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地震属性在煤层厚度预测上的分析与应用

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第11卷第34期2011年12月 科学技术与工程 V0L 11 No.34 Dec.2011 167l一1815(2011)34—8429.06 Science Technology and Engineering ⑥2011 Sci.Tech.Engrg. 地球科学 地震属性在煤层厚度预测上的分析与应用 索重辉 常锁亮 彭仕宓 段如泰 王光明 (中国石油大学(北京)地球科学学院 ,北京102249;中油辽河油田公司 ,盘锦124010) 摘要地震勘探中,地震反射波中包含着丰富的信息,煤层厚度与地震反射波的各种属性之间存在着一定的相关性。通过 对楔状煤层模型的地震属性分析,得出煤层厚度与反射波振幅及煤层顶底的反射波视时差都存在一定关系。当煤层厚度在 调谐厚度以内时,振幅和煤层厚度成正比关系,而视时差与煤层厚度关系则不明显。当煤层厚度大于调谐厚度时,振幅和煤 层厚度不明显,而视时差则与煤层厚度线性关系。因此单独用任一属性都难以准确预测煤层厚度。通过对煤层厚度及两种 地震属性进行非线性回归分析,找出整合多种地震属性对煤层厚度进行预测的方法。并结合实际矿区的资料,用该方法对全 区煤层厚度进行预测,取得了较好的结果。 关键词煤层 厚度 地震属性 非线性回归 中图法分类号P631.4; 文献标志码A 在煤炭资源勘探中,对煤层厚度的预测有着重 要意义,不但影响到煤炭资源的评估,也直接影响 着矿井的建设安排。通常情况下,由于矿井钻孔资 但仅局限在单独利用某一种地震属性或不加分类 的综合利用地震属性进行煤层厚度预测。本文考 虑到地震某些属性与煤层厚度存在着紧密联系,地 震属性提取的方便性和实用性,有针对性的选择地 震属性对煤层厚度进行分析,并对实际资料进行了 预测,取得较好结果。 料较少,井距大,通过井问直接插值得到的煤层厚 度与真实情况存在着一定的误差。考虑到三维地 震资料具有采样密集,且资料本身含有丰富的运动 学和动力学信息,因此采用地震信息进行煤层厚度 预测不失为一种有利方法。 通过地震资料预测煤层厚度,前人已从不同方 1地震属性与煤层厚度关系分析 地震属性是由叠前或叠后地震数据,经过数学 面做过许多尝试,彭苏萍等人分析了煤层厚度与 AVO属性之间的关系 ;崔若飞、许崇宝等人则研 究了利用地震反演预测煤层厚度的方法 ;张玉 变换而导出的有关地震波的几何形态运动学特征 和统计学特征。目前常用的地震属性多达几十种, 大致可分为时间与速度类、振幅类、频谱统计类 等 。地震属性包含了丰富的地下地质信息,每一 种地震属性都是地下岩性的反映,同时地震属性也 受岩性的空隙结构、空隙中流体性质等其它地质因 素影响。对煤层厚度来说,通过具体分析某种地震 属性和煤层厚度之间的关系,找出与厚度敏感的属 性,并通过属性预测煤层厚度有一定可行性。 忠、郭彦省正等人利用地震属性进行过煤层厚度研 究_6 。。;此外,一些地震波在薄层上的响应研究也 对煤层厚度预测起到理论指导作用¨H 。虽然已 有文献介绍了利用地震属性对煤层厚度进行研究, 2011年9月15日收到 国家重点基础研究发展计划 (973计划)(2011cB7073O2 1)资助 第一作者简介:索重辉(1979一),男,中国石油大学(北京)地球科 学学院博士研究生,研究方向:油气田勘探开发。E-mail:suochong- hui@163.tom。 8430 科学技术与丁程 11卷 XL 180 。180 。1so 180 .18O .180 .1 0 l o 1 o l o l 0 180]so l o 1 so INn II3 l5O 200 250 : 曰 l33 3 l 73 l 213 147 l52 l57 l62 l67 l72 I77 l82 187 【Lk § H L 山 r【 ¨ 婚 ≤ 赫 8 批 — t 露鬻 甜 羞300 350 400 450 500 ..-I :::: :: ,m 嗍 I...._¨ ” f ‘ 嘲 【 ‘ 『『f 嘲 弼 f } i }i; ; ; {{{ }}; 『 ¨h 嘲■ ...--H幡卅 受 薰 ●■■ - — - ……… ~ -L:一 …… i}i Il I ; } ,舞~~ 图1 阳泉某煤矿地震剖面 1 2: l i lIJ j l ! { 1  } 1l l ; {j} j{ { ,j  j{ l i l ‘ 图2剖面时窗内对应地震道振幅谱 1.1地质模型及其地震响应 中可以以看出。对于一定的频率,当煤层厚度从 20 m逐渐减小时,振幅值先是逐渐增大,当煤层厚 度减小到一定厚度时(该厚度小于A/4,A为地震子 波波长),振幅达到最大值,然后随着煤层厚度的继 续减小,振幅又逐渐减小。