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应用三维地震资料解释煤层顶板砂体赋存范围方法的探讨

作者:未知

  【摘 要】以袁大滩矿三维地震勘探区为例,说明了在西部区域进行三维地震勘探的必要性。为了预测煤层顶板砂体赋存范围,处理过程应用球面扩散补偿技术、地表一致性振幅补偿技术、分频去噪技术以及保护低频处理等技术有效地提高了弱反射层的性噪比,为后续的叠后属性提取,叠后反演,提供良好的数据基础;应用多子波分解重构,有效地去除了不需要的子波,得到能够更好反映目的层特征的地震信号;应用多属性分析技术预测了煤层顶板中中粗粒砂岩的赋存范围。
  【关键词】三维地震;资料处理;岩性解释
  中图分类号: P631.4 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2018)09-0181-003
  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.087
  0 引言
  1995年,在阳泉五矿开展的三维地震勘探工程开创了煤炭系统复杂地表条件下三维地震勘探的先例。目前,煤炭系统三维地震勘探技术应用领域已经拓展到包括丘陵地区、山区、戈壁区、沙漠区、海陆交互带、黄土塬区等地区,应用范围包括华东、华北、中部与西部地区,此前的三维地震勘探工作主要以构造勘探为主,岩性解释主要集中在煤层厚度变化趋势、岩浆岩侵入煤层范围等,很少涉及煤层顶底板岩性勘探领域。
  袁大滩位于陕北黄土高原北端,毛乌素沙漠东南缘。井田处于鄂尔多斯盆地中部次级构造单元陕北斜坡中南部,陕北斜坡为一单斜构造,岩层北西西向微倾,局部发育有宽缓的短轴状向斜、背斜及鼻状隆起等次级构造,未发现规模较大的褶皱、断裂,亦无岩浆活动痕迹。
  威胁煤矿安全高效生产的因素主要为煤层顶板砂体水害。煤层顶板含水层主要是煤层顶板中的中粗砾砂岩,顶板砂岩含水层不是构成煤矿突水灾害的主要含水层,却是直接影响煤矿排水系统设计与布置,是最终影响生产效率与生产成本的重要因素。
  要做好煤矿顶板水害防治工作的前提是查清煤层顶板中含水砂体(中粗粒砂岩)赋存范围与厚度。钻孔资料精度高,但控制的范围小,对顶板砂体的横向变化只能靠插值方法来解决,电法勘探资料受影响的因素较多,三维地震勘探为体积勘探,有较好的横向分辨率与纵向分辨率,拟采用三维地震勘探资料解释煤层顶板砂体赋存情况具有重大意义。我们在袁大滩井田选择了2平方公里的区域进行了应用三维地震资料预测煤层顶板砂体赋存范围的试验工作。
  1 地质概况
  根据地质填图及钻孔揭露,研究区地层由老至新依次为:三叠系上统永坪组,侏罗系下统富县组、中统延安组、直罗组、安定组,白垩系下统洛河组,第四系中更新统离石组、上更新统萨拉乌苏组及全新统风积沙。
  研究区地表全部被第四系风积沙和风沙滩地所覆盖,以风蚀风积沙漠丘陵地貌为主。地形总的趋势为西北部高东南部低,最高处位于西北部,标高1251.4m,最低处位于井田东南部,标高1162m,一般标高在1206m左右,相对最大高差89.4m。井田含煤地层为延安组,赋存大部可采煤层4层,为2号、3-1、4-2、5号煤层。2号煤层地板标高838.8~880.69m,煤�雍穸�2.01~4.26m;3-1煤层底板标高805.53~833.85m,煤层厚度0.7~0.84m;4-2煤层底板标高754.7~782.34m,煤层厚度1.49~2.07m;5号煤层底板标高715.03~744.47m,煤层厚度1.56~1.69m。
