CN111983690A - 一种煤层顶板砂岩分布地球物理预测方法 - Google Patents

一种煤层顶板砂岩分布地球物理预测方法 Download PDF

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苏龙
刘鹏
赵立朋
李晋慧
荆亮
孟凡彬
袁伟娜
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Yangquan Coal Industry Group Co Ltd
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Yangquan Xinyu Soil Engineering Co ltd
Yangquan Coal Industry Group Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种煤层顶板砂岩分布地球物理预测方法，其包括以下步骤：S1、测井曲线数字化、标准化；S2、提取子波提取、制作合成地震记录，以及进行层位对比追踪；S3、建立地质框架模型；S4、稀疏脉冲反演得到波阻抗体；S5、测井曲线联合进行岩性分析；S6、提取各层段的地震属性；S7、通过岩性与波阻抗共同约束结合地震资料进行空间变量统计，进行随机建模，形成先验概率密度函数；S8、通过基于贝叶斯判别的MCMC循环，形成后验概率密度函数；S9、与实见对比，如反演结果与实见匹配不好，则重复S7、S8，调节概率密度函数；如反演结果与实见匹配好，则可输出反演结果，用反演结果指导生产实践。本发明之方法精确度高。

Description

一种煤层顶板砂岩分布地球物理预测方法
技术领域
本发明专利涉及煤炭勘测技术领域，尤其是涉及一种煤层顶板砂岩分布的预 测方法，适用于煤层顶板砂岩分布情况的预测。
背景技术
近年来，煤矿采区开始引入盾构机，但是由于对岩巷岩性了解不准确，不当 的岩巷路径布设，错误的切割刀配置，经常会造成切割刀的损害，极大的增加了 煤矿开采成本，导致矿方损失千万甚至上亿，同时也耽误了掘进的进度。煤矿企 业迫切需求巷道岩性的提前精细刻画。目前对于煤层顶板砂岩分布的预测主要采 用波阻抗反演、叠前弹性阻抗反演、叠前弹性参数反演等方法。
1、在煤矿生产过程中，对岩性的分布预测比油气田要求更加精细、精准， 而上述三种常规煤层顶板砂岩分布情况预测方法精确度不够，精确度不够的原因 是由算法决定，目前常规的方法是递推或者递归的算法，会造成误差的累积，反 演结果往往只能识别10m以上的砂岩，无法指导煤矿岩巷布设。
2、煤矿往往没有横波测井资料，叠前弹性阻抗反演、叠前弹性参数反演往 往缺少准确的横波速度预测，导致反演结果可信度降低。
以上缺点阻碍了煤矿的安全、高效生产。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术之不足，提供一种新型的煤层顶板砂岩分布 预测方法，可有效提高煤层顶板砂岩分布预测精度的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种煤层顶板砂岩分布地球物理预测方法，其包括以下步骤：
S1、测井曲线数字化、标准化；
S2、提取子波提取、制作合成地震记录，以及进行层位对比追踪；
S3、建立地质框架模型；
S4、稀疏脉冲反演得到波阻抗体；
S5、测井曲线联合进行岩性分析；
S6、提取各层段的地震属性；
S7、通过岩性与波阻抗共同约束结合地震资料进行空间变量统计，进行随机 建模，形成先验概率密度函数；
S8、通过基于贝叶斯判别的MCMC循环，形成后验概率密度函数；
S9、与实见对比，如反演结果与实见匹配不好，则重复S7、S8，调节概率 密度函数；如反演结果与实见匹配好，则可输出反演结果，用反演结果指导生产 实践。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明专利充分利用煤矿采区实见资料丰富，以一种煤层顶板砂岩分布地球 物理预测的方法，可以提高煤层顶板砂岩分布预测的精确程度，为煤矿的高效、 安全生产提供技术支持。
附图说明
图1、图2为本发明实施例X矿自然伽马测井标准化前后对比图；
图3中，左为地震数据，中为合成地震记录，右为测井资料；
图4为本发明实施例的框架模型示意图；
图5为波阻抗连井剖面图；
图6为本发明实施例的XX矿的岩性划分门槛值示意图；
图7为本发明实施例的XX矿的直方图，表示各岩性的值域与所占比例；
图8为本发明实施例的xx矿井的岩性结果示意图，粗线为密度测井、细线 为自然伽马测井；
图9为本发明实施例的XX矿的T3-T8+9段岩性变差函数调节示意图；
图10为本发明实施例的T3-T8+9段阻抗变差函数调节示意图；
图11为本发明实施例的砂岩概率密度函数连井剖面，曲线为自然伽马测井；
图12为本发明实施例的南回风巷对应位置砂岩概率密度函数剖面示意图；
图13为本发明实施例的南回风巷对应位置岩性概率密度函数剖面示意图。
具体实施方式
1、数据准备工作：主要准备井位、井轨迹、钻孔分层、测井曲线(包括自 然伽马测井、补偿密度测井、声波时差测井等)、地震数据；并对测井曲线进行 数字化、标准化；所述数字化的目的在于：由于煤田测井资料多为纸质资料，因 此需要将纸质资料进行扫描，利用数字化软件，如ndslog，进行数字化；所述标 准化的目的在于：如果测井是不同时间进行，采集仪器、处理方式不用，往往各 井间的数据差异较大，因此需要进行标准化；
2、子波提取与合成地震记录的制作：首先用地震统计子波作为初始子波与 测井反射系数褶积得到合成地震记录，由合成地震记录与原始地震记录进行井震 标定，调整(使合成地震记录与地震资料对应，包括反射波位置与能量强弱(如 图3)时深关系后提取新的子波，再标定，再提取…，反复迭代，通过合成记录 标定层位，进行层位追踪解释；地震统计子波是从地震资料中提取的，属于常规 方法；所述的用地震统计子波作为初始子波与测井反射系数褶积得到合成地震记 录，属于常规地震理论，地震记录S(t)＝地震子波E(t)*反射系数R(t)；所 述的通过合成记录标定层位，具体为：如图3，合成地震记录和地震资料对应好 了，井上有分层3d、8d、15d，这样就知道该层位对应的地震反射波了，实现标定；
3、建立框架模型：以XX矿为例，研究层位为T3、T8+9、T15，建立的框 架模型由下往上依次为T3向上40ms、T3、T8+9、T15、T15向下20ms，网格 采用横向20m×20m，纵向上为1ms；
4、井约束稀疏脉冲反演：利用井约束稀疏脉冲反演得到能够展示研究区地 层的韵律性的反演成果(反演成果为波阻抗体，如图5波阻抗连井剖面)，该反 演成果应能识别较厚煤层与大套砂、泥岩，该结果可以用于后续步骤6、7的约 束条件；
5、岩性分析：通过交会图与直方图分析，确定研究岩性的门槛值(主要是 砂岩、泥岩、煤岩)：以XX矿为例，该区的测井曲线有密度、纵波速度、自然 伽马，通过曲线间的交汇分析，可以确定岩性划分门槛值，如图6所示，以密度 值2.1g/cm3为划分煤层和砂、泥岩的临界值，密度值<2.1g/cm3划分为煤岩，密 度值≥2.1g/cm3划分为砂、泥岩，以自然伽马值48API为划分砂、泥岩的临界值， GR≥48API划分为砂岩，GR<48API划分为泥岩，通过直方图分析可以看出各岩 性的值域与所占比例，如图7所示；图8就是xx井用上述门槛值划分的岩性结 果，具体为：以密度值2.1g/cm3为划分煤层和砂、泥岩的临界值，密度值<2.1g/cm3划分为煤岩，密度值≥2.1g/cm3划分为砂、泥岩，以自然伽马值48API为划分砂、 泥岩的临界值，GR≥48API划分为砂岩，GR<48API划分为泥岩；
6、地震属性提取：提取框架模型中各层段的地震属性，可以提取平均瞬时 振幅、均方根振幅，提取属性可以为图9、图10中变差函数分析提供参考；
7、相控地质统计分析：包括岩性变差函数分析(如图9所示)与波阻抗变 差函数分析(如图10所示)；变差函数分析包括横向变差函数和纵向变差函数分 析，横向变差函数变表征了地质体的大小，纵向变差函数表征了地质体厚度，前 者可由地震属性资料分析而得，后者可以从井曲线获得；变差函数分析时尽量让 近处的点匹配，且整体上满足趋势；
8、地质统计学反演：通过先验的统计学参数经过贝叶斯判别，综合测井、 地质统计、地震形成后验的统计学参数(Jason软件里的嵌套反演模块，需要的关 参数就是变差函数分布，图9、10就是在求取变差函数)，然后通过马尔科夫链 蒙特卡洛算法(MCMC)形成优化的储层表征概率密度函数；
9、得到反演结果：与测井曲线对比(如图11所示)或者实见岩性分布对比 (见图12、图13所示)，验证反演结果的精准度，反演结果为各岩性的概率密 度函数与岩性组合分布概率密度函数，概率高说明该位置是该岩性的概率高。
对比可知，该方法的预测结果与测井和实见巷道岩性分布匹配良好，可以识 别1m以上的薄砂岩或者泥岩夹层。

