CN113848593A - 一种定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤田地质勘探领域，更具体的涉及基于采区高密度三维地震勘探数据和测井数据联合反演定量预测岩浆岩分布的方法。能够提高现有煤田地质勘探中岩浆岩预测分布范围精度，能够利用重构的测井曲线与高密度三维地震数据进行联合反演，获得反映地层岩性信息的波阻抗数据体，从而对含煤地层中的岩浆岩侵蚀区范围和厚度进行定量预测。

Description

一种定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法

技术领域

本发明涉及煤田地质勘探领域，更具体的涉及基于采区高密度三维地震勘探数据和测井数据联合反演定量预测岩浆岩分布的方法。

背景技术

岩浆岩分布区预测一直是能源勘探开发所面临的一大难题，这是由于岩浆岩属于裂缝-孔隙多重介质，其储集性能不仅受控于岩性及岩石结构，还受到后期的溶蚀改造及构造运动破坏等多种因素的影响。矿井地质资料表明岩浆岩的侵入对煤层有较大的破坏作用，表现为煤层的可采性、稳定性变差，变质程度提高，顶板强度降低，从而严重影响煤矿的安全开采与井巷布设。岩浆岩预测问题属于岩性勘探范畴，目前，在煤田岩性地震勘探领域，主要的探测手段包括地震属性技术和地震反演技术。随着煤矿开发对地质勘查精度要求的不断增加，属性技术在某些程度上满足不了实际生产的需要，对于地震属性分析方法来说，其本身主要存在以下两方面缺陷：(1)所提取的属性不断增加，但可以提供给用户进行解释应用的属性不多。(2)缺少合适的方法对多种属性进行解释，其地质意义不明确。可以说，传统的地震属性丢失了两个基本信息，即地震信号的总体变化以及这种变化的分布规律。因此，很难给出井位处地震信号变化的可靠评估，也就很难进行可靠的信息外推。在钻井资料比较少、横向变化较快的情况下多解性较强，很难准确性预测。地震反演技术是岩性地震勘探的重要手段之一，它充分利用钻孔测井数据(声速、密度、电阻率等)纵向分辨率很高的有利条件，对井旁地震资料进行约束反演，并在此基础上对井间地震资料进行递推，将地震信息转化为能反映地层特征的岩性数据体。测井曲线是地震反演的基础，但常规声波、密度等测井曲线不能明显区分岩浆岩，以此进行反演必然无法精细刻画岩浆岩的空间展布规律。众多学者对岩浆岩的测井曲线特征进行了大量分析，认为各属性对岩浆岩的敏感程度不同，其中自然伽马最敏感，孔隙度和电阻率次之。通过录井岩性和敏感测井曲线构建伪岩性测井曲线，使不同岩性的测井曲线特征差异更加明显，以此作为反演的目标曲线，可以提高反演的精度，使预测结果更可靠。

发明内容

本发明主要目的是解决上述技术问题，提出了一种定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，用于解决现有煤田地质勘探中岩浆岩预测分布范围精度较低的问题；

本发明的方案是：

一种定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，包括：

对煤矿采区高密度三维地震勘探数据进行保幅处理，获得三维地震数据体；

通过煤矿采区测井曲线综合对比分析，优选出对岩浆岩反映敏感的第一测井曲线；

根据第一测井曲线进行地质层位划分，确定岩浆岩在钻孔处的深度和厚度；

以所述地质层位划分的结果为基础构建用于表征岩性的岩性测井曲线，以所述岩性测井曲线为约束，通过对声波和密度测井曲线进行重构，获得对岩浆岩反应敏感的第二测井曲线；

利用第二测井曲线和高密度三维地震数据体，进行基于模型的地震波阻抗反演以获得反演数据体；

在反演数据体上设置岩浆岩的波阻抗门槛值，雕刻岩浆岩侵蚀区域，确定岩浆岩的侵蚀范围和厚度分布规律。

优选的，上述的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，所述三维地震数据体包含构造和岩性信息。

优选的，上述的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，所述第二测井曲线为声波密度测井曲线。

优选的，上述的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，以所述第一测井曲线的层位划分结果为基础构建岩性测井曲线包括：

