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1、西安科技大学 硕士学位论文 波阻抗反演在煤厚变化解释中的应用研究 姓名：马丽 申请学位级别：硕士 专业：地质工程 指导教师：李新虎;朱芳香 论文题目：波阻抗反演在煤厚变化解释中的应用研究 专 业：地质工程 硕 士 生：马 丽 （签名） 指导教师：李新虎 （签名） 朱芳香 （签名） 摘 要 随着大型综采设备被应用于煤炭开采，煤矿生产对巷道布置有了新要求、煤炭生产 速度大幅提高，因此对煤层资料尤其是对煤层厚度资料有了更高的要求。以往采用的煤 厚解释方法手段没有充分利用已有的地震、 地质资料， 为了提高对煤层厚度的解释精度， 为煤炭生产提供更为准确的地质资料，本文引入波阻抗反演方法对煤层厚度进行预测
2、。 文章从介绍反演技术的基本方法入手，分别介绍了道积分反演、递推反演和模型反 演三种主要反演方法及其优缺点。针对本次研究的重点，在文中侧重论述了测井约束反 演中 STRATA 波阻抗反演方法， 该方法有效地将测井资料垂向分辨率高的特点和地震资 料横向分辨率高的特点有效结合起来，达到对煤层识别的目的。 本次研究选择了三种不同地质条件下的三维地震资料进行 STRATA 反演： 虎豹湾区 煤层倾角小，构造简单；红果子区，煤层倾角大，构造一般；大佛寺区煤层倾角小，构 造简单，煤层薄到特厚，煤层厚度变化大。通过测井资料预处理、层位解释、子波提取、 层位标定、模型建立与修正、煤厚计算等一系列的分析与实践，
3、得到了较为理想的波阻 抗数据体及三个工区的煤层厚度变化趋势图。 分析各个工区的实际情况及所得到的反演 结果，认为当煤层与围岩存在明显波阻抗差异，有良好的地震反射记录时，STRATA 反 演都能取得良好的反演效果，当存在断层、褶皱等构造时，可以借助层位控制来解释该 处的煤层厚度。 关 键 词：STRATA 反演 测井曲线 层位解释 煤厚分析 研究类型：应用研究 Subject : Application of Impedance Inversion in Coal Thickness Prediction Specialty : Geological Engineering Name : Ma
4、Li (Signature) Instructor : Li Xin-hu (Signature) Zhu Fang-xiangang (Signature) ABSTRACT With the large-scale mechanized mining equipment used in coal mining, coal thickness may affect the roadway layout and the progress of coal production. The previous interpretation of coal thickness without full
5、use of existing seismic and geological data, In order to improve the accuracy of the interpretation of coal thickness, provide a more accurate geological information, especially the coal seam thickness, Here we introduce the impedance inversion method to predict coal thickness. This paper describes
6、the basic method of inversion, include the integral inverse, recursive inversion and model inversion methods, and then introduced their advantages and disadvantages. Amang many logging constrained inversion methods,this paper discussed the STRATA wave impedance inversion method,which effectively com
7、bine high vertical resolution logging data and seismic data characterized in high lateral resolution together to achieve the purpose of identification of the coal seam. This study selected 3D seismic data of three different geological conditions to do wave impedance STRATA inversion: Hu Baowang Area
8、, small seam angle, simple structure; Hong Guozi, dip seam angle, general structure; Da Fosi area,small angle of coal seam, Simple construction, thin to thick coal seams, high grade of coal seam thickness. By logging pretreatment, layer explaination, wavelet extraction, layer calibration, modeling a