对于35 Hz、50 Hz和 图1是山西阳泉某煤矿的高保真地震处理剖 面,图l中红色线为解释目的层位(15号煤层),通 过对剖面上目的层位附近时窗内的地震道进行频 谱分析(如图2所示,图中横坐标为各地震道的振 幅谱,纵坐标为频率),可以看出,目的层地震反射 信号的频率主要分布在30_70 Hz之问,主频为 如 啪 姗 湖 50 Hz。研究区内钻孔揭示的煤层厚度一般不大于 20 1TI,在地震勘探中可认为是薄层,而该研究区煤层 顶底主要为厚度较大的泥岩地层,因此针对本区地 层物性参数建立图3所示的0—30道楔状煤层模型 (对应o m一30 ITI),并计算出相应的地层反射系数 65 Hz的频率的子波,其最大振幅时对应煤层调谐厚 度分别为10 m、7 IN和5 m,随着频率的增高,渊谐厚 度减小。另外,从图中可以看出,当煤层厚度大于某一 定值时(3A/8),振幅值不再随煤层厚度变化而变化。 1.3地震反射视时差属性与煤层厚度关系 对于煤层顶底界面在地震上形成的反射视时 差(最大反射波峰和波谷时差)而言(图6),当煤层 较厚时,两者近似线性关系,视时差随着厚度增大 (模型参数见表1,参考文献[15])。图4是采用。 相位50 Hz的Ricker地震子波与地层反射系数进行 褶积得到的地震响应。 表1楔状煤层模型参数 而增大。但当煤层厚度减小到一程度时,视时差基 本上不再随着煤层厚度的变化而变化,而是趋j二 一 个常值(如子波在35 Hz时,对应视时差1o Ills左 右),该常值随着子波频率的增大而减小。 。。一—3 500m/s,2—.55 g/cm3l~ 霉1.2地震振幅属性与煤层厚度关系 345 一 25 30 通过改变上述地震子波的频率,可以得到楔状 模型在不同频率下的地震响应。分别对其响应进 行分析,容易计算出每道的反射波最大振幅值。图 5是不同频率下最大反射振幅和煤层厚度关系,从 360— 0 5 10 15 Trace 2O 图3楔状煤层模型 34期 索重辉,等:地震属性在煤层厚度预测上的分析与应用 843l 乓 茁一 塔一 O 5 10 l5 20 25 30 地震道/Trace 图4楔状煤层地震响应(50/-/z) ~ 一35Hz A 一50Hz 十65 Hz— :二 ≥ 一“ +每 ,/  / . , q… 一I ●一 ★. 图5煤厚与反射波最大振幅关系 25 十一35Hz -- 一5OHz 20 十65 Hz ∞ 15 ∥ | j1】】j 蓄 疑lO ' A d.警章 5 0 O 5 1O 15 2O 煤层厚度/m 图6煤厚与反射波视时差关系 1.4地震属性预测煤层厚度方法 由以上分析可知,对于每一种频率来说,当煤 层小于一定厚度时,煤层厚度与振幅有一定的线性 关系,相关性较好,而煤层厚度与时差关系不明显; 当煤层厚度大于该厚度时,煤层厚度与时差近似线 性相关,而与振幅关系不明显。因此,振幅和时差这 两种属性都能反映煤层厚度变化,但对不同的煤层 厚度,两种属性对煤层厚度的敏感性不同,单独用 任一个属性都很难与煤层厚度建立精确的关系。 因此考虑到把两种属性结合起来预测煤层厚度,即 建立H--f(A,T)的函数关系,其中A是振幅变量, 是时差变量,日是煤层厚度,即煤厚日是变量A和丁 的函数,充分运用振幅和视时差所包含的信息进行 煤层预测。考虑到振幅A和视时差 两种属性与 煤层厚度日是非线性关系,因此采用多项式能描述 其关系,这里假设他们之间是二次多项式关系(公 式1)。 一n…35Hz *一50 Hz ——65 Hz 实际 ./ . ’ 科学技术与工程 1 1卷 表2不同地震子波频率下计算煤层厚度误差统计表 不同频率下2元2次回归法 误差统计 35 Hz 50 Hz 65 Hz 2应用实例 2.1研究区概况 本次研究区为阳泉某一矿区,总的地质构造形 态为走向北北东,倾向北两西的单斜,地层倾角 (4~18)。,井田内挠曲发育,断层不甚发育。研究 区目的层段是上石炭统太原组的15号煤层,该煤层 全区稳定可采,煤层厚度(5.8~8.0)m,平均厚6.9 m,埋深(400~600)HI,其上覆地层为砂质泥岩、粉 砂岩,下覆地层为泥岩、铝质泥岩,发育稳定,与煤 层存在明显的波阻抗差异,可形成稳定的地震反射 波。目前该区有钻孔8口(表3)。 2.2地震资料解释 综合运用振幅和时差等地震属性进行煤层厚 度解释,首先需要有高保真、高信噪比和高分辨率 处理的地震数据体。在此基础上第一步要确定目 标反射层的位置及地震波形特征,通常是通过声波 测井资料做地震合成记录对煤层层位进行标定。 图8是该区过101井的一条地震剖面及相应的地震 合成记录,通过地震道自相关算法提取地震子波并 不断调整优化,使得合成地震记录与井旁道地震剖 面保持较好相关性,最终确定15号煤层顶面在地震 剖面上反映为一连续的强反射轴,全区波形特征 明显。 2.3地震属性提取 在上述地震解释的基础上,对15号煤层地震属 性进行提取。沿目的层上下10 ms时窗内,提取出 目的层的最大绝对振幅属性(图9);沿目的层向上 5 ms,向下20 ms时窗内提取最大振幅和最小振幅 的视时差属性(图l0)。并提取出相应钻孔处的各 属性值(表3)。