利用电阻率、自然伽马曲线识别岩浆岩，并进行地质层位划分，得到岩浆岩层段的起止深度、岩浆岩的平均速度、岩浆岩的平均密度信息，根据所述岩浆岩层段的起止深度、岩浆岩的平均速度、岩浆岩的平均密度信息构建岩性测井曲线。

优选的，上述的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，所述构建岩性测井曲线为将岩浆岩值设为1，其它岩性值置为0。

优选的，上述的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，基于下式以岩性测井曲线为约束，对声波和密度测井曲线进行重构：

z＝a*x*y+x

式中，z为重构的第二测井曲线，x为样本测井曲线，y为岩性测井曲线，a为岩浆岩段测井融合的比例因子。

优选的，上述的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，所述岩浆岩段测井融合的比例因子a取值范围在0.5-2之间。

优选的，上述的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，基于模型的地震波阻抗反演以获得反演数据体包括：

通过地震数据和测井数据进行波阻抗联合反演，其中通过目标函数最小化来实现基于模型的反演：

J＝Weight_1×(T-W*r)+Weight_2×(M-H*r)

式中，J为反演结果，即得到的反演数据体，T为地震道，W为子波，r为最终反射系数，M为初始猜测模型阻抗，H为与最终反射系数褶积产生最终阻抗的积分算子，Weight1和Weight2为权重。

优选的，上述的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，通过设置岩浆岩在反演数据体中的波阻抗门槛值进行岩浆岩雕刻，其中岩浆岩在反演数据体上的时间厚度计算为：

当波阻抗体中某一样本点值在最大波阻抗值与最小波阻抗值之间时，则将样本点的值设为阻抗体的采样间隔，否则设置为0；

在给定的层位区间内逐点累积求和以获得岩浆岩时间厚度的平面分布。

优选的，上述的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，基于所述时间厚度反演定量预测岩浆岩的厚度，具体包括：

在波阻抗反演剖面上从井点出发，根据地震合成记录标定结果，选择合适的波阻抗门槛值，计算目标层位内每一道的样点数和时间厚度；

利用工区钻井钻遇的岩浆岩声波曲线计算岩浆岩的平均速度；

用公式h＝1/2vt来计算岩浆岩厚度，式中为预测厚度，为岩浆岩时间厚度，为岩浆岩速度。

因此，相对于现有技术，本发明的优点是：能够提高现有煤田地质勘探中岩浆岩预测分布范围精度，能够利用重构的测井曲线与高密度三维地震数据进行联合反演，获得反映地层岩性信息的波阻抗数据体，从而对含煤地层中的岩浆岩侵蚀区范围和厚度进行定量预测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的测井曲线重构结构过程示意图；

图3为本发明实施例提供的波阻抗反演流程图；

图4为本发明实施例的应用效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的岩浆岩定量预测方法的实施流程示意图，如图1所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤101，对采区高密度三维地震勘探数据进行保幅处理，获得包含构造和岩性信息的三维叠后地震数据体；通过地震数据构造解释，确定用于建立构造框架的断层和层位数据；

步骤102，通过煤矿采区测井曲线综合对比分析，确定对岩浆岩反映敏感的第一测井曲线；

步骤103，根据敏感测井曲线进行地质层位划分，确定岩浆岩在钻孔处的分布厚度与深度；

步骤104，以敏感测井曲线的获得的岩浆岩深度和厚度为约束，确定岩性测井曲线；对声波和密度测井曲线进行重构，确定对岩浆岩反应敏感的第二测井曲线；

步骤105，利用重构的第二测井曲线和高密度三维地震数据体，进行基于模型的地震波阻抗反演，确定岩性反演数据体；

步骤106，在反演数据体上设置岩浆岩的波阻抗门槛值，精细雕刻岩浆岩侵蚀区域，确定岩浆岩的分布范围和厚度。

在步骤101中，该步骤主要解决的问题是为岩浆岩反演提供基础地震数据。煤田高密度三维地震勘探可以获得宽频带、宽方位和高采样密度的地震数据，通过地震数据精细处理，获得包含构造信息和岩性信息的数据体，为岩浆岩反演提供最重要的数据基础。首先对地震数据体进行层位解释，获得主要目的层的构造特征，然后利用解释的层位建立构造框架。