Claims (5)

1.一种煤层顶板砂岩分布地球物理预测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、测井曲线数字化、标准化；
S2、提取子波提取、制作合成地震记录，以及进行层位对比追踪；
S3、建立地质框架模型；
S4、稀疏脉冲反演得到波阻抗体；
S5、测井曲线联合进行岩性分析；
S6、提取各层段的地震属性；
S7、通过岩性与波阻抗共同约束结合地震资料进行空间变量统计，进行随机建模，形成先验概率密度函数；
S8、通过基于贝叶斯判别的MCMC循环，形成后验概率密度函数；
S9、与实见对比，如反演结果与实见匹配不好，则重复S7、S8，调节概率密度函数；如反演结果与实见匹配好，则可输出反演结果，用反演结果指导生产实践。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1具体包括：准备井位、井轨迹、钻孔分层、测井曲线、地震数据；并对测井曲线进行数字化、标准化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2具体包括：首先用地震统计子波作为初始子波与计算的井上波阻抗褶积得到合成地震记录，由合成地震记录与原始地震记录进行井震标定，调整时深关系后提取新的子波，反复标定和提取，反复迭代，通过合成记录标定层位，进行层位追踪解释。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4具体包括：利用井约束稀疏脉冲反演得到能够展示研究区地层的韵律性的反演成果，该反演成果应能识别较厚煤层与大套砂、泥岩。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S6所述的提取各层段的地震属性，具体包括提取平均瞬时振幅和均方根振幅。
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