测井约束反演技术在煤田三维地震岩性勘探中的应用

摘　要　利用地震技术解决岩性问题在煤田勘探中一直是近年来人们研究的一个热门课题,与其他地震反演技术相比,测井约束反演技术不仅可提高原始地震资料的垂向分辨率,而且将地震波转换为层的信息,因此正在岩性勘探中得到广泛应用. 本文介绍了测井约束反演技术的原理及影响因素,并以开滦集团荆各庄矿某采区岩性勘探为例,说明了测井约束反演技术在煤田三维地震岩性勘探中的具体方法和应用效果.
关键词　测井约束反演,垂向分辨率,三维地震勘探,岩性勘探

0 　引　言
       随着三维地震勘探技术的进一步发展,矿方对三维地震勘探也提出了越来越高的要求,不仅对构造勘探研究提出更高的要求,而且对煤厚和煤层顶、底板岩性勘探研究也提出了要求. 而传统的地震道反褶积、合成声波测井及模型反演技术由于噪声和子波带宽的影响,分辨率不高 ,反演结果无法进行对煤厚的解释及岩性的识别. 将具有垂向高分辨率的测井资料与有较高横向分辨率的地震资料联合使用的测井约束反演技术可提高反演的分辨率,反演出的地震参数可用于对煤厚的解释及岩性的识别等. 此项技术以前主要应用在油田层序地层学研究和储层预测研究中,在煤田中应用还不是很多,本文将以开滦(集团) 有限责任公司荆各庄矿业分公司西三采区地震勘探为例,说明测井约束反演方法在煤田三维地震煤厚及岩性勘探中的应用及效果.
1 　测井约束反演原理及影响因素
       测井约束反演是基于模型的反演. 这种反演是从地质模型出发,采用迭代摄动算法,不断修改地质模型,使模型正演得到的合成地震资料与实际地震数据最佳吻合,最终的模型数据便是反演的结果. 反演技术以测井资料丰富的高频信息和完整的低频成分补充地震资料有限频宽的不足,用已知地质信息和测井资料作为约束条件,推算出波阻抗资料,再此基础上,将钻井获得的地层变化情况标定在波阻抗剖面上,使反演的地层波阻抗具有明确的地质含义,从而为煤层深度厚度、岩性等物性的精细描述提供可靠的依据.反演结果的好坏取决于很多因素的影响,但主要取决于:
(1) 原始资料的质量,主要包括地震资料的分辨率、噪音、测井资料的可靠性. 地震资料的分辨率严重影响反演的结果,如果地震资料的分辨率较高,那么反演的结果的分辨率更高,反之,反演结果的分辨率相对较低. 地震资料噪音的存在直接影响所求得的反射系数,从而使反射系数不能真实的反映地层的反射序列,由此导出的波阻抗也就失去了可信性测井资料. 测井资料由于各种原因,可能存在一定的漂移现象,必须消除这种现象,才能全区进行统一反演结果的解释. 此外,测井资料必须经过一定的校正处理,恢复声波的本来面目,才能使声波阻抗具有更高的精确性.
(2) 子波的影响. 子波的选取直接影响到合成记录,而合成记录准确与否又影响到时深转换关系,所以子波的选取是十分重要的.
(3) 合成地震记录是联系地震资料和测井资料的桥梁,其目的是精确标定各岩性界面在地震剖面上的反射位置,它的精度直接影响到反演的结果.
(4) 地质模型的影响. 建立地质模型时必须结合测井资料,且地质模型必须具有一定的灵活性,否则所产生的各种井模型不能正确的反映地层的真实情况,导致产生假的低频成份,影响反演的结果[2 —11 ] .
2 　测井约束反演应用实例
2. 1 　测区简介
         开滦(集团) 有限责任公司是我国历史最悠久的特大型煤矿集团公司,其下属的荆各庄矿业分公司投产于1979 年,矿井设计能力为120 万t ,为保证采区的顺利开拓及西三采区投产后的正常生产,荆各庄矿业分公司在西三采区进行了高分辨率三维地震综合勘探. 解释区内各主采煤层厚度和定性解释其顶、底板岩性及岩相变化趋势作为本次勘探的地质任务之一.
2. 2 　测区地层概况
         荆各庄矿井位于开平向斜西北侧,为第四系冲积层掩盖下的含煤盆地. 据精查勘探钻孔揭露,地层由老至新依次为:奥陶系、石炭系、二叠系及新生界.其主要可采煤层12 煤在石炭系上统赵各庄组,9 煤在二叠系下统大苗庄组.石炭系上统赵各庄组(太原组上部) (C32) : 厚60 m～74 m. 岩性以粉砂岩、细砂岩、中砂岩为主,夹粘土岩及煤层,近底部有一层海相石灰岩( K6) . 本组含煤四层即:煤11 、煤12 - 1、煤12 - 2、煤12 下.二叠系下统大苗庄组(山西组) (P11) :厚60 m～80 m. 本组岩性以灰色深灰色粉砂岩、细砂岩为主,局部夹粘土岩或中砂岩,含主要煤层五层即:煤5、煤6、煤7、煤8、煤9.
