岩浆岩侵入煤层范围的地震解释方法

第42卷 第2期 煤田地质与勘探

Vol. 42 No.2

2014年4月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Apr . 2014

收稿日期: 2012-12-21

基金项目:国家自然科学基金与神华集团有限责任公司联合资助项目(U1261202)

作者简介:崔大尉(1985—)，男，北京人，博士研究生，从事煤田地震勘探理论与方法研究.

文章编号: 1001-1986(2014)02-0076-04

岩浆岩侵入煤层范围的地震解释方法

崔大尉1,2邨，于景2，戴方尧1,2

(1. 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏 徐州 221008；

2. 中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116)

摘要: 确定岩浆岩侵入煤层的边界对煤矿安全生产十分重要。利用钻孔资料和岩浆岩的高波阻抗、高频和波形异常等地震波动力学信息，提出了岩浆岩侵入煤层的地震反演、地震相分析和谱分解等3种岩性解释方法。并运用这些方法在安徽淮北矿区某矿利用实际三维地震资料界定岩浆侵入8煤层的范围，取得了好的效果。研究认为，确定岩浆侵入煤层的范围时，当研究区域内具有较多的钻井和测井资料时(3~4个/km 2)，建议使用地震反演方法；而研究区域内钻井数目较少或缺乏测井资料时，建议综合使用地震相分析和谱分解方法。

关 键 词：岩浆岩；三维地震；地震反演；地震相分析；谱分解

中图分类号：P631 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.02.016

Seismic interpretation method for the magmatic intrusion extent in coal seams

CUI Dawei 1,2, Y u Jingcun 2, DAI Fangyao 1,2

(1. Gas Resources & Reservoir Formation Process , Xuzhou 221008, China ;

2. College of Resource and Earth Sciences , China University of Mining and Technology , Xuzhou 221116, China ) Abstract: The magmatic intrusion in the coal seams brings about a great effect on coal safe production, so it is very important to locate the boundary of the magmatic intrusion in coal. In this paper, the seismic interpretation method for the magmatic intrusion in the coal is put forward, including three kinds of lithology interpretation methods, i.e. seismic inversion, seismic face analysis and spectrum decomposition. The property of the method is to utilize comprehensively drilling data and seismic dynamic information of high impedance, high frequency and waveform difference. The practical 3D seismic data in a coal mine, Huaibei, Anhui Province are interpreted with the method, and reliable geological basis is supplied for the boundary of the magmatic intrusion in coal.

Key words: magmatic rocks; 3D seismic; seismic inversion; seismic face analysis; spectrum decomposition

岩浆岩侵入煤层的现象在我国东部煤田普遍存在，其对煤矿安全生产影响极大。这主要表现为：a. 受岩浆岩侵入煤层的影响，煤的变质程度增高，产生瓦斯和硫化氢，加之岩浆岩本身透气性差，不利于瓦斯排放，容易造成矿井瓦斯突出；b. 岩浆岩一般以岩床状侵入煤层，岩浆岩在形成过程中冷却收缩产生的裂隙易造成煤层顶/底板突水；c. 岩浆岩的侵入导致煤质变差、煤层天然焦化、煤层结构复杂或完全不可采；d. 岩浆岩的硬度很大，在掘进和开采过程降低了采掘设备的使用寿命。

准确界定岩浆岩侵入煤层的边界，以往主要依靠钻孔资料来解释，虽然钻孔资料纵向分辨率很高，但毕竟数目太少，影响了岩浆岩侵入边界的圈定精度。三维地震勘探资料具有大面积密集采集信息的优势，

可以从平面和立体角度研究地层构造和岩性变化。

很多学者尝试利用不同的岩性地震解释方法进行这方面的研究工作。李仁海等[1]利用地震反演和谱分解方法圈定了崔庄煤矿3煤层的岩浆岩侵入带；钱进等[2]利用波阻抗反演信息预测了刘桥矿区6煤层岩浆岩侵入范围；孙学凯等[3] 、王远等[4]分别提出了利用地震相分析方法解决岩浆岩侵入煤层范围的构想。

