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摘要：说明了稀疏脉冲反演方法的原理、分析了反演过程中需要准备的基础资料和需要注意的关键环节，采用该方法对研究区煤层顶板砂岩进行预测，获得了砂岩的分布规律，经钻井验证可知效果较好。
关键词：煤层；砂岩；反演
Abstract：this paper explains the principle of sparse pulse inversion method，analyzes the basic data to be prepared and the key steps to be used in the inversion process，and uses this method to predict the coal seam roof sandstone in the research area，and obtains the distribution of sandstone. The results are consistent with drilling data.
Keywords：coal；Sandstone；inversion
序言
煤田地震勘探主要目标为煤层的展布、断层的发育程度、顶底板含水性等[1-3]。顶板的含水性与砂质含量有直接的关系[4-5]，因此，寻找顶板砂岩的分布规律是煤田地震勘探的一个重点，本文针对煤层顶板砂岩的地质特点提出采用约束稀疏脈冲反演的方法来预测。
1 研究区概况
研究区位于陕北黄土高原北端，毛乌素沙漠东南缘，被第四系风积沙和风沙滩地所覆盖，以风蚀风积沙漠丘陵地貌为主，表、浅层地震地质条件较差。含煤地层为延安组，共9层煤层，可采煤层为2号、3-1号、4-2号、5号煤层，局部可采煤层为7号、8号、9号煤层。其中2号煤层赋存于延安组第四段顶部，为区内最厚的主采煤层，煤层厚度为2.01～4.26m，局部夹一层粉砂岩夹矸。煤层顶板岩性主要为细粒砂岩、粉砂岩，次为泥岩或中粒砂岩。研究区未发现规模较大的褶皱、断裂，仅存在落差较小的断层。
2 方法原理
约束稀疏脉冲反演主要采用地震道振幅计算出波阻抗模型，根据一个快速趋势约束脉冲反演算法，用地震解释层位和测井约束控制波阻抗的趋势和幅值范围，产生一个宽带结果，恢复了缺失的低频和高频部分。约束稀疏脉冲反演以地震频带为主，基于地震道的反演方法，反演结果的分辨率及可靠程度主要依赖于地震资料本身品质。在地震资料反演之前必须做好低频模型的建立、子波提取，约束条件及质量控制参数选取等工作，其直接影响地震反演结果。具体反演流程如图1。
3 基础数据准备
3.1 测井资料处理
稀疏脉冲反演需要测井资料具有较准确的声波和密度曲线，而研究区测井资料ZLG-3孔没有密度曲线，其他具有密度曲线的测井资料幅值不在相同的范围内，并且声波资料普遍缺乏。原始的测井资料存在的问题需要我们做的工作主要包括三个方面，第一，缺乏密度曲线的预测；第二，现有密度曲线标准化；第三，声波曲线的估算。
3.2 地震资料解释
地震资料解释是一个从地震资料转化为地质成果的过程，通过人工对主控剖面的解释，确定主要反射波对应的地质层位、划分整体构造形态、断层展布规律。地震时间剖面的解释方法是利用时间剖面上同相轴的波形、振幅强度、波组特征、时差等特征进行综合对比。利用区内钻孔资料制作人工合成地震记录，将它和过钻孔的时间剖面对比来确定反射波的地质属性。
层位解释主要根据地震资料在平面上主测线、联络线相交构成测网、形成时间域三维空间的特点，解释采用以垂直时间剖面为主、水平切片为辅的方法，在反射波的对比追踪中，运用波组、波系的关系，先选取本区连续性好的、能量强的、波形稳定的强相位进行追踪对比，然后采用主测线、联络线相交的交点互做闭合检查。
断点的主要标志有反射波同相轴错断，同相轴产状突变，强相位转换，分叉，相位突然增多或减少等。首先解释出断点位置，再将断点组合并确定出断层产状等来解释断层。
4 反演关键环节
4.1 子波提取
在反演过程中，利用地质分层与解释的地震层位关系，通过子波估算和层位标定交互迭代技术获取最佳标定和最优子波。首先根据地震资料的频谱，设计雷克子波，进行层位初步标定；然后采用单井多道子波提取方法从地震数据中分别求取各井地震子波，进行层位精细标定；最后计算平均子波进行反演。
4.2 低频模型建立
