摘要：煤层厚度是煤层气资源量计算的基础数据，也是煤层气开发有利区评价的主要参数之一。预测煤层厚度的方法较多，包括利用地震属性进行煤层厚度预测、利用地震资料谱矩法反演煤层厚度、利用测井约束地震反演方法预测煤层厚度和利用地质统计学方法预测煤层厚度等。其中，利用地震属性进行煤层厚度预测的方法简单、精度较高。本文分析了基于地震频谱属性的煤层厚度预测方法。
关键词：频谱属性；煤层厚度；预测方法
地震属性是从地震数据中导出的有关地震波的几何学、运动学、动力学和统计学特征的物理量。地震属性技术是通过应用研究、算法开发及综合软件系统来提取、储存、可视化、分析、验证及评价地震属性的技术。因此，地震属性技术在岩性和构造解释等方面得到了越来越广泛的应用，特别是在煤、油气资源勘探中具有重要的作用。
一、煤层厚度现状
煤层厚度是指煤层顶板与煤层底板之间的垂直距离。煤层一般在地震勘探中被定义的“薄层”（｛◆┫｝AZ，
为煤层厚度，
为地震波波长），它的反射波是煤层顶底板界面的反射，为层间多次波及转换波等共同作用下的叠加复合波。另外，煤层是一个典型的低速薄层。煤层反射波，是由层内多次波、煤层顶、底板反射波，转换波、多次转换波及邻近围岩中各种反射波形成的复合反射波。在偏移距不太大的条件下，转换波和多次转换波十分微弱，因此煤层的反射波主要是顶、底板反射波的矢量叠加。
如何求取薄层的厚度，众多学者都对其进行了相关的理论研究，并且提出了许多方法。针对薄层问题的进行研究，提出了无限均匀介质中薄层厚度与其薄层反射振幅的关系，首先超越了纯几何的方法求取薄层厚度的界限。继该研究后，许多地质工作者和地球物理工作者围绕薄层厚度的定量解释作了一系列的探索和研究，并取得了较为显著的成绩，诸如准线性法、直接预测法（包括：波阻抗反演、振幅谱法、道积分法、反射波特征点法、子波振幅谱比法、钻孔约束频域定量预测法又称谱距法、反射波振幅谱和振幅谱平方比法、陷频法、子波主频及振幅谱反演法等）、统计分析法（地质统计法、人工神经网络预测法）。
在80年代，我国许多煤田地震工作者根据其薄层理论，运用振幅法进行了煤层厚度变化趋势的研究。80年代后期，运用煤层反射波综合特征参数（包括能量、振幅、能量比）进行煤层厚度的估算。另外，根据煤层厚度和反射波振幅或能量成准线性的关系，利用反射波振幅参数来估算煤层厚度；同时根据薄层理论，推导出煤层厚度与反射波频率域参数之间的近似线性关系，直接反演煤层厚度（谱矩法和振幅谱平方比法）。这些方法都是基于某种或几种地震属性参数进行煤层厚度预测，对地震属性的研究还不够深入，没有考虑到煤层为厚煤层（煤层合并）的情况，对不同的煤厚与地震属性灵敏度研究不够，都是运用某种或几种地震属性参数进行煤层厚度预测，势必影响煤层厚度的预测精度。此外，运用多元多项式回归及BP人工神经网络方法，可实现对煤层厚度的定量预测。
二、煤厚的频率调谐效应
煤层在地质上是一个岩性、厚度横向较稳定、连续性好的岩层。在地震特性上是一个低速、低密度的夹层，一般当界面反射系数≥0.1时，认为煤层为强反射界面，顶、底界面反射系数大小相差不大，但其极性相反。
当煤层层厚（
）＜
/4时（
为波长），属于薄反射层的范畴，即煤层顶、底界面的反射不能分辨，最终形成复合反射波。煤层厚度对地震波振幅具有调谐效应：即参与复合（叠加）的顶、底两个反射波间的相位差=时差／
，煤层厚度不同时，时差不同，叠加后的合成振幅也不同，此效应即煤层的厚度调谐作用。根据煤厚的调谐理论可知，当煤层厚度较薄，即
＜
/4时相长干涉，合成地震波振幅与煤厚近似正比的关系；当
＝
/4时，合成地震波振幅达到最大极值；特别当
＜
/8时，煤厚与相应反射波振幅呈线性关系。而不同频率的单谐波对应的时差不同，合成的振幅也不相同，即存在煤层厚度的频率调谐作用。
三、地震地质概况