由图9和图10可知矿区东北部振 幅较弱,西南部振幅最强;矿区北部视时差较小,中 部和南部视时差较大。 2.4煤层厚度预测 由以上钻孔处提取的最大绝对振幅和视时差 属性值,结合煤层厚度数据进行非线性回归分析, 确定多项式的系数,最终对全区煤层厚度进行r预 测(图11)。从图11中可以看出,15号煤层在矿I 东北部厚度较薄,不足6 nl;在矿区西南部煤层厚度 较大,为8 in左右;整体上呈现东薄西厚、北薄南厚 的特点,与实际地质情况相吻合。 ILN CDP 0 曩 I ≤; | l ;i , ㈡ -. -lI — ....-■ 岫-- ‘ “ —曲 --- .1 : 。骂 图9最大振幅属性图 此外,分别将每一口井作为检查井不参与刚归 计算,而将其他井作为已知井进行回归分析,并用 检查井处实际煤层厚度与计算结果进行比较,通过 34期 索重辉,等:地震属性在煤层厚度预测上的分析与应用 8433 对每一口井进行对比,可知最大绝对误差为402井 处0.86 1TI,最大相对误差11.3%,可以看出该方法 预测煤层厚度结果较为理想,进一步验证了该方法 的可靠性。 图l0最大反射波峰和反射波谷的视时差图 图11煤层厚度预测图 3结论 由于矿区煤层厚度一般小于20 m,相对于地震 子波来说,属于薄层范围,对其进行精确预测有一 定难度。本文通过正演模型分析了煤层厚度与最 大反射振幅和煤层顶底界面反射视时差两种地震 属性的关系,并通过非线性回归分析,找出将两种 属性整合起来预测煤层厚度的方法。通过整合地 震振幅和视时差属性,联合预测煤层厚度,不但解 决了单个地震属性预测煤层厚度时存在的缺陷,同 时大大拓宽了可以预测煤层厚度的范围,并在实际 矿区应用得到较好的验证。 表3钻孔处地震属性、煤层厚度及误差统计表 参考文献 1 Peng Suping.Gao Yunfeng.Study。n the AVO forward modelilig of coal bearing strata.Chinese Science Bulletin.2005;50:151—158 2崔若飞,仲其涛,李晋平.利用地震资料进行煤层厚度解释预 测.煤田地质与勘探,2002;3(30):54—57 3许崇宝,刘东源.小波边缘分析建模波阻抗反演方法在煤层解 释中的应用.中国煤炭地质,2008;2(20):43—45 4许崇宝.测井约束地震反演分辨率及反演策略探讨.中国煤炭 地质,2010;8(22):39_-41 5李红,吕进英,王宏友.波阻抗约束反演技术预测煤层厚度. 煤田地质与勘探,2007;1(35):74—77 6张玉忠,杨永波.运用地震属性技术预测煤层厚度.煤炭技术, 2009;3(28):126-128 7郭彦省,孟召平,杨瑞昭,等.地震属性及其在煤层厚度预测中 的应用.中国矿业大学学报,2004;5(33):557—562 8 胡宗正,郭良红,林建东.三维地震属性参数在煤层厚度预测中 的应用.中国煤炭地质,2008;6(20):56—58 9 Chen Q,Sidney S.Seismic attribute technology for reservoir forecas- ring and monitoring.The Leading Edge,1997;16(5):445—450 1O董守华,马彦良,周明.煤层厚度与振幅、频率地震属性的正 演模拟.中国矿业大学学报,2004;1.1(33):29—33 (下转第8437页) 34期 牟松茹,等:考虑启动压力梯度的致密气藏压裂井产能分析 社,2003 8437 7张士诚,张 劲.压裂开发理论与技术.北京:石油工业出版 Considering of Start-up MU Song一13.1 ,ZHANG Shi—cheng ,ZHANG Ping (MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum(Bering) ,Beijing 102249,P.R.China; China United CoMbed Methane Co.,Ltd .,Beijing 10001 1,P.R.China) [Abstract]The start—up pressure gradient and relation of multi parameters such as fracture parameters and for- mation parameters versus gas production had been experimentally and numerically investigated.The start—up pres— sure gradient in DLK tight gas reservoir decreases with increasing permeability,the relation of them is approximate— ly shows the exponent function