  2号煤层顶部,主要为直罗组底部砂岩,厚度变化较大,一般为0~32.48m。岩性为中、粗粒长石砂岩。
  2 地球物理特征
  研究区平缓低洼处潜水位为1.5~2.5m,较高的沙丘处潜水位为8~10m。沙漠质地松散,震动效果较大,对房屋、羊圈等障碍物要求变观距离较远。这些地表条件给地震勘探的测网布置和野外施工造成了很大困难。
  研究区含煤地层为延安组,其岩性多为泥岩和砂岩,主要煤层沉积稳定,煤层顶板为泥岩、粉砂质泥岩,局部为细砂岩,底板为泥岩。煤层结构简单。
  由以上分析可知:煤层与其顶、底板岩层的波阻抗差异十分明显,是一个良好的波阻抗界面,能形成良好的反射波,但是煤层较多,3-1煤层较薄(   (2)地表一致性振幅补偿技术
  在地震资料采集中,由于激发条件与接收条件不同常常会造成不同的炮间和不同的道间存在较大的能量差异。为了消除这种由于激发因素与接收因素不同所造成的能量差异,必须进行一定的能量校正和补偿。地表一致性振幅校正是针对因地表激发和接收条件不一致造成的各个地震记录道间的能量不均衡,并通过对共炮点、共检波点、共偏移距、共中心点道集的振幅进行一致性统计分析和补偿,有效地消除各炮、道之间的非正常能量差异。经过地表一致性振幅补偿,能够基本消除由于地表条件、激发接收条件的空间变化对地震波振幅的影响,使得地震波振幅的空间变化,能够反映地下岩性的空间变化情况。
  4.2 振幅保持去噪技术
  (1)分频去噪技术
  分频去噪是通过对将地震信号分解成不同的频率段,通过搜索不同频率段的异常振幅来去除异常大振幅噪音,该方法对地震波的振幅完全没有损害,是一种非常保幅的去噪方法。
  (2)叠前大倾角规则噪音压制
  对目标区单炮分析发现炮集记录中线性噪音能量较强,严重干扰到浅层反射,需要在炮集上对线性干扰进行压制。要压制炮集记录中各种大倾角强能量的规则噪音,通过在时空域采用逐点多道识别、单道计算的方法来识别各种倾角的规则噪声,并采取中值滤波和预测滤波对检测到的规则噪声进行压制,应用这种方法处理效果明显,且不产生假象。
  4.3 叠后拓频技术
  在常规的处理中,我们常常使用反褶积来达到压缩子波、提高分辨率的目的,然而在其算法推演的过程中,既没有考虑大地对信号的吸收和噪音的影响,而且还提出了很多假设条件,例如子波是稳定的而且是最小相位的,反射系数序列是白噪的。实际上这些条件在大多数情况下都是很难满足的,这就影响了算法的稳定性,从而影响了反褶积效果。反Q滤波就是考虑到地震波在传播过程中,大地对信号吸收衰减作用可以视为一个滤波系统,而用希尔伯特变换所得到的反Q滤波算子对地震记录进行补偿,可以使剖面在振幅、相位等方面对信号进行补偿,从而达到叠后拓频的效果。
  4.4 保护低频处理技术
  在反演中,各个频率成份都有其不同的意义,低频成份刻画构造的整体特征,低频成份的缺失会导致厚度预测误差。全过程的低频保护处理,有效能提高弱反射层的性噪比,为后续的叠后属性提取,叠后反演,提供良好的数据基础。
  5 岩性解释
  本研究对于中粗粒砂岩的预测,涉及到地震岩性解释的范畴。在地震数据中岩性的物性差异可能体现在地震波的时间、地震波的频率、振幅、相位差异。故计算、研究包含一定厚度(时间剖面上显示为时间)“层”的各种层地震属性,结合钻孔资料可能有助于发现目标岩层。常用的层属性包含振幅和能量属性、频率类属性、相位属性、波形属性、延时属性以及其他属性。