9、nd correction, coal seam thickness calculation,etc. a series of operations, We get some ideal wave impedance data and coal seam thickness trends of the three working areas. Analyzing the actual situation in each work area and the inversion results obtained, it is resulted that, STRATA inversion can
10、get good quality result, only when the coal and rock have obvious difference in acoustic impedance, and have a good record of seismic reflection. If the fault and fold structures exist, we could explain the coal seam thickness by control layer . Keyword : STRATA inversion well log interpretation of
11、coal formation Coal thickness analysis Thesis : Application Research 1 引言 1 1 引言 1.1 研究背景及研究意义 近年来煤炭生产技术及开采水平有了很大的提高， 大型综采设备越来越多地用于煤 炭开采中。因此，对煤层资料尤其是煤厚资料掌握得越精细，则越有利于大型综采设备 效能的发挥。所以说，煤厚预测的精度对生产起着举足轻重的作用，能为矿井规划起到 必要的作用，有效指导煤矿工作面安排、提高生产开采效率等。 传统的煤厚预测方法通常是利用钻孔所揭示煤厚进行插值， 来预测全测区的煤层厚 度分布，此方法不但浪费了测井、地震资料所提供
12、的岩性信息，而且预测结果误差往往 偏大。不能有效指导矿井生产。随着勘探技术的逐渐提高，人们开始利用煤层反射波的 振幅等预测煤层厚度，但是此类方法又受噪声、不良振幅保持等影响较大，不能对煤层 的空间分布做出精确判断，所得煤厚资料精度较低。因此现代勘探的主要任务在常规构 造勘探之外，解释煤层厚度变化越来越显得突出。 近年来国际勘探技术在不断提高，勘探领域也不断延伸。相比而言，我国地震勘探 技术也有了很大的进步，在地震地质条件较好的地区，可以获得主频 100HZ 左右、视 周期约 10ms 的地震数据，但是，由于地震波是子波与地层反射系数序列的褶积，加上 大地滤波作用而得到的，所以地震波是多相位的，
13、根据资料处理中反褶积的效果，通常 得不到与地层反射系数序列一一对应的地震波同相轴。而小于 1/4 波长的地震资料，其 相位、振幅、频率就更不容易找到与地层岩性等物性参数一一对应的关系1。因此，单 从常规的地震时间剖面上， 很难解决煤厚及薄煤层预测问题， 在地震地质条件差的地区， 寻找煤厚与各种物性参数之间的关系就更加困难。地震反演技术自从 70 年代开始被引 入我国并逐渐被用于储层预测，取得了一定的成绩。它是利用地表观测的地震资料，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反推、成像 的过程。它包含多种参数的反演方法，如波阻抗、速度、密度、孔隙度、泊松比等，其 中由
14、于波阻抗信息是联系地质和地球物理的一座桥梁，叠后计算数据量相对要小，在实 际生产中应用方便而且效果明显，因此波阻抗反演在地震反演中具有特殊的地位。狭义 的地震反演概念指的就是波阻抗反演。著名地球物理学家李庆忠院士曾指出： “波阻抗 反演是高分辨地震资料处理的最终表达形式” 。借鉴波阻抗在石油勘探所取得的成功经 验，2007 年 11 月，在中国煤炭地质总局组织召开的“西部煤炭资源高精度三维地震勘探 技术开发”科技研讨会上，中国矿业大学汇报了“波阻抗反演技术在煤田地震勘探中的 应用”成果，分别将反演技术应用于山西晋城成庄煤矿、阳泉二矿、陕西大佛寺煤矿对 煤厚进行研究，这对将反演技术用于煤厚解释是
15、一个良好的开端，在当今勘探程度和勘 西安科技大学工程硕士学位论文 2 探技术大步提高的前提下，三维地震测区内钻孔密度大、测井工作充分，对于开展波阻 抗反演工作奠定了良好的基础。 本文也着力将该项反演技术应用于我国西部各种复杂地 区不同地质条件、构造条件下煤层厚度的研究。 1.2 国内外研究现状与发展趋势 波阻抗反演是利用地震资料反演地层波阻抗(或速度)的地震特殊处理解释技术，该 项技术是 20 世纪 70 年代早期由加拿大的 Technika Resource Development 有限公司的 Roy Lindseth(林塞思)博士开发的。 70 年代后期国外源于合成声波测井技术， 提出了测
16、井资料约束的波阻抗反演技术即 有井反演，它是基于褶积模型的叠后一维地震资料反演技术，在储层识别与横向预测中 起过重要的作用，然而这种方法受噪声、不良的振幅保持以及地震资料带限性质的影响 很大，而且还存在波阻抗值随递推公式传递误差的问题。用这种方法处理出来的波阻抗 剖面分辨率很低，难以解决薄层或薄互层问题，使其应用受到限制2。1983 年，Cooke 介绍了地震资料广义线性反演方法，从而揭开了波阻抗反演技术的新篇章3，80 年代后 期，Seymour 等提出了利用地震剖面所过井位的声波测井资料作为约束条件，正、反演 结合进行迭代，求取地下波阻抗的方法。由于这种方法利用了测井资料的高频信息，大 幅度拓宽了地
