基于地震振幅屬性預(yù)測煤層厚度

邵林海，張　雷，霍麗娜，丁清香

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室/地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069；2.東方地球物理公司研究院資料處理中心，河北 涿州 072751)

基于地震振幅屬性預(yù)測煤層厚度

邵林海1,2，張雷2，霍麗娜2，丁清香2

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室/地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069；2.東方地球物理公司研究院資料處理中心，河北 涿州 072751)

[摘要]煤層厚度是煤層氣資源量計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也是煤層氣開發(fā)有利區(qū)評價的主要參數(shù)之一。通過對煤層厚度正演模型分析，認(rèn)為當(dāng)煤層厚度大于1.7 m時，均方根振幅屬性隨煤層厚度的增加而增大。利用HC研究區(qū)實際地震數(shù)據(jù)和鉆井資料，以煤層厚度正演模型結(jié)果為依據(jù)，擬合井點處煤層厚度與均方根振幅屬性之間的關(guān)系式，來預(yù)測HC研究區(qū)5#煤層厚度平面圖。通過實鉆井煤層厚度和預(yù)測厚度的誤差統(tǒng)計分析，認(rèn)為利用均方根振幅屬性預(yù)測煤層厚度的方法簡單，精度較高，能夠滿足煤層氣勘探開發(fā)的需要。

[關(guān)鍵詞]煤層厚度；正演模型；均方根振幅屬性；煤層氣勘探開發(fā)

煤層厚度是煤層氣資源量計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也是煤層氣開發(fā)有利區(qū)評價的主要參數(shù)之一[1-2]。近年來，三維地震在煤層氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用越來越多，它不僅能夠詳細(xì)查清研究區(qū)的構(gòu)造斷裂特征，而且利用三維地震數(shù)據(jù)能夠高精度的預(yù)測煤層縱橫向的展布規(guī)律。預(yù)測煤層厚度的方法較多，包括利用地震屬性進行煤層厚度預(yù)測[3-4]、利用地震資料譜矩法反演煤層厚度[5]、利用測井約束地震反演方法預(yù)測煤層厚度[6]和利用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法預(yù)測煤層厚度等[7-8]。其中利用地震屬性進行煤層厚度預(yù)測的方法簡單、精度較高。韓城地區(qū)是煤層氣開發(fā)較早的區(qū)塊之一，煤層多，厚度變化快，本文嘗試?yán)玫卣饘傩苑椒▽C研究區(qū)主要煤層厚度進行預(yù)測，來分析該方法的可行性和有效性，同時為研究區(qū)煤層氣勘探開發(fā)提供成果圖件和依據(jù)。

1工區(qū)概況

工區(qū)位于陜西關(guān)中平原與陜北黃土塬的過渡地帶，東臨黃河，西北部與黃龍山地相接，行政區(qū)劃主要隸屬于陜西省渭南市的韓城市、合陽縣和黃龍縣。

從構(gòu)造位置上看，工區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南邊緣的渭北沖斷褶皺帶上，受多期構(gòu)造控制和影響，使區(qū)內(nèi)含煤構(gòu)造呈現(xiàn)北東～南西向展布，總體構(gòu)造形態(tài)為北西傾向、向南傾沒的單斜構(gòu)造，局部圈閉不發(fā)育。煤系地層為二疊系的山西組和石炭系的太原組，主要煤層為3#、5#、11#煤層，煤巖類型以瘦煤和貧煤為主。

從工區(qū)鉆井所鉆煤層厚度及鄰區(qū)煤礦資料和文獻統(tǒng)計來看，5#煤層埋深在600～1 300 m，厚度在1.5～9.9 m之間變化[9]，說明研究區(qū)5#煤層厚度橫向變化快，依據(jù)Widess楔狀模型理論[10]，以煤層速度為2 800 m/s，地震數(shù)據(jù)主頻為60 Hz來看，研究區(qū)煤層屬于薄層范疇，不能用追蹤頂?shù)捉缑娴姆椒▉眍A(yù)測煤層，可以利用地震振幅屬性進行煤層厚度預(yù)測。由于研究區(qū)縱向上煤層發(fā)育，煤層之間的間距較小，相互有影響，所以必須進行正演模型的分析，找出合適的方法進行預(yù)測。

2煤層厚度正演模型分析

從工區(qū)選取W6-8井，利用主頻分別為40、50、60、70、80赫茲零相位雷克子波，制作單井正演模型，分析不同厚度煤層的地震反射特征。針對煤層厚度較薄的特點，分析地震主頻為40、50、60、70、80赫茲時，能夠分辨的煤層厚度是多少，同時分析5#和11#煤層之間灰?guī)r的存在對煤系地層地震反射特征的影響。

W6-8井的煤系地層有三套煤層，分別為3#、5#和11#煤層，其中3#煤層分為兩個薄層，厚度分別為0.9 m和1.3 m，中間有1.6 m的夾層，5#煤層厚度為4.5 m，11#煤層厚度為5.3 m。在5#和11#煤層之間有三層灰?guī)r，上面第一層灰?guī)r厚度為6 m，剩下兩層厚度各為2 m。

