沙漠地区煤厚解释方法研究及应用效果

朱芳香  刘天放

(中国矿业大学资源与地球科学学院徐州221008)

（中国煤田地质2002第1期）

摘要：本文介绍了沙漠地区煤厚解释所选用参数的含义，阐述了模型正演及反演程序的结构及流程，并说明了模型正演得出的结论，最后详细介绍了煤厚反演的应用效果。

关键词：煤厚；地震勘探；沙漠区

   近年来，随着科学技术的进步和各地区勘探程度的加深，煤矿开发已对地震勘探的精度、分辨率等指标提出了更高的要求，特别是对利用地震反射法直接预测煤层厚度的要求愈来愈强烈。用传统的方法，煤厚通常是通过钻孔间对比、内差来获得的。然而，在一个勘探区，即使一个小小的采区，钻孔数目也是有限的，因此，从连续观测的地震资料中提取煤厚信息，具有很高的经济价值和实际意义。作为全国重点开发的特大煤田──陕北侏罗纪煤田，其构造简单而地表结构复杂（位于沙漠地区），其煤层的厚度解释已成为该区地震勘探的主要任务。以往煤厚解释方法局限于薄煤层，而陕北侏罗纪煤田煤厚高达13米之多。因此，我们开展了沙漠地区煤厚解释方法的研究课题，从理论上研究出多个与煤厚有关的参数，根据有限差分模拟研究，讨论了各参数受煤层厚度、煤层分岔、夹矸、低速层屏蔽等影响因素及其适用范围，编制了相应的正演程序及煤厚反演程序并且对陕北大保当地区实际地震反射资料进行了处理，经钻孔验证，精度较高。

1．特征参数与模型正演

   为了利用地震反射资料研究煤层厚度变化，建立波的运动学、动力学参数与煤层厚度、结构变化等的对应关系，必须提取一些特征参数，研究其与煤层厚度的关系，从而达到定量分析研究的目的。本次研究提取了9个特征参数，通过对模型正演结果研究发现，它们均在一定情况下与煤厚关系密切，在使用时必须针对不同情况选择合适的参数用于煤厚解释。

1.1参数意义：

图1中所示为标准的反射波，各参数意义如下：

⑴ma──反射波主振幅
⑵iwa ──有限带宽内煤层反射波振幅谱的一阶矩
iwa= ƒ||B(|)|df
式中|B(|)|表示入射子波的振幅谱，它可以从地震道自相关求得。
⑶ia──有限带宽内子波能量
ia= ƒ||S(|)|df
式中|S(|)|表示反射波的振幅谱。
⑷iar ──ia/iwa
⑸mpi ──煤层反射波的主瓣能量
    t0+T/4
mpi= Ai(t)
     i=t0
⑹vpi ──煤层反射波的主、副瓣能量
      t1
vpi= Ai2(t)
      i=t0
⑺vmpr──vpi/mpi
⑻mptw──煤层反射波主瓣时宽
⑼mvtw──煤层反射波主—副瓣时宽

图1参数示意图

1.2模型正演程序

本程序是用来建立与计算模型的软件集合。其主要功能有：a.建立地质模型；b.计算合成地震剖面，并以SEG-Y格式输出；c.显示并打印模型；d.显示并打印合成地震剖面；e.计算模型地震道的各特征参数，并以ASCII格式输出。

本程序用C语言设计而成，采用窗口式菜单界面，由主控程序对各模块统一管理和调用，亦可以以单命令方式在DOS下独立运行。故易于对程序进行维护和处理能力升级。程序结构如下：

                    ┌模型数据以ASCII格式存入文件
      ┌模型建立──┼显示模型图
┌─┐│            └打印模型图
│主││                  ┌剖面数据以SEG-Y格式存入文件
│控├┼计算合成地震剖面─┼显示剖面图
│模││                  └打印剖面图
│块││                 ┌输出成果表
└─┘│计算模型地震道的 ├显示各特征参数随CDP变化曲线
      └各特征参数 ───┼打印各特征参数随CDP变化曲线
                         ├显示各特征参数与煤厚变化关系曲线
                         └打印各特征参数与煤厚变化关系曲线

