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煤田采区火成岩分布地震反演技术的应用研究

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煤田 采区 火成岩 分布 地震 反演 技术 应用 研究
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收稿日期 : 2005 05 16基金项目 : 国家自然科学基金项目 (40574057)作者简介 : 许永忠 (19692) , 男 , 福建省莆田市人 , 讲师 , 博士研究生 , 从事地球物理勘探及信号图像处理方面的研究 1126. 0516283885266第 35卷 第 2期              中国矿业大学学报              V 35 N o. 22006年 3月         h T         M 2006文章编号 : 100021964 (2006) 0220265204煤田采区火成岩分布地震反演技术的应用研究许永忠 , 崔若飞 , 潘冬明 , 钱 进(中国矿业大学 资源与地球科学学院 , 江苏 徐州  221008)摘要 : 将基于模型的地震反演技术应用于国桩采区地震资料岩性解释过程中 . 首先对基于模型的地震反演原理进行了阐述 , 并针对煤田测井数据特点进行了数据处理与分析 , 然后对地震子波进行了分析提取 , 实现了精细的火成岩的层位标定 . 通过对国桩采区的火成岩及煤系地层进行的综合地质分析 , 利用地震反演技术实现了火成岩与煤系地层的薄层分布信息预测 . 结果表明 , 该方法有效的提高地了地震数据的分辨率 , 能解释常规剖面上不易识别出的一些地质现象 , 为采区火成岩的分布 , 薄煤层的开采、有利区带的评价提供详实的信息 地震反演 ; 基于模型 ; 测井资料 ; 火成岩分布中图分类号 : P 631. 4   文献标识码 : AA pp R Q Ch T J 21008, Ch T he of ic on as p T he of ic on as w w as T he ic w w as w as on th in in w T he th is m of ic e w h t be in ic p th in ic on 无论在深度和广度上都有长足的进步 . 随着煤田采区勘探精度要求的提高 , 常规地震技术难以实现地震勘探任务对地层纵横分辨率的要求 , 测井技术虽然分辨率很高 , 但难以有效实现井间地层参数横向变化对比的地质要求 . 地震反演是油藏描述的核心技术 , 国外新的反演思路是 : 把约束反演技术与地质统计技术联合应用 , 建立精确的模型 \[ 122 \]. 利用地震、测井数据的互补性质 , 查明复杂地质条件下火成岩的空间分布 , 并为进一步确定薄煤层的分布及火成岩对煤层的影响起辅助作用 . 基于模型的交互式地震地层反演 , 具有层位标定、构造解释等功能 , 它引入地质模型约束机制 , 以测井资料为约束 , 能为进一步研究煤层的空间分布、物性特征等提供可靠基础资料 \[ 3 \]于模型反演的基本原理模型约束的反演方法 , 是以测井参数密度 v 建立波阻抗模型道 , 由测井模型道沿地震层插值 , 建立初始波阻抗模型剖面 , 通过迭代修改波阻抗剖面 , 使误差目标函数达到最小 \[ 4 \]. 计算中采用 B 演算法 , 它在计算产生一系列的方波化的伪速度曲线 , 方波的平均大小由给定的参数设定 , 通常应大于输入数据的采样率 . 对一个由 N 层地层组成的地质模型 , 我们关注的是各层的厚度d (i) , 速度 v (i) 和密度 Q(i) , 这里 i= 1, 2, … , N . 