由于地震采集系统的限制，地震直接反演结果中一般不包含10Hz以下的低频成分，须从测井资料提取予以补偿。从地震资料出发，以测井资料和钻井数据为基础，建立基本反映沉积体地质特征的低频初始模型。在地震反演中，初始地质模型的合理建立是很重要的，特别是对模型反演来说，反演结果的好坏很大程度上由初始模型即先验地质认识决定，因此，建立初始模型是做好基于模型反演的关键。建立尽可能接近实际地层条件的初始波阻抗模型，是减少其最终结果多解性的根本途径。测井资料在纵向上详细揭示了岩层的变化细节，地震资料则连续记录了界面的横向变化，二者的结合，为我们精确地建立空间波阻抗模型提供了必要的条件。
4.3 反演过程参数选取
稀疏性约束因子、地震信噪比、能量因子、子波刻度因子和合并频率五个主要敏感参数在反演中起着至关重要的作用，经过多次反复测试，最终得到的测试值。
5 反演结果
绝对波阻抗数据中的低频信息主要来自于由测井曲线内插得到阻抗体，因此，设计一个低通滤波器，对初始地质模型的低频波阻抗体进行低通滤波，将滤波后的结果与约束稀疏脉冲反演的带限波阻抗体合并，产生一个宽频带的绝对波阻抗数据体，中、低频地震道合并，使其既含有与地震频带相当的频带成分，又含有丰富的低频信息，拓宽了频带，能更好地反映地层的属性变化。图2为2号煤层顶板砂体分布图，可知北部中粒砂体最为发育，南部为砂泥岩薄互层，与钻孔资料一致。
6 结论
研究显示稀疏脉冲反演方法适合于研究区的地质特征，与钻井资料相吻合，可以达到研究区中粗粒砂岩的预测目标，但稀疏脉冲反演精度相对较低，适合于大套地层的识别，针对薄层、薄互层或岩性差异小的目的层，需要结合属性，叠前反演等多种方法、相互验证，综合对研究区目的层进行预测。
参考文献：
[1]彭刘亚，崔若飞，任川. 多参数岩性地震反演在识别煤层顶板砂岩中的应用——以新景煤矿为例[J]. 地球物理学进展，2013，28（04）：2033-2039.
[2]赵宝峰. 煤层顶板砂岩含水层疏放水效果评价[J]. 矿业安全与环保，2013，40（06）：36-38.
[3]刘德民，连会青，韩永，李飞. 基于概率神经网络的煤层顶板砂岩含水层富水性预测[J]. 煤炭技术，2014，33（09）：336-338.
[4]谌伦建，吴忠，秦本东，顾海涛. 煤层顶板砂岩在高温下的力学特性及破坏机理[J]. 重庆大学学报（自然科学版），2005（05）：123-126.
[5]代革联，陈通，靖伟伟，曹丁涛，赵芳娣. 兖州矿区3号煤层顶板砂岩含水层水文地质特征研究[J]. 西安科技大学学报，2008，28（04）：668-673.
作者简介：
王千遥，男，安徽淮北，汉族，硕士研究生学历，助理研究员，研究方向：三维地震解释、反演。
关键词：煤层；砂岩；反演
Abstract：this paper explains the principle of sparse pulse inversion method，analyzes the basic data to be prepared and the key steps to be used in the inversion process，and uses this method to predict the coal seam roof sandstone in the research area，and obtains the distribution of sandstone. The results are consistent with drilling data.
Keywords：coal；Sandstone；inversion
序言
煤田地震勘探主要目标为煤层的展布、断层的发育程度、顶底板含水性等[1-3]。顶板的含水性与砂质含量有直接的关系[4-5]，因此，寻找顶板砂岩的分布规律是煤田地震勘探的一个重点，本文针对煤层顶板砂岩的地质特点提出采用约束稀疏脈冲反演的方法来预测。
1 研究区概况
研究区位于陕北黄土高原北端，毛乌素沙漠东南缘，被第四系风积沙和风沙滩地所覆盖，以风蚀风积沙漠丘陵地貌为主，表、浅层地震地质条件较差。含煤地层为延安组，共9层煤层，可采煤层为2号、3-1号、4-2号、5号煤层，局部可采煤层为7号、8号、9号煤层。其中2号煤层赋存于延安组第四段顶部，为区内最厚的主采煤层，煤层厚度为2.01～4.26m，局部夹一层粉砂岩夹矸。煤层顶板岩性主要为细粒砂岩、粉砂岩，次为泥岩或中粒砂岩。研究区未发现规模较大的褶皱、断裂，仅存在落差较小的断层。
2 方法原理
约束稀疏脉冲反演主要采用地震道振幅计算出波阻抗模型，根据一个快速趋势约束脉冲反演算法，用地震解释层位和测井约束控制波阻抗的趋势和幅值范围，产生一个宽带结果，恢复了缺失的低频和高频部分。约束稀疏脉冲反演以地震频带为主，基于地震道的反演方法，反演结果的分辨率及可靠程度主要依赖于地震资料本身品质。在地震资料反演之前必须做好低频模型的建立、子波提取，约束条件及质量控制参数选取等工作，其直接影响地震反演结果。具体反演流程如图1。
