正演模拟技术在煤层厚度预测中的应用研究

王晓亮

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077）

正演模拟技术在煤层厚度预测中的应用研究

王晓亮*

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077）

以陕西某煤矿为例，依据煤层厚度变化的地震响应特征，利用三维地震勘探精细解释与正演模拟相结合的方法，有效预测煤层厚度，取得较好探测效果。

地震勘探；正演模拟；煤厚预测；特厚煤层

在煤矿生产过程中，煤层厚度变化是除构造因素外又一影响煤矿生产安全的重要因素，煤厚变化给煤矿生产带来不可预见的影响。常规煤层厚度计算是利用钻孔资料的内插获得，钻孔密度限制提供的煤厚资料精度，有效利用地震资料解释煤层厚度对煤矿合理开采、提高经济效益具有重要意义。

对于煤田采区勘探，多数煤层厚度与煤层反射主波长λ相比，煤层厚度小于λ/4，顶底板不能分离，形成复合波，这种情况下通常采用波形振幅方法，就是利用地震反射波的波形特征和振幅信息与煤厚的相关性来进行煤层厚度的横向预测。而当煤层厚度大于λ/4甚至更厚时，上述方法就会影响煤厚预测的精度。

本文以陕西某井田为例，利用三维地震勘探精细解释与正演模拟相结合的方法，针对特厚煤层区域有效预测煤层厚度。

1　研究区概况

本井田位于陕西省中西部，属陕北黄土高原与陇东黄土高原结合部的塬梁沟壑区，井田内大部分地区被第四系黄土及第三系红土所覆盖，在泾河沿岸及黑河下游出露有白垩系下统洛河组，主要沟谷内出露华池组。依据钻孔揭露及地质填图资料，井田内地层由老至新依次有：三叠系上统胡家村组（T3h），侏罗系下统富县组（J1f）、中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a），白垩系下统宜君组（K1y）、洛河组（K1l）、华池组（K1h），新近系（N）及第四系更新统（Q1-3）、全新统（Q4）。

井田内含煤地层为中侏罗统延安组，含煤4层。延安组按沉积特点及含煤性分为3段，研究区仅发育第一段，含4-1煤、4煤、4下煤。4下煤为零星可采煤层，4-1煤为局部可采煤层，4煤层厚度：0～35.22m，平均厚度15.23m，为全区可采、稳定的特厚煤层。工区位置见图1。

图1　工区位置简图

2　地震资料精细处理

本着“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原则，优选针对提高信噪比的处理模块，精选参数（图2）。处理中严格控制中间质量，针对静校正和速度分析2个重要环节进行反复测试迭代处理，取得高质量成果。通过覆盖次数（图3）可以看出，覆盖次数有局部较高外，整体上达到设计要求，说明炮点在复杂的地表条件下分布相对均匀，满足资料要求。

3　煤厚预测方法分析

地震反射波中包含极其丰富的地下地质信息，利用地震反射波可以用来进行煤层厚度的预测。煤厚与多种属性有一定的关系，波形振幅方法就是利用地震反射波的波形特征和振幅信息与煤厚的相关性来进行煤层厚度的横向预测。根据Windess的薄层理论，当薄层厚度小于λ/4时，薄层反射波波峰与波谷视差近视为一个常数，而反射波振幅随薄层厚度呈准线性变化，即薄层的厚度信息包含在反射波振幅之中。煤厚在小于λ/4范围之内，振幅随煤层基本呈线性增加关系；煤厚在大于λ/2后，振幅随煤层呈线性减小关系；煤厚在λ/4～λ/2，振幅与煤厚变化关系不明显。

3.1无煤区和煤层变薄区

无煤区和煤层变薄区在时间剖面上，表现为下相位反射波振幅变弱、频率增高以及反射波突然消失等特征，从图3可以看出煤层厚度的相对变化，随着煤厚的逐渐变薄，煤层反射波由顶、底板一组反射波变为复合波。

图2　资料处理流程图

图3　无煤区及附近煤层厚度变化在地震时间剖面的反映

3.2特厚煤层正演模拟分析

地震剖面线依次经过5-1、5-2、213、5-3钻孔，钻孔煤厚依次为24.46m、26.46m、35.04m、28.66m，而这些钻孔附近的4煤顶、底板反射波时间差和煤厚成正相关关系（图4）。将勘探线正演时间剖面与实际时间剖面对比，特厚煤层区煤层顶、底板反射波在时间剖面上可分开，并形成一组反射波，一般表现为2个强相位。

图4　地震时间剖面与正演时间剖面对比　

局部区域钻孔213与5-3之间煤层厚度超过35m左右时，表现为3个强相位。

3.3特厚煤层预测方法

因此特厚煤层区煤厚解释的步骤为先求取钻孔处煤层层速度，然后利用时深转换公式直接计算出各处煤厚。在无煤区周边区域，煤层厚度相对较薄，煤厚受古隆起控制，煤层厚度与煤层底板标高相关，通过已知钻孔以及煤厚与其底板标高的这种相关关系进行类比、内插而获得煤层厚度，绘出全区煤层变化趋势图。

3.4煤厚探查成果验证

为了进一步确认煤层厚度预测的准确性，分别选择无煤区、薄煤区和厚煤区钻孔5口作为验证孔检验预测效果，结果见表1。

孔名1401 1402 1403 1404 1405实际煤厚（m）0 2.28 15.17 26.46 37.30预测煤厚（m）0 2.56 16.61 28.37 33.36绝对误差（m）0 0.28 1.44 1.91 3.94相对误差（%）0 10.93 8.67 6.73 11.67

通过表1可以看出，上述5个验证孔相对误差都小于15%，可见上述方法预测煤厚是可行的。

4　结论

在煤田勘探中，利用地震属性预测煤厚时，首先要掌握勘探区域内煤层厚度的变化情况，如煤层厚度小于λ/4时，可选用灵敏度较高的某一地震属性参数作为预测参数，如煤层属于特厚煤层，则可利用煤层层速度与煤层顶、底板反射波旅行时计算煤层厚度。

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1004-5716（2016）01-0151-03

2015-11-16

2015-11-19

王晓亮（1983-），男（汉族），山西文水人，工程师，现从事煤田地震勘探工作。