relation.Three dimensional,two phase flow model and considering of start-up pres— sure gradient are established.Based on the well productivity match,the results show that permeability,fracture length,and production pressure diference are the key influence factors on gas rate,and the start—up pressure gradi— ent effects upon the productivity is less. [Key words]tight gas hydraulic fracturing start—up pressure gradient production analysis 、 (上接第8433页) 1 1 De Vooge N,Rooijen H.Thin layer response and spectral band- 石油物探,1997;9.3(36):28—38 14 width.Geophysics,1983;48(1):12—18 12 Knapp R W.Vertical resolution of thick beds,and thin-bed cy— 刘建华,刘天放,李德春.薄层厚度定量解释研究.物探与化 探,1997;l(27):23—27 clothems.Geophysics,1990;55(6):ll84一l191 15 彭苏萍,高云峰,彭晓波,等.淮南煤田含煤地层岩石物性参数 研究.煤炭学报,2004;2(29):177—181 13 黄真萍,王晓华,王云专.薄层地震属性参数分析和厚度预测. Study and Application of Seismic Attributes on Coal Seam Thickness Prediction SUO Chong-hui ,CHANG Suo—liang ,PENG Shi—mi ,DUAN Ru tai ,WANG Guang.ruing (College of Geosciences,China University of Petroleum ,Beijing 102249,P.R.China; Liaohe Oilfield Company,PetroChina ,Panjin 124010,P.R.China) [Abstract] Seismic wave contain more information about the sediments.The seismic attirbutes has some rela. tionship with the coal seam thickness.Through analysis of the wedge-shaped coal seam’S seismic attributes, when the seam thickness is less than the tuning thickness,there is proportional relationship between the amplitude value and seam thickness;while the apparent time difference between the wave peak and trough is not sensitive. When the coal seam thickness is above the tuning thickness,the conclusion is opposite.As a result,it’S dififcult to predict the coal seam thickness only by using one single attirbute.Therefore,the nonlinear.regression method is used to analyze the relationship between the seam thickness and both attributes,and got a method to predict the coal seam thickness.With the method the coal seam thickness in a coal mine is predicted and got a perfect result. [Key words] coal seam thickness seismic attirbute nonlinear—regress 

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