當(dāng)用主頻為40赫茲的雷克子波時，煤系地層的反射特征為強振幅反射，其中5#煤層和11#煤層的頂界為強波谷，底界在強波峰的上部，而3#煤層厚度較薄，為弱振幅反射。但對于最厚的11#煤層來說，其頂?shù)捉缍紱]有在最大波谷和波峰上，說明利用主頻為40 Hz的地震數(shù)據(jù)，通過追蹤頂?shù)捉缑孢€不能分辨厚度為5.3 m的煤層。但以煤層頂界的波谷值大小來看，隨著煤層厚度的增加，煤層頂界波谷絕對值在增大，利用該方法能夠定性預(yù)測煤層的厚度。

隨著主頻增加到50 Hz時，情況與40 Hz基本一致。而當(dāng)主頻為60 Hz時，11#煤層的頂?shù)捉缁旧显诓ü群筒ǚ迳?，說明利用主頻為60 Hz或更高主頻的地震數(shù)據(jù)，通過追蹤頂?shù)捉缑婺軌蝾A(yù)測厚度為5.3 m的煤層。

灰?guī)r發(fā)育段地震反射特征為弱反射，在子波主頻為40、50、60 Hz時，為強波谷的上半段，波形較緩，在子波主頻為70、80 Hz時，波形平直。(圖1)。

圖1　W6-8井不同頻率子波合成地震記錄對比圖

另外制作了多套煤層楔狀模型，分析不同厚度煤層、不同煤層間距時，地震反射特征的變化。當(dāng)煤層厚度大于1.7 m時，均方根振幅隨煤層厚度增大而增大，為正比關(guān)系。

總之，利用不同頻率零相位子波所得到的煤系地層地震反射特征都為強振幅反射，隨著煤層厚度的增加，地震振幅增強。厚度2 m以下的薄煤層為弱反射；灰?guī)r發(fā)育段地震反射特征為弱反射，在子波主頻分別為40、50、60 Hz時，為強波谷的上半段，波形較緩，而在子波主頻為70、80 Hz時，波形平直。

3基于振幅屬性預(yù)測煤層厚度

從煤層模型正演分析可知，當(dāng)煤層厚度大于1.7 m時，均方根振幅隨煤層厚度增大而增大。所以沿層提取5#煤層的均方根振幅，通過分析井點處煤層實鉆厚度和均方根振幅屬性之間的關(guān)系，擬合公式，5#煤層厚度與均方根振幅的關(guān)系式為：

y=0.000 2x+2.8

(1)

圖2　HC研究區(qū)5#煤層厚度與均方根振幅之間關(guān)系圖

整體看呈線性關(guān)系(圖2)，以此來預(yù)測煤層厚度。

圖3　HC研究區(qū)5#煤層均方根振幅平面圖

圖3是HC研究區(qū)沿5#煤層頂界提取的均方根振幅平面圖，其變化趨勢為東低西高，在WLC02～WLC04～WLC05～WLC07連井線以東，均方根振幅值小，最大值在hs3井西北方向。

圖4是利用公式(1)，通過對均方根振幅屬性的換算得到的HC研究區(qū)5#煤層厚度平面圖，整體上看，5#煤層厚度表現(xiàn)為東薄西厚的變化趨勢，在工區(qū)東側(cè)，即在WLC02～WLC04～WLC05～WLC07連井線以東，5#煤層厚度較薄，多數(shù)都小于4 m。而在在WLC02～WLC04～WLC05～WLC07連井線以西，5#煤層厚度較厚，其厚度在4～10 m之間變化。最厚處在hs3井的西北側(cè)。

通過實鉆井煤層厚度和預(yù)測厚度的誤差統(tǒng)計，可以看出5#煤層精度較高，絕度誤差大于2 m的井有7口井，占到13%，在1～2 m的井有22口井，占到39%，小于1m的井有27口，占到48%，因此絕度誤差值小于2 m的井為49口，吻合率為87%(表2)，所以說利用地震均方根振幅屬性預(yù)測煤層厚度的方法簡單，精度較高，能夠滿足煤層氣勘探開發(fā)的需要。

圖4　HC研究區(qū)5#煤層厚度平面圖(利用均方根振幅所得)

厚度誤差值范圍煤層符合井?dāng)?shù)吻合率(%)大于2m5#煤層7131～2m之間5#煤層2239小于1m5#煤層2748

4結(jié)語

(1)通過對煤層厚度正演模型分析，認(rèn)為利用不同頻率零相位子波所得到的煤系地層地震反射特征為強振幅反射，隨煤層厚度的增加，地震振幅在增強。而厚度在2 m以下的薄煤層為弱振幅反射。當(dāng)煤層厚度大于1.7 m時，均方根振幅隨煤層厚度增大而增大。

(2)利用HC研究區(qū)實際地震數(shù)據(jù)和鉆井資料，以煤層厚度正演模型結(jié)果為依據(jù)，擬合井點處煤層厚度與均方根振幅屬性之間的關(guān)系式，來預(yù)測HC研究區(qū)5#煤層厚度圖。通過實鉆井煤層厚度和預(yù)測厚度的誤差統(tǒng)計分析，認(rèn)為利用均方根振幅屬性預(yù)測煤層厚度的方法簡單，精度較高，能夠滿足煤層氣勘探開發(fā)的需要。

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[收稿日期]2016-02-28

[作者簡介]邵林海(1970-)，男，山東寧陽人，在讀博士研究生，主攻方向：油氣勘探。

[中圖分類號]P631

[文獻標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)03-0253-02