从地质模型测得的地震道为T (i) = ∑ 1r (j )W (i - S(j ) + 1) + n (i) , (1)式中 : T (i) 为 i 点上测得的振幅 ; i 为采样点 ; S(j )为采样间隔 1)是一系列公式 , 若地震道中的采样点个数为 N , 则式 (1) 是 N 个公式 . r (j ) 是 N 个地层反射数 , 当 N < N , 即地层层数小于采样点数 , 地层的平均厚度大于单个时间采样 , 这样我们采用最小平方优化求解 计算得到模型道是M (i) = ∑ 1j)W (i - S(j ) + 1) + n (i) 1 (2)定义误差为 : e (i) = T (i) - M (i) , 由此目标函数J = ∑N i= 1e (i) - ∑ 1$ r (j)W (i - S(j ) + 1) 2, (3a)式中 : J 是原始道 T 与模型道 M 之间的总误差 , 式(3a)将 J 与未知数 $ r (j )联系起来 , 用矩阵可记为J = eT e= ( r)T (r) , (3b)式中 : T 为包含地震道所有采样点的长度为 N 的一组向量 ; W 为包含地震子波的 N 列 N 行的 N × N 维矩阵 ; W r 为假设已知的第 N 层顶面的每一点的模型道 , 并有 M = (M (1) , M (2) ,… , M (N ) T = W r. 由式 (3b) 和 5J 5r (i) = 0 (i=1, 2, … , N ) 导出正则方程组 : W TW r= W T T, 考虑到实际中噪声的存在 , 则反射系数的解可表示为r= (W - 1W T T, (4)式中 : I 为单位矩阵 通过重排地震测线中不同点上的测井或速度时间对 , 并对它们进行内插来生成对应每一个地震道的波阻抗道 , 进而得到初始模型道 , 最后加上约束条件实现整个基于模型的反演 在研究中采用了约束反演 (, 把附加信息作为“硬”的边界距离 , 作为最终结果的绝对边界 现方法在地震资料的引导下 , 综合利用已有的地质信息 , 有效利用地震和测井资料的互补性 , 使测井数据的高分辨率拓展到井间地震反演的数据中 , 提高物性参数的分辨率 , 这是我们研究的目标 , 在这里主要介绍以下 3个方面的内容 1 井资料的处理井资料的归一化处理是做好反演的基础 . 对于缺少数字测井资料的探区 , 首先要进行数字化 , 这是烦琐而精细的工作 ; 有的没有声波测井 , 有的没有密度曲线而需进行数据转换 , 同时精细的测井数据处理还要考虑井斜影响 ; 由于可能是不同型号 ,不同时期测得的数据 , 因此要针对该地区的地质条件特征进行归一化处理 . 在研究中通过收集不同类型的测井资料总结出一套有效的数字化、归一化的方法 , 总之 , 通过编程实现了煤田地震反演中对非数字测井数据的数字化、归一化处理 2 子波的提取与层位标定基于模型的反演离不开地震子波的信息 . 在地震处理中 , 子波的提取是最重要的问题之一 , 也是目前研究的热点 . 有的文章主张从实际记录中提取子波 , 保证子波相位特性与实际记录中的相位特性有较好的吻合 \[ 526 \]. 为此本次研究工作中采用统计法 , 即根据井旁地震数据测定子波 , 做了全区的和在 300~ 550 m s 时窗体子波提取比较 . 图 1是提取的目标反演区的子波 , 在该区应用中效果很好 . 在上述流程中 , 子波长度是一个关键参数 , 该参数决定了地震道振幅的平滑程度 , 当子波长度增加时 ,子波谱就接近于分析时窗内地震数据的谱 . 地震数据经过一系列的处理后 , 所得到的反射系数剖面 ,其量值不是真正的地层的反射系数量值 , 需要进行标定 . 以测井曲线作为模型道 , 对从地震数据经过处理后得到反射系数道 , 通过层位标定进行限定 2. 3 基于模型 (M a 演流程研究的重点是对煤系地层及火成岩进行基于模型的地震反演 , 并获取煤系地层中物性参数的纵向和横向的高分辨率分布信息 . 通常高频信息可从控制井数据和地质统计分析中得到 ; 低频信息可从测井数据、地震叠加和偏移速度场及区域速度变化规律中得到 \[ 7 \]                   中国矿业大学学报                  第 35卷图 1 提取的目标反演区的子波与频谱F 1  W of 是基于模型的地震反演流程示意图 1图 2 基于模型的测井约束地震反演处理流程F 2  T he m ap ic as 用实例本次研究采用国桩的三维地震资料 , 研究的目的是为了确定火成岩的分布范围 , 从而为全区的评价提供科学的依据 . 火成岩在全区的钻井数据中均有揭露 , 但具体的分布范围难以确定 . 本区为全隐蔽式煤田 , 含有多个煤层 , 由于煤层较薄 , 一般 2 因此煤层对应的反射波能量弱、连续性差 , 不能在全区连续追踪 . 我们选取了工区范围为 724, C 0~ 300的叠后剖面进行地震反演 . 