1.3模型正演结论

煤厚变化模型模型图及各特征参数与煤厚变化关系曲线如图2～图10。由煤厚变化模型计算得出如下结论：

⑴对于主频较低的资料(30Hz～50Hz)，参数ma、iar、mpi、vpi、mptw与煤厚线性(正比)关系较好，而且频率越低线性关系越好。
⑵对于主频较高的资料(70Hz～100Hz)，参数mvtw、vmpr与煤厚线性(正比)关系较好，而且频率越高线性关系越好。⑶对于煤厚小于6～7米时，用参数ma、iar反演煤厚精度较高，且应尽量降低资料主频为宜。
⑷对于煤厚大于7米(10米左右)时，用参数vmpr、mvtw反演精度较高，且应尽量升高资料主频为宜。

⑸在用实际资料反演煤厚时，要注意资料主频及煤厚大致范围而确定所选参数。

             图2煤厚变化模型示意图                  图3煤厚变化模型合成地震剖面

            图4 参数ma 与煤厚变化关系曲线图            图5参数iar与煤厚变化关系曲线图

          图6 参数mpi 与煤厚变化关系曲线图             图7参数vpi与煤厚变化关系曲线图

          图8 参数vmpr 与煤厚变化关系曲线图          图9参数mptw与煤厚变化关系曲线图

          图10参数mvtw与煤厚变化关系曲线图

2.煤厚反演程序

    本程序是直接利用地震反射资料定量预测煤厚的程序。设计了两个版本，即DOS和WINDOWS版。WINDOWS版采用中文VB5.0 for win95设计，多窗口，多模块，易维护，易扩充；DOS版本采用C语言设计而成，采用窗口式菜单界面。程序由一个主控程序和三个模块（t0拾取模块、计算特征参数模块、煤厚标定及反演模块）组成，由主控程序对各模块统一管理和调用，也可以以单命令方式在DOS下独立运行。它具有如下功能：a.建立、编辑参数数据文件。b.拾取目的层反射波t0时间。c.计算地震特征参数。d.煤厚反演及成果输出。煤厚反演程序流程如图11。

图11 煤厚反演程序流程

3.实际应用效果

   为了检验煤厚反演方法的有效性及程序的实用性，我们对陕北沙漠地区侏罗纪煤田榆神矿区先期开发区详查地震反射资料进行了反演计算。

   该区地震地质条件良好，主要可采煤层均有较强的、连续性好的反射波。尤其是本次煤厚反演的目的层 2-2煤层，其厚度在全区为7.60～13.06米，其反射波能量强、信噪比高，波形突出，横向可连续追踪，具备了煤厚反演的良好条件。区内钻孔间距3～6公里，地震测线网度为3×（3～6）公里。

   本次煤厚反演是在全区（即平面上）进行的。其步骤如下：

⑴参数计算。我们根据本区实际资料主频及区内煤厚变化范围，选用了参数mvtw计算。计算出全区所有地震测线上所有CDP点的mvtw参数，并绘制了其平面图。
⑵用了区内31个已知钻孔进行标定，计算出各钻孔处的系数，并求出了系数平面图。
⑶参数等值线平面图和系数平面图相运算，得出煤厚等值线平面图。
⑷在煤厚平面图上切出各测线的煤厚曲线图。

    从反演得出的煤厚等值线图中，读出11个验证孔处的计算厚度，经与钻孔揭露值相比较，认为本次研究的煤厚反演方法精度可靠，精度统计详见表1。从表中可以看出：最大相对误差6.08%，最大绝对误差0.60米，绝对误差小于0.3米的有6个孔，占55%；均方差为0.32。从而说明反演结果精度要求较高。

表1：详查验证孔揭示煤厚与地震反演煤厚对比表

    在精查勘探中，地震解释煤厚钻孔验证情况如表2，最大绝对误差0.42米，绝对误差小于0.35米的占80%，均方差为0.24。

表 2大保当井田地震反演煤厚与钻孔验证表

4．结束语

    地震资料中包含了丰富的地质信息，通过科学方法从中获得有用信息，来解决一些实际问题，具有很高的经济价值和实际意义。我们利用地震资料直接进行煤厚预测这一科研成果在榆神矿区先期开发区详查和大保当井田精查应用中取得了成功，为地质储量预算和矿井建设提供了科学依据。该区详查报告由于参考了地震成果，提高了地质资源量计算级别，从而节约了大量勘探经费，经济效益显著。

参考文献

[1] 刘天放　　《地震反射资料定量预测煤厚谱矩法研究》 1994年

[2] M·格劳尔等《地震岩性学》　石油工业出版社

[3] 牟永光　　　《地震勘探原理》石油工业出版社

作者简介：朱芳香（1966-），女，1989年毕业于中国矿业大学硕士学位,物探高级工程师,工作单位为陕西省煤田地质局物探测量队。