3D3C 地震资料在煤系地层岩性预测中的应用

1 识别破碎带，预测含水性

由于横波是剪切波，它的传播速度不受孔隙流体的影响，而尺与岩石骨架的速度有关。因此，当煤系地层受构造作用而破碎时，P波和SV波的速度都会有所降低；而当破碎带中充填流体时，P波速度下降更大，PSV波的速度基本不受影响。这时在纵波和转换横波的剖面上就会产生反射特征的差异。图1是同一段T5反射波（5煤与6煤的复合反射）在纵波和转换横波剖面上的反映。横波对岩性的敏感性和对流体的不敏感性使P波剖面的振幅发生横向变化（对应于破碎带位置），而在PSV波剖面上反映为同相轴的分叉与合并，揭示本段5煤沉积变薄、横向相变的特点。图1a中T7波（7煤、8煤产生的复合波）的振幅变化点表现为反射振幅弱、横向连续性差，且走时增加，这些都是岩层破碎并充填水的缘故；在图1b中T7波分裂为两个同相轴（图中箭头所指），且反射能量较强，但没有产生类似纵波的较大时延。进一步从T12波（12号煤层的反射）的反

图1 P波（a）、PSV（b）剖面的对比识别含水破碎带

射特征上可以看出，T12反射波连续且能量较强，说明破碎带没有延伸到T12波对应的层位处。

2 预测横向相变

不同波型频率特征的差别使转换横波在煤系地层岩性的尖灭点处呈现同常规P波不同的反射特点；同时由于纵横波速的差异，在岩性变化处也会产生不同的反射特征，利用这些反射差异可以识别岩性及岩相的变化。根据钻孔揭露，9煤的底板岩性变化较大。在纵波剖面上，这种沉积相变反映的并不明显，只是在反射振幅上略有变化，而在转换横波剖面上，反射振幅有显著的变化。

3 用速度比预测岩性

由于本区煤系地层沉积相对稳定，层间距变化不大，所以在本研究中使用转换横波和纵波用下式计算层的r值（速度比，无量纲）或层r值。

中国煤矿物探研究

式中：Δt_ps，Δt_ss，Δt_pp分别为转换横波、横波以及纵波的相同层间时差。

这种方法的优点是不需要纯横波资料便可计算纵横波速度比。r与压实作用有关，压实作用越强，r值越小；在不同深度的地层可有很大变化，一般随着深度的增加，r值减小。但在相似条件（如相同深度）下，r变化可指示岩性的变化。一般，r灰岩＞r泥岩＞r砂岩＞r砂质粘_土。当岩石孔隙度增加并含有流体时，横波速度变化很小，纵波速度则明显下降，此时r的高值异常预测流体的存在。在求得速度比后，根据公式可以求解泊松比，并进而求得岩石的弹性模量，包括体积模量K、切变模量μ和杨氏模量E（假设密度已知）。通过计算5～7煤、7～12煤的近似速度比，发现5～7煤间QS10和B34井附近存在两个速度比的高值异常区，这与这两个位置处小断层发育的特点相吻合。同时也发现7煤和12煤间的地层横向岩性变化较大，相变剧烈，这一点同钻孔揭露的煤层顶底板岩性变化相一致。

（本文发表于2003年第1期《地学前缘》）