地震反演技术

地震反演技术

1 地震反演技术概述

中国东部主要矿区经过多年的开采，浅部资源已亮红灯，迫切需要开采深部的煤炭资源。如何提高地质成果的勘探精度，在深部实现安全开采是我国煤炭行业今后的主要奋斗目标。

影响深部煤层开采地质条件的因素很多，如构造、水文、瓦斯、煤层顶底板条件等。目前，主要的成熟勘探手段是地震勘探，也仅限于解决构造问题。而煤矿深部安全开采中的主要地质问题，包括煤层顶底板水文地质条件、瓦斯突出条件与力学性质均属岩性勘探范畴。

地震反演技术是岩性地震勘探的重要手段之一，是一门集地震、测井、地质、计算机等多学科的综合地球物理勘探技术。地震反演利用地表观测地震资料，以已知地质规律和钻井、测井资料为约束，对地下岩层空间结构和物理性质进行成像(求解)的过程，是反演地层波阻抗(或速度)的地震特殊处理解释技术。地震反演方法具有明确的物理意义，是预测岩性的确定性方法，在油气勘探中取得了显著的地质效果。

地震反演技术是岩性地震勘探的重要手段之一，根据钻孔测井数据纵向分辨率很高的有利条件，对井旁地震资料进行约束反演，并在此基础上对孔间地震资料进行反演，推断煤系地层岩性在平面上的变化情况，这样就把具有高纵向分辨率的已知测井资料与连续观测的地震资料联系起来，实行优势互补，大大提高三维地震资料的纵、横向分辨率和对地下地质情况的勘探研究程度，在煤矿深部安全开采中发挥重要作用。

煤田地震反演工作起步较晚，处在叠后地震反演的研究和初步应用阶段。近年来，我们把地震反演技术应用于多家煤矿，其关注的重点是煤矿安全开采的有关地质问题，获得了丰富的地质成果，主要包括：

(1) 提高弱反射煤层的可检测性；

1

地震反演技术

(2) 利用反演剖面提供的岩性信息来划分地层，研究煤层顶板的稳定性； (3) 确定奥陶系灰岩顶部岩层中的含隔水性，查明含、隔水层的空间分布和厚度分布；

(4) 圈定火成岩侵入煤层的范围； (5) 预测煤层厚度；

(6) 划分新生界下部地层岩性和含隔水性。

2 地震反演技术在煤矿安全开采中的应用

2.1 提高弱反射煤层的可检测性

晋煤集团成庄煤矿的主要可采煤层为 3 煤、9煤和15煤。3煤层厚且全区稳定，对应的T3波是一个能够稳定追踪的强反射波，在常规地震剖面上通常有两个强相位。但是，3煤层厚度大，反射系数高，对下覆煤层具有较强的屏蔽作用。因此，9煤层和15煤层所对应的T9波、T15波反射能量较弱，反射波同相轴连续性很差，时隐时现，在常规构造解释过程中，基本是依据与3煤层的层间距关系进行追踪对比，可靠程度较低，见图1。

3煤 9煤 15煤 图1 标准反射波剖面

反演(波阻抗)地震剖面的纵向分辨率高于常规地震剖面。从图2可以看出，从T3波到T15波之间有多个层位，而在图1的常规地震剖面上，这个范围内仅有两个同相轴。

2

地震反演技术

3煤 9煤 15煤 图2 波阻抗反演剖面

3煤层和15煤层的波阻抗(绿色标)明显低于围岩的波阻抗，9煤层的波阻抗(黄绿色标)略高于3煤层和15煤层，但与围岩的波阻抗仍有较大差异。波阻抗的大小与煤层厚度有直接关系。因此，在反演地震剖面上能够清楚地看到9煤和15煤的反映。特别是T15波，由于煤层较厚，在常规地震剖面和反演地震剖面上的显示为大相径庭，这充分体现了地震反演技术(用测井资料约束)的优越性。

同时，沿层波阻抗切片能够提供整个勘探区内的煤层岩性信息。9煤层的岩性信息非常典型，该煤层在区内沉积较稳定，但煤层厚度变化很大，从0.15～1.29m，图3的沿层振幅切片基本不能提供任何信息，主要原因是受3煤层的屏蔽其振幅很弱；而图4的沿层波阻抗切片能够提供丰富的岩性信息，低波阻抗代表厚煤层区域，高波阻抗代表薄煤层或无煤区域，利用该信息能够比较准确地划分煤层厚度变化范围。

图3 9煤层的沿层振幅切片

3

地震反演技术

无煤带 厚煤带 图4 9煤层的沿层波阻抗切片

2.2 研究煤层顶板的稳定性

了解煤层顶、底板的岩性对后期的开采至关重要，常规地震剖面不能提供相关信息，而反演剖面则有助于解决类问题。在时间切片上也可获得煤层及其顶、底板的岩性信息。

在阳煤集团二矿九采区三维地震资料解释过程中，利用波阻抗数据体，以15煤层底板为参考面向上每3ms(根据本区的煤系地层平均速度转换成5m)做一个沿层切片，共提取了5个波阻抗切片，即获得了15煤层及顶板以上5m、10m、15m的岩性信息，见图5~图9。波阻抗与速度和密度密切相关，从上述图件中可以看出，波阻抗值越大，则岩石的速度、密度和抗压强度也越大，煤层顶板也就越稳定。

图5 15煤层底板沿层波阻抗切片 图6 15煤层顶板沿层波阻抗切片

4

地震反演技术

图7 15煤层顶板上部5m沿层 图7 15煤层顶板上部10m沿层

波阻抗切片 波阻抗切片

图9 15煤层顶板上部15m沿层波阻抗切片

2.3确定奥陶系灰岩顶部含、隔水层的空间分布和厚度分布

传统煤田地质学认为，奥陶系灰岩岩溶地下水水压高，易对下组煤顶、底含水层产生垂向顶托或侧向补给，且补给水源充足，对采煤威胁最大。因此，长期以来下组煤层是开采禁区。

在临沂矿业集团新驿煤矿下组煤水文地质补充勘探工作中，利用地震反演技术查明部分水文地质条件，主要包括奥陶系顶部含、隔水层的空间分布和厚度分布。研究成果突破了传统煤田地质学理论，表明奥陶系灰岩不完全是一个含水层，其顶部就有隔水层存在，可以为建立矿井突水的水量预测模型提供基础资料。

5