3 基础数据准备
3.1 测井资料处理
稀疏脉冲反演需要测井资料具有较准确的声波和密度曲线，而研究区测井资料ZLG-3孔没有密度曲线，其他具有密度曲线的测井资料幅值不在相同的范围内，并且声波资料普遍缺乏。原始的测井资料存在的问题需要我们做的工作主要包括三个方面，第一，缺乏密度曲线的预测；第二，现有密度曲线标准化；第三，声波曲线的估算。
3.2 地震资料解释
地震资料解释是一个从地震资料转化为地质成果的过程，通过人工对主控剖面的解释，确定主要反射波对应的地质层位、划分整体构造形态、断层展布规律。地震时间剖面的解释方法是利用时间剖面上同相轴的波形、振幅强度、波组特征、时差等特征进行综合对比。利用区内钻孔资料制作人工合成地震记录，将它和过钻孔的时间剖面对比来确定反射波的地质属性。
层位解释主要根据地震资料在平面上主测线、联络线相交构成测网、形成时间域三维空间的特点，解释采用以垂直时间剖面为主、水平切片为辅的方法，在反射波的对比追踪中，运用波组、波系的关系，先选取本区连续性好的、能量强的、波形稳定的强相位进行追踪对比，然后采用主测线、联络线相交的交点互做闭合检查。
断点的主要标志有反射波同相轴错断，同相轴产状突变，强相位转换，分叉，相位突然增多或减少等。首先解释出断点位置，再将断点组合并确定出断层产状等来解释断层。
4 反演关键环节
4.1 子波提取
在反演过程中，利用地质分层与解释的地震层位关系，通过子波估算和层位标定交互迭代技术获取最佳标定和最优子波。首先根据地震资料的频谱，设计雷克子波，进行层位初步标定；然后采用单井多道子波提取方法从地震数据中分别求取各井地震子波，进行层位精细标定；最后计算平均子波进行反演。
4.2 低频模型建立
由于地震采集系统的限制，地震直接反演结果中一般不包含10Hz以下的低频成分，须从测井资料提取予以补偿。从地震资料出发，以测井资料和钻井数据为基础，建立基本反映沉积体地质特征的低频初始模型。在地震反演中，初始地质模型的合理建立是很重要的，特别是对模型反演来说，反演结果的好坏很大程度上由初始模型即先验地质认识决定，因此，建立初始模型是做好基于模型反演的关键。建立尽可能接近实际地层条件的初始波阻抗模型，是减少其最终结果多解性的根本途径。测井资料在纵向上详细揭示了岩层的变化细节，地震资料则连续记录了界面的横向变化，二者的结合，为我们精确地建立空间波阻抗模型提供了必要的条件。
4.3 反演过程参数选取
稀疏性约束因子、地震信噪比、能量因子、子波刻度因子和合并频率五个主要敏感参数在反演中起着至关重要的作用，经过多次反复测试，最终得到的测试值。
5 反演结果
绝对波阻抗数据中的低频信息主要来自于由测井曲线内插得到阻抗体，因此，设计一个低通滤波器，对初始地质模型的低频波阻抗体进行低通滤波，将滤波后的结果与约束稀疏脉冲反演的带限波阻抗体合并，产生一个宽频带的绝对波阻抗数据体，中、低频地震道合并，使其既含有与地震频带相当的频带成分，又含有丰富的低频信息，拓宽了频带，能更好地反映地层的属性变化。图2为2号煤层顶板砂体分布图，可知北部中粒砂体最为发育，南部为砂泥岩薄互层，与钻孔资料一致。
6 结论
研究显示稀疏脉冲反演方法适合于研究区的地质特征，与钻井资料相吻合，可以达到研究区中粗粒砂岩的预测目标，但稀疏脉冲反演精度相对较低，适合于大套地层的识别，针对薄层、薄互层或岩性差异小的目的层，需要结合属性，叠前反演等多种方法、相互验证，综合对研究区目的层进行预测。
参考文献：
[1]彭刘亚，崔若飞，任川. 多参数岩性地震反演在识别煤层顶板砂岩中的应用——以新景煤矿为例[J]. 地球物理学进展，2013，28（04）：2033-2039.
[2]赵宝峰. 煤层顶板砂岩含水层疏放水效果评价[J]. 矿业安全与环保，2013，40（06）：36-38.
[3]刘德民，连会青，韩永，李飞. 基于概率神经网络的煤层顶板砂岩含水层富水性预测[J]. 煤炭技术，2014，33（09）：336-338.
[4]谌伦建，吴忠，秦本东，顾海涛. 煤层顶板砂岩在高温下的力学特性及破坏机理[J]. 重庆大学学报（自然科学版），2005（05）：123-126.
[5]代革联，陈通，靖伟伟，曹丁涛，赵芳娣. 兖州矿区3号煤层顶板砂岩含水层水文地质特征研究[J]. 西安科技大学学报，2008，28（04）：668-673.
作者简介：
王千遥，男，安徽淮北，汉族，硕士研究生学历，助理研究员，研究方向：三维地震解释、反演。