在此基础上，笔者提出了岩浆岩侵入煤层的地震解释方法，具体包括地震反演、地震相分析和谱分解等3种岩性解释方法。

1 岩浆岩侵入煤层的特征

1.1 地质特征

岩浆岩通常是从地壳薄弱地带侵入，断层面易

第2期

崔大尉等: 岩浆岩侵入煤层范围的地震解释方法 · 77 ·

成为岩浆岩侵入的通道，而岩浆岩侵入之后所产生的断层可能切割岩浆岩体[5]。图1为岩浆岩侵入煤层示意图。

1.2 地球物理特征

煤系中，岩浆岩与其他主要沉积岩层的物理性质差异较大，见表1。

图1 岩浆岩侵入煤层示意图

Fig.1 Sketch of the magmatic intrusion in coal

表1 煤系中常见岩石物性参数

Table 1 Geophysical parameters of common rocks in the

coal-bearing strata

岩石类型

纵波速度 V p/(m·s −1) 密度

ρ/(g·cm −3)

泊松比 σ 孔隙度 /% 煤 1 800~2 600 1.1~1.7 0.370~0.450

0~25.00

泥岩 1 830~3 960 1.9~2.4 0.280~0.450 5.00~25.00砂岩

3 720~

4 900

2.1~2.8 0.170~0.350

3.00~15.00石灰岩 6 400~7 000 2.7 0.220~0.300 2.00~2.50岩浆岩 4 500~6 500

2.5~

3.7

0.198~0.300 1.00~3.00

从表1中可以看出，岩浆岩与沉积岩相比，主要差异在于纵波速度和密度，即岩浆岩的波阻抗与围岩存在差异。这种物性差异为利用地震信息解决岩浆岩侵入煤层问题奠定了地球物理基础。

2 岩性地震解释方法

2.1 地震反演

地震反演是岩性地震勘探的重要方法之一，其利用了钻孔测井数据的高纵向分辨率对井旁地震道进行约束反演，同时对井间地震资料进行反演，推断地层的横向变化情况。

目前，主要使用基于模型的地震反演方法，其建立在地震褶积模型的基础之上[6]。该方法是从测井资料出发，依据钻井分层数据和时深关系对井进行精细时深标定，建立初始波阻抗模型，再将该初始模型与实际地震资料作对比，然后反复修改模型

直至最佳逼近实际地震资料，得到最终模型[7]。其反演结果为波阻抗数据体，因此也称为波阻抗反演。

岩浆岩与煤层的物性(包括速度、密度和电阻率)差异较大，根据这种物性差异可以解决岩浆岩侵入煤层边界问题。解释依据有3点：a. 波阻抗差异，煤层的波阻抗小，岩浆岩的波阻抗大；b. 煤层波阻抗的不连续性，岩浆岩侵入煤层后，煤层波阻抗不连续；c. 煤层顶/底板的岩性变化，当煤层的直接顶/底板为岩浆岩时，其波阻抗值变高。

2.2 地震相分析

地震相分析是建立在地震道波形特征识别和分类基础上的。地震道的波形包含了频率、振幅、相位、能量等多种地震属性。地震相分析技术能较好地刻画地震信号的总体变化特征和这种变化的分布规律[9]。

地震相划分主要是依据波形分类法。波形分类方法是一种建立在神经网络技术上的地震道波形的分类方法。该方法是将地震道波形两采样点之间值的变化进行分类，求取层段内梯度变化值，得到梯度序列，然后进行归一化和神经网络分析，建立的模型序列能代表全区地震道变化，最后依据模型序列对地震道进行分类[10]。

岩浆岩侵入煤层，使煤层的物性发生变化，岩浆岩与煤层的物性差异使得二者的地震波形不同，因此利用地震相分析可以对他们进行分类，并区分岩浆岩侵入煤层边界。

2.3 谱分解

谱分解的理论基础是薄层反射系统可产生复杂的谐振反射，利用薄层反射的频率属性可指示厚度变化。谱分解技术就是利用薄层调谐体离散频率特性，通过分析复杂岩层内频谱变化和局部相位的不稳定性，识别薄地层的横向分布特征，包括局部岩体的变化情况[11-12]。

岩浆岩侵入煤层使得局部岩体发生变化。因此，利用谱分解技术能有效地评价局部岩体变化的平面展布。 3 应用实例

安徽淮北矿区某矿岩浆岩侵入现象十分严重。某采区勘探面积4.3 km 2，共有17个钻孔，其中1-3孔、s11孔和s12孔在8煤层处为岩浆岩。2011年在该区进行了三维地震勘探工作，以解决煤层的构造问题。而利用反射波的运动学特征无法圈定岩浆岩的分布范围，给生产带来很大的影响。

3.1 地震反演与解释

该煤矿主要可采煤层为7、8煤层，煤层与其顶