地震资料为 1 m s 采样 , 记录长度为 1 s. 计算中采用 B 521和 B 622两井 , 其中 C 火成岩钻孔揭示在 398. 35m ;B 622井位于 C 火成岩钻孔揭示在 476. 33 m , 16煤底板深度 504. 65 m. 本区煤层和火成岩在钻井和测井资料中均有较好的反映 , 图 3为 B 521井火成岩及煤层附近密度、电阻率、纵波速度和井径测井曲线 , 可以看出测井曲线有很好的相关性 , 测井资料较好   B 521井火成岩、煤系地层附近密度、电阻率、纵波速度和井径测井曲线F 3  T he 521 w 以第四系底界面、火成岩重要标志层 , 在地震剖面上开取 300~ 550 m 最终获得了波阻抗反演数据体 , 取得了较好的地质效果 . 图 4622的原始地震剖面 , 图 4b 为对应的反演剖面 , 比较两图可以看出 , 反演极大的提高了地震(a) 原始地震剖面             (b) 对应的地震反演剖面图 4  B 622井 )F 4  T he of 期           许永忠等 : 煤田采区火成岩分布地震反演技术的应用研究数据的分辨能力 , 清晰地反演出火成岩的分布及煤系地层中的薄层信息 , 表明该技术能为矿井的建设提供地质保障  论1) 应用基于模型的地震反演技术对国桩的地震三维地震资料进行了反演 , 结果表明 , 反演剖面具有高分辨率 . 该方法由于结合了各种先验地质信息 (解释的层位与子波信息 ) , 该反演技术能解释常规剖面上不易识别出的一些地质现象 , 能为下一步确定火成岩的分布范围和薄煤层的空间展布的研究工作提供依据 , 并能对煤层的厚度变化、物性特征做进一步分析和解释 要取得良好的反演结果 , 取决于多方面的条件 : 一方面 , 地震资料要有较高的品质 , 这是反演的决定性的因素 ; 另一方面 , 用于反演的测井资料相关性要好 , 这也是反演成败的关键 . 测井曲线经过精细处理及归一化 , 精确的层位标定 , 使得井震资料的匹配较好 , 为下一步全区多井反演提供了成功的经验 , 为研究采区薄煤层的分布提供了一种有效的方法 在约束反演有效地利用了数字测井资料、地质信息 , 使得反演结果更趋合理 . 实际应用表明 ,反演虽是提高分辨率的有效手段 , 但做好这一步关键还是要做好对测井、地质实际资料的综合分析 ,充分应用先验知识 , 才能更有针对性的开展研究 ,指导生产 . 就是说 , 反演得到的波阻抗数据是地震、测井数据和速度资料等信息的综合分析的结果 ; 在解释中要注意到 : 高频信息用于薄层解释和对地层边界的精确定位 ; 低频信息可使反演的波阻抗值有利于岩石特性的解释与预测 \[ 8 \], 下一步如何定量的使用波阻抗反演的结果是我们要进一步探索的方向 本项目得到中国矿业大学青年科研基金(O 助在此表示感谢 \[ 1 \]  . M . M cM of a in w \]. 2003, 68 (5): 146021469.\[2 \]  曲寿利 , 王 鑫 . 国内外物探技术现状与展望 [M \]. 北京 : 石油工业出版社 , 2003: 35262.\[ 3 \]  et A pp of ic as in J \]h T 2004, 14 (1): 22225.\[ 4 \]  刘全新 . 储层预测与地震反演 [C ] 俄罗斯地球物理勘探前沿技术文集 . 北京 : 石油工业出版社 , 2000:20322081\[5 \]  李庆忠 . 走向精确勘探的道路 [M \]. 北京 : 石油工业出版社 , 1993.\[6 \]  周锦明 , 熊 翥 . 地震数据精细处理 [M ]1石油工业出版社 , 2003: 702931\[ 7 \]  何小波 . 地震反演技术与应用 [D ]1徐州 : 中国矿业大学资源与地球科学学院 , 2003.\[8 \]  王延光 . 储层地震反演方法及应用中的关键问题与对策 [J ]1石油物探 , 2002, 41 (3): ic p s in J \]. 2002, 41 (3): 2992303.(责任编辑 姚志昌 )862                     中国矿业大学学报                  第 35卷
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