2. 3 　反演主要技术措施及流程
         根据该测区所获得的地震资料及地层的特点和测井约束反演技术的要求,对主采煤层煤厚和岩性的解释主要采取了以下主要技术措施:
(1) 对地震资料的去噪和提高分辨率处理. 在对原始地震资料进行认真分析的基础上,采取线性干扰压制、强能量干扰压制等去噪模块提高信噪比,采用叠前统计子波反褶积和叠后蓝色滤波、零相位反褶积等技术手段提高分辨率,经过处理,剖面的分辨率和信噪比都有了进一步的提高.
(2) 对测井资料进行了剔除野值等校正处理,提高测井资料的准确性.
(3) 子波的选取直接影响到合成记录,而合成记录准确与否又影响到时深转换关系,所以子波的选取是十分重要的. 在子波的选取中,利用较好时间段的地震资料来提取子波,同时不断地修改子波,直到子波的振幅频谱比较稳定,得到一个可靠的子波.
(4) 认真做好合成地震记录,使其能精确标定各岩性界面在地震剖面上的反射位置.
(5) 初始波阻抗模型的建立. 建立一个合理、准确的初始模型,是测井约束反演的核心,是减少反演结果多解性的根本途径. 利用测井资料,以地震解释层位为控制,从井点出发进行外推内插,形成初始波阻抗模型. 然后以褶积模型建立的基本方程为基础,利用共轭梯度法实现对初始波阻抗模型的不断更新,使得模型的合成记录最逼近于实际地震记录. 此时的波阻抗模型便是反演结果.
(6) 迭代反演. 在选取合适的子波并得到合成地震记录的基础上进行测井约束反演,首先要确定约束量. 根据不同井的测井曲线品质和合成地震记录的质量不同,施加不同的约束量,如果测井质量较好,施加的约束量可达70 %～80 % ,如果井的质量较差,施加的约束量只能达30 %～40 % ,每口井约束量的大小要根据具体情况而定;另外,每口井在纵向上的约束量也有变化,根据其质量好坏对不同井段施加不同的约束量,然后确定迭代次数.
(7) 进行Jason 稀疏脉冲反演,在一定程度上提高识别岩性变化的能力.
(8) 紧密与地质研究相结合,提高反演的可信度.
2. 4 　反演成果及效果
2. 4. 1 　9 煤厚度及顶底板岩性
(1) 9 煤的厚度较大,但稳定性较差,分布的规律性较差. 最厚处位于j27 孔东南部,厚度大于8 m;厚度最小处位于w39 孔附近,厚度小于1 m.
(2) 9 煤顶板岩性以细砂岩、粉砂岩、粘土岩和泥岩为主. 其中粘土岩和泥岩主要分布于采区的中南部;北部j27 孔附近,ws8 孔、w39 孔附近,顶板岩性以细砂岩、粉砂岩为主;采区的东南部,顶板岩性为细砂岩、中粗砂岩 .
(3) 9 煤底板岩性以粉砂岩、页岩、粘土岩和泥岩为主,而粘土岩和泥岩主要分布于采区的东南部.局部分布的细砂岩主要位于采区的东北部j27 孔附近 .
2. 4. 2 　12 煤厚度及顶底板岩性
(1) 12 煤厚度较大,稳定性较好,厚度变化有一定的规律性. 煤层厚度由北向南、从东西两侧向采区中央增厚,最厚处位于j26 孔和wb2 孔附近,厚度大于7 米;厚度最小处位于j20 孔的东北部、w22 的南部及采区的南部,厚度小于1 m.
(2) 12 煤顶板岩性以粉砂岩、泥岩为主,采区南部j20 孔、j23 孔附近为中粗砂岩和细砂岩.
(3) 12 煤底板岩性以粗砂岩、细砂岩,j27 孔、j23孔、w39 孔附近为炭质泥岩、粘土岩.通过对部分资料的验证,解释结果与实际情况基本相符.
3 　结　论
测井约束反演充分利用测井、地震、地质等诸多信息,不仅可提高原始地震资料的垂向分辨率,而且将地震波转换为层的信息[12 ] ,因此,用测井约束反演技术进行煤厚及岩性解释是一种很好的方法.通过实际工作,我们认为做好测井约束反演,应做好以下工作:
(1) 建立合适的初始模型是进行测井约束反演工作的关键,其好坏直接影响到最后的约束结果.
(2) 反演过程中一定要紧密与地质研究相结合,对区块地质情况及井资料有一个比较彻底的认识,这样才能提高反演的可信度,得到正确的反演结果.
　(3) 反演结果也具有一定的局限性,虽然它在一定程度上对岩性变化的反映能力较强,但毕竟在煤田上应用还不是很多,积累的经验相对较少,因此必须结合其它手段加以判断和验证,才能得到正确的结论.
参　考　文　献(References) :
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