在步骤102中，该步骤的主要目的是优选出对岩浆岩反映敏感的第一测井曲线。测井解释成果已经提供了岩浆岩的深度和厚度信息，可以反推测井曲线特征。通过钻孔处的测井曲线综合对比分析，可以获得岩浆岩在各种测井曲线上的特征，进而优选出对岩浆岩反映敏感的第一测井曲线。由于各测井曲线对岩浆岩的敏感程度不同，一般而言电阻率最敏感，自然伽马次之，声波时差曲线较敏感，密度最不敏感。通过敏感测井曲线可进行岩浆岩识别与地质层位划分。测井曲线通过比较相对的差异来反映不同的岩性，不同工区幅值变化也较大。

在步骤103中，该步骤主要解决岩浆岩地质分层问题。通过步骤2中的岩浆岩测井曲线优选，获得敏感测井曲线，然后通过测井曲线对比，进行岩浆岩地质识别与层位划分，获得钻孔处的岩浆岩深度与厚度数据。测井曲线的综合对比可采用本领域通用的手段，在此不再累述。

在步骤104中，主要目的是通过测井曲线重构获得用于岩浆岩地震反演的测井曲线。首先利用步骤3中获得的岩浆岩深度与厚度数据，构造出岩性测井曲线。岩性测井曲线表示了不同的岩性(如岩浆岩、砂岩、煤层等)。

为了简化测井曲线，提高岩浆岩的分辨率，在构造岩性测井曲线时，将岩浆岩段的值设为1，其它岩性段的值设为0。由于常规地震波阻抗反演的输入需要声波和密度测井曲线，但声波和密度测井曲线对岩浆岩反映不敏感，达不到岩性反演对测井曲线分辨率的要求，因此，本发明实施例通过测井曲线重构获得满足岩浆岩反演的测井曲线。

其中，步骤102中的敏感测井曲线(第一测井曲线)是通过优选获得能反映岩浆岩的一种或多种测井曲线，是通过观察测井曲线的特征获得的。104中的敏感测井曲线(第二测井曲线)是通过对声波、密度两种本来效果较差的曲线进行重构，进而获得的新的测井曲线。两者不同，第一测井曲线范围较广，第二测井曲线特指通过声波和密度重构的曲线，也可以认为是声波密度测井曲线(重构的声波、密度曲线)。

测井曲线重构基本结构及过程见图2。首先通过测井曲线综合对比分析，依据敏感测井曲线进行岩浆岩地质层位划分与厚度标定，获得钻孔处的岩浆岩深度和厚度数据；然后依据该数据构造出岩性测井曲线；最后，利用声波、密度和岩性测井曲线，重构新的声波和密度测井曲线，曲线重构公式如下：

z＝a*x*y+x

式中，z为重构确定的测井曲线，x为样本测井曲线(原始声波、密度测井曲线)，y为岩性测井曲线，a为岩浆岩段测井曲线融合的比例因子。通过测试研究，a值过小，测井曲线重构效果不明显，即岩浆岩不能较好的区分；a值过大，重构的测井曲线虽能明显反应岩浆岩，但由于值域较大，反演结果对其它层屏蔽作用较强，一般取值范围在0.5-2之间为宜。

