础数据。      

谱分解技术在预测煤层岩浆岩侵入区的应用

岩浆岩的侵入问题一直严重影响着煤矿的安全和高效生产,如何准确地划分出岩浆岩侵入区范围是急需解决的关键问题之一。通过对正演模型数据和实际数据的谱分解分析,发现正常煤层与岩浆岩侵入煤层间存在着明显的频谱差异。正常煤层反射波在其主频对应的谱分解切片上的能量较强,而岩浆岩侵入煤层反射波在同一谱分解切片上的能量较弱。对于实际煤层数据来说,通过钻井标定,即可以定量、准确地划分出岩浆岩侵入区的范围。以大屯煤电公司徐庄煤矿为例,对7煤层谱分解沿层切片与振幅沿层切片进行了对比解释,结果证实谱分解技术对预测煤层岩浆侵入范围是切实可行的。     

贵州刘家田井田测井曲线特征及在煤岩层对比中的应用

刘家田井田含煤地层龙潭组为海陆交互相沉积,含煤23~33层,可采煤层11层。含煤地层分上、中、下三段,上、中段视电阻率、自然伽马及伽马伽马曲线除了在煤层上呈异常反映外,其余地层测井曲线特征不明显;12、17号煤层视电阻率和伽马伽马曲线呈高幅值箱状反映,自然伽马曲线呈低幅值反映;视电阻率曲线在17号至24号煤层之间存在厚层高异常反映。下段自然伽马曲线有4~7处高幅值异常反映特征。在上、中、下段测井曲线特征对比基础上,利用标志层、煤组特征等对比法进行了煤层对比,大大提高了对比的可靠性。     

薄煤层透射槽波探测技术及应用

为提高透射槽波探测技术在薄煤层中对断层的解释精度，根据槽波在薄煤层中吸收衰减严重，传播距离近的特点，提出采用槽波最远传播距离来约束CT成像的方法。通过理论推导，研究不同煤层厚度条件下槽波频率的变化情况；以1.5 m煤层为主要研究对象，正演模拟槽波的衰减特性，确定1.5 m煤层中槽波的有效传播距离为300 m。对山东某矿15号煤层的槽波资料，应用该技术CT成像，解释的断层和巷道揭露推断的断层位置基本吻合。结果表明:对1.5 m煤层的槽波资料处理时，以300 m为最大有效传播距离，对实际数据进行能量衰减成像，提高了槽波CT成像质量和解释精度。该方法可为薄煤层槽波探测技术提供借鉴意义。      

高、低产煤层气井AVO正演特征及其识别

利用鄂尔多斯盆地东缘地区煤层气勘探阶段的钻井与测井资料,获得该地区煤层气井主力储层5煤层与围岩的岩性特征及弹性参数,并应用基于zoeppritz方程的线性近似公式进行射线追踪模拟,以研究该区高、低丰度煤层气储层5煤层AVO响应特征。该区XX-3井煤层气高产井与XX-11低产井的AVO分析表明：高产气井的振幅随偏移距的增大存在明显的减弱现象,且其顶板负相位反射振幅呈现较强的负截距异常和正梯度异常,底板正相位反射振幅呈现较强的正截距异常和负梯度异常;而低产气井的AVO现象不明显,代表煤层顶底板反射波振幅梯度曲线异常变化较小。在该区地质条件下建立的识别高、低产煤层气井的AVO响应特征识别方法,可为煤层气试井质量提供新的判识手段。     

地震多属性聚类分析煤层中岩浆侵入影响范围

在淮北杨柳矿区,层状或脉状侵入的岩浆岩导致主采煤层呈现较人范嘲的吞蚀、烧变、焦化、变溥现象,Ⅲ常规地震时间剖面及顺层层拉平切片上难于确定其分布范同。为了精细确定主采煤层巾岩浆侵入的影响范田．基于煤层反射波振幅、波形、能量的同一性及差异性特征,利用优化后的地震多属性尤监督神经网络聚类分析技术对其进行分析。解释结果表明,3煤层未受到岩浆侵入,而10煤层岩浆侵入比较明显,其在成果图上呈现出犬范围的黄色团块状及脉状特征。与实际钻孔揭露资料对比,利用地震多属性聚类分析技术圈定的岩浆岩分布范嗣符合率达78％,具有较高准确度。