某区地形复杂，地表最大高差349m，主要可采煤层为煤5和煤8两层。煤5层厚度0～3.46 m，平均1.57m：煤8层在局部分叉为煤8-1和煤8-2两个分层。煤8-1分层厚度为0～5.6m，平均厚度为2.24m；煤8-2分层厚度为0.88～12.32m，平均厚度为7.09m；区内钻孔均达到可采厚度，属较稳定的可采煤层。煤5和煤8-1间平均间距为35.3m，煤8-2与8-1平均间距8.69m。
在地震资料采集中通过多井组合、大药量、高叠加次数等手段，最终获得了信噪比较高的三维数据体，两个主要煤层反射波特征明显，连续性好，信噪比较高。煤5层形成T5波，煤8-1层与煤8-2层形成复合反射波（T8波），通过频谱分析可知煤层反射波的频带宽度为20～80Hz，主频为25Hz。煤层反射波的速度为2200m/s，波长为88m，煤层厚度小于
／4。
四、属性提取及相关分析
1、单因素相关分析。沿追踪的煤5反射波和煤8反射波层位向上和向下各10ms开时窗，提取了与振幅、频率相关的多种地震属性，将区内可利用钻孔厚度与属性进行相关计算后。与煤5层厚度相关性较好（相关系数大于0.4）的有平均振幅、振幅和、中心频率、主频、高频斜度5个属性，与煤8层厚度相关性较好（相关系数大于0.5）的有中心频率、主频、高频斜度、瞬时频率4个属性。
2、属性间相关分析。为了提高可信度，对与煤厚相关系数较大的地震属性进行互相关分析，将相关值较大的地震属性进行合并，以保证用于预测的地震属性具有相对独立性。另外，与煤层厚度相关性较好的几个属性之间存在以下情况：振幅属性之间具有高度相关性，频率属性之间具有高度相关性，振幅与频率属性相关性很差。对于煤5层优选出平均振幅和中心频率两个属性，煤8层优选出中心频率一个属性做线性回归分析。
3、线性回归分析。煤8层所有可利用的钻孔煤层厚度与优选的中心频率属性之间的线性相关系数为0.61，有部分点离线性回归中心较远。通过分析发现，这些钻孔位于断裂附近或在勘探区边界外，其原因为受断裂构造或叠加次数较低的影响，资料信噪比和保真度降低，从而导致相关性较差。所以需要将这些异常点剔除来进一步提高相关性。具体情况为：序号为1、25、43、44号点在区外，9、23号点位于断层附近，17号点原因不明（图1）。在剔除异常点后，再进行线性回归分析。可看到拟合度达到了82.9％，煤层厚度与中心频率基本呈负线性关系。对于煤5层，除了要剔除在断裂附近和区外的点，还要剔除掉煤层厚度小于0.5m的一些点，造成这些厚度小于0.5m点的异常原因可能为激发条件差，难以形成反射波，或从物理地震学的角度说厚度太小，本身难以形成较强的反射波。在异常点剔除后，煤5层的厚度与振幅和频率属性的线性相关性显著提高。
图1 钻孔与断裂分布情况
五、预测结果的误差分析
通过上述分析，对煤5层利用两种属性形成线性拟合方程，对煤8层利用一种属性形成线性拟合方程，分别对两层煤的厚度进行预测，从煤8层的预测厚度与误差统计结果可知，参与计算的钻孔共有38个，相对误差大于50％的有6个，约占参与计算钻孔的15％，其余误差大都小于30％。因此，煤层厚度预测结果基本反映了该区煤层厚度的变化趋势。
六、结语
地震属性技术作为地震信号研究的一个重要方面，已被广泛应用于地震构造解释、地层分析、油藏特征描述及油藏动态检测等各个领域。同时，地震属性技术在解决细微构造、各种岩性问题方面显示出其优越性。当煤层厚度发生变化时，相应地段的反射波所包含的频率、振幅等属性特征亦会随之产生变化，因此，利用地震属性资料能帮助进行煤层厚度的预测。
参考文献：
[1]杨瑞昭.地震属性及其在煤层厚度预测中的应用[J].中国矿业大学学报，2014（05）．
[2]常锁亮.地震属性在煤层厚度预测上的分析与应用[J].科学技术与工程，2015（34）．
[3]孙渊.地震属性参数在煤层厚度预测中的应用[J].煤田地质与勘探，2014（02）．
论文作者:刘运超
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签：煤层论文; 厚度论文; 振幅论文; 属性论文; 反射论文; 薄层论文; 频率论文; 《基层建设》2018年第31期论文;