在步骤105中，进行岩浆岩波阻抗反演。步骤104中通过测井曲线重构获得满足反演精度要求的测井曲线，在步骤105中输入重构的测井曲线，然后通过子波提取、制作单井地震合成记录建立测井与地震数据之间精确的时深关系，利用地震解释的层位、断层和地震数据建立低频模型，反演过程中利用测井曲线统计出的反演属性空间变差函数来指导模型插值。把低频地质模型作为输入约束条件，选择合适的插值算法来进行插值，得到反演结果。地震反演流程见附图3。其主要步骤包括：(1)地震、地质资料处理；(2)测井资料处理；(3)地震子波的提取、制作合成记录；(4)层位标定及精细解释；(5)地质模型建立；(6)模型估算；(7)反演。

通过地震数据和测井数据进行波阻抗联合反演，其中基于模型的反演是通过目标函数最小化来实现的：

J＝Weight₁×(T-W*r)+Weight₂×(M-H*r)

式中，J为反演结果，T为地震道，W为子波，r为最终反射系数，M为初始猜测模型阻抗，H为与最终反射系数褶积产生最终阻抗的积分算子，Weight1和Weight2为权重，取值区间为[0,1]。

在地震反演的过程中，初始模型的建立是一个人机交互的处理过程，对反演结果的好坏有直接影响。首先要对三维地震数据体进行层位解释；然后通过合成记录，对每口井与井旁地震道做层位标定；最后以层位解释为控制，从井点出发，将测井数据外推内插，在三维空间的每一个点建立初始模型。这个过程实际上是把横向上连续变化的地震界面信息，与垂向上具有高分辨率的测井信息相结合的过程。初始模型的精度有赖于以下方面：一是层位拾取。层位要选取反射较强、横向上可以连续追踪的反射界面；断层解释要准确细致；在目的层上下，要尽可能多拾取层位。二是测井数据的可靠性，以及测井数据与井旁地震道的层位标定的准确性。在反演中加入其它的地质信息，可进一步提高了初始模型的精度。

在步骤106中，主要目的是通过反演数据体定量预测岩浆岩的分布范围和厚度。进行岩浆岩地震反演，其中如何有效地描述其厚度、展布范围是反演工作的关键。本发明实施例首先通过对采区遇钻岩浆岩厚度和波阻抗反演剖面进行相互对照及仔细分析，在波阻抗数据体上获得岩浆岩的时间厚度。然后基于钻孔统计获得岩浆岩的平均速度，进行时深转换，最终获得岩浆岩空间展布的深度域厚度值。在反演数据体上进行岩浆岩厚度精细雕刻公式如下：

Thickness＝sum((Low＜Pimp＜Hight)？sample:0)

其中，Thickness表示所求的岩浆岩时间厚度，类型为时间(s或ms)，Pimp代表波阻抗属性体，Low与High分别表示最小与最大的属性值；Sample表示地震或反演数据的采样间隔。对上式做如下解释：岩浆岩的时间厚度＝当波阻抗体中某一样本点值在最大波阻抗值与最小波阻抗值之间时，将样本点的值设为阻抗体的采样间隔(0.001s或1ms)，(在这里需要注意的是采样间隔的单位和数值应与反演数据体的采样间隔的单位和数值一致)，其余为0，然后在给定的层位区间内逐点累积求和；即可获得岩浆岩时间厚度的平面分布。

通过以上计算得到的结果为岩浆岩的时间厚度，还需通过时深转换获得岩浆岩的真厚度。综上所述，基于高密度三维地震数据波阻抗反演定量预测岩浆岩的厚度其计算步骤如下：

首先，在波阻抗反演剖面上从井点出发，根据声波和密度值计算岩浆岩的波阻抗取值范围，然后设定波阻抗门槛值，计算目标层位内每一道的样点数和时间厚度；

其次，利用工区钻井钻遇的岩浆岩声波曲线计算岩浆岩的平均速度；

最后，用公式

来计算岩浆岩厚度，式中h为解释厚度，t为岩浆岩时间厚度，v为岩浆岩速度。

由于反演剖面是用色标解释储层，常常会产生***误差，再加上时深转换中的速度影响使解释厚度同钻井厚度存在一定的差异，有必要对解释厚度进行合理的校正，最后得到岩浆岩的预测厚度。