  在项目实施过程中,在以测井地球物理分析分析的基础上,充分利用地震波的几何学、运动学、动力学以及统计学特征―振幅、波形、频谱成像、频谱衰减进行定性预测。在进行这些属性提起前,首先对地震数据进行多子波分解,削弱煤层强反射层对砂岩层的影响。
  本次研究的煤层顶板中粗粒砂岩厚度为几米~十几米的薄互层,其下煤层的低频强反射不可避免地屏蔽了中粗粒砂岩的反射异常,这样直接计算的属性不能真实反映中粗粒砂岩的地震属性特征。利用多子波分解地震道技术,对该区三维地震道数据进行含煤层段多子波分解与重构处理,去掉强煤层反射的影响。在此基础上,利用地震属性�δ康牟愣沃写至I把医�行研究。
  多子波地震道分解技术将一个地震道分解成多个不同形状,不同主频率的地震子波。用这些子波重新组合,就可以精确地重构出分解前的地震道。而用部分子波重构,可以得到新的地震道。因此可以根据实际情况,去除不需要的子波,得到能够更好反映目的层特征的地震信号。
  5.1 均方根振幅属性
  均方根振幅是将地震道的每个样点的振幅值平方后求和,然后进行算术平均再开方,得到在某一视窗某一道的均方根振幅值。该计算方法的特点是能把小值变得更小,大值变得更大,突出了数据之间的差异,有利于揭示振幅的横向变化异常。
  5.2 地震相分析
  地震相是对特定沉积体的地震响应,地震的各种属性则包含了地下地质体的多种信息。不同类型的地层岩性、物性的变化都将引起反射特征的变化。在VVA软件中,利用神经网络技术对选取的目的层段的地震波形进行统计分类,通过多次迭代计算出模型道,然后将模型道与实际地震道进行对比,通过自适应试验和误差处理在模型道与实际地震道之间寻找最佳的相关性,从而得到地震相平面图。
  地震子波由于吸收作用,横向上会畸变;纵向上会拉伸。畸变和拉伸的程度完全取决地层的物性。地震波经过孔隙砂岩后必然引起其形态的明显变化。因此在本项目中,不但可以通过地震相来研究沉积微相的变化,也可以通过研究地震波经过地层后形态的变化来研究孔隙砂岩和流体分布。
  5.3 频谱成像
  为了有效识别各煤层顶板中~粗砂岩厚度分布情况,在Stratimagic软件中对各煤层顶板进行频谱成像,最终选择40Hz、30Hz、80Hz、80Hz、80Hz的结果分别对2煤顶板岩层上段、2煤顶板进行对比分析。
  5.4 吸收衰减
  理论研究表明,与致密地质体相比,高孔隙岩石中的流体会引起地震波的散射和地震能量的衰减,在地震频谱中,表现为高频衰减,高频部分频谱变化的斜率增大,频带变窄。在VVA软件中,固定层段后可计算得到两个重要描述衰减程度的参数:衰减系数 R2;衰减斜率 K;公式:y=kx+bK是斜率,K=tanα;R2 是相干系数;R2 =[0,1]
  利用上述原理,对研究区各目标层段进行频谱衰减计算。
  5.5 岩性解释结果
  (1)2煤顶板地层上段中粗粒砂岩预测
  的沉积现象,红色和黄色表示河流沉积的区域,可以看出河流沉积方向为南北向。频谱成像(c)和吸收衰减(d)反映了该层段中粗粒砂岩主要分布在工区南部,砂岩平均速度为3300m/s,频谱成像频率为40Hz,则该段厚度主要分布在20m左右。
  (2)2煤顶板地层下段中粗粒砂岩预测
  发育带异常,根据频谱成像的结果,砂岩平均速度为3300m/s,频谱成像频率为30Hz,则该段厚度主要分布在27m左右。
  6 结论
  (1)对地震资料进行相对振幅保持与保护低频信息处理,尽量保证煤层顶板弱反射信号的成像,是进行煤层顶板砂体预测的有效处理手段。
  (2)在应用叠后属性进行定性预测时,应用多子波分解技术削弱煤层反射信号对砂体反射的干扰,然后再进行多种属性的提起,是保证砂体预测效果的必要手段。


常见问题解答