图4为本发明实施例的一种应用测试效果示意图；通过测井曲线重构，基于高密度三维地震数据体进行波阻抗反演，反演剖面清晰地刻画了岩浆岩的厚度分布规律(深色表示岩浆岩)，可以看到，时间剖面上岩浆岩振幅强弱变化较大，通过地震反演，将界面型地震剖面转化为岩性波阻抗剖面，反演结果与各井的测井曲线对应关系很好，清晰地刻画了岩浆岩的空间分布特征。

Claims (10)

1.一种定量预测含煤地层中岩浆岩侵蚀区的方法，其特征在于，包括：

对煤矿采区高密度三维地震勘探数据进行保幅处理，获得三维地震数据体；

通过煤矿采区测井曲线综合对比分析，优选出对岩浆岩反映敏感的第一测井曲线；

根据第一测井曲线进行地质层位划分，确定岩浆岩在钻孔处的深度和厚度；

以所述地质层位划分的结果为基础构建用于表征岩性的岩性测井曲线，以所述岩性测井曲线为约束，通过对声波和密度测井曲线进行重构，获得对岩浆岩反应敏感的第二测井曲线；

利用第二测井曲线和高密度三维地震数据体，进行基于模型的地震波阻抗反演以获得反演数据体；

在反演数据体上设置岩浆岩的波阻抗门槛值，雕刻岩浆岩侵蚀区域，确定岩浆岩的侵蚀范围和厚度分布规律。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维地震数据体包含构造和岩性信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二测井曲线为声波密度测井曲线。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述第一测井曲线的层位划分结果为基础构建岩性测井曲线包括：

利用电阻率、自然伽马曲线识别岩浆岩，并进行地质层位划分，得到岩浆岩层段的起止深度、岩浆岩的平均速度、岩浆岩的平均密度信息，根据所述岩浆岩层段的起止深度、岩浆岩的平均速度、岩浆岩的平均密度信息构建岩性测井曲线。

5.如权利要求4所述的方法，所述构建岩性测井曲线为将岩浆岩值设为1，其它岩性值置为0。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于下式以岩性测井曲线为约束，对声波和密度测井曲线进行重构：

z＝a*x*y+x

式中，z为重构的第二测井曲线，x为样本测井曲线，y为岩性测井曲线，a为岩浆岩段测井融合的比例因子。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩浆岩段测井融合的比例因子a取值范围在0.5-2之间。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于模型的地震波阻抗反演以获得反演数据体包括：

通过地震数据和测井数据进行波阻抗联合反演，其中通过目标函数最小化来实现基于模型的反演：

J＝Weight₁×(T-W*r)+Weight₂×(M-H*r)

式中，J为反演结果，即得到的反演数据体，T为地震道，W为子波，r为最终反射系数，M为初始猜测模型阻抗，H为与最终反射系数褶积产生最终阻抗的积分算子，Weight1和Weight2为权重。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过设置岩浆岩在反演数据体中的波阻抗门槛值进行岩浆岩雕刻，其中岩浆岩在反演数据体上的时间厚度计算为：

当波阻抗体中某一样本点值在最大波阻抗值与最小波阻抗值之间时，则将样本点的值设为阻抗体的采样间隔，否则设置为0；

在给定的层位区间内逐点累积求和以获得岩浆岩时间厚度的平面分布。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述时间厚度反演定量预测岩浆岩的厚度，具体包括：

在波阻抗反演剖面上从井点出发，根据地震合成记录标定结果，选择合适的波阻抗门槛值，计算目标层位内每一道的样点数和时间厚度；

利用工区钻井钻遇的岩浆岩声波曲线计算岩浆岩的平均速度；

用公式

来计算岩浆岩厚度，式中h为预测厚度，t为岩浆岩时间厚度，v为岩浆岩速度。

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