地震属性预测煤层厚度方法研究及其应用.pdf

分类号 U D C 学校代码8 3 3 0 6 密级 硕士学位论文 地震属性预测煤层厚度方法研究及其应用 R e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no fs e i s m i ca t t r i b u t e s o nc o a ls e a mt h i c k n e s sp r e d i c t i o n 导 学科专业 培养单位 煤炭科学研究总院 2 0 12 年5 月 煤炭科学研究总院学位论文独创性声明和使用授权声明 姓名李刚入学时间 2 0 0 9 ．9毕业时间2 0 1 2 ．5 培养单位 盖章 堪邃登堂硒宜 重医酉塞堑塞医 论文题目地基盾性亟塑9 龌屋厘度友迭盟冠毽墓廛旦密级 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写 的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中标明。 本声明的法律后果由本人承担。 4 论文作者 签名 锄1 。№，o 年多月勘日 学位论文使用授权声明 本人完全了解煤炭科学研究总院关于收集、保存、使用学位论文的规定。本 人愿意按照总院的要求提交学位论文的印刷本和电子版。 总院有权保留学位论文印刷本和电子版，或采用影印、缩印、数字化或其它 复制手段保存论文；总院有权将论文放入总院档案管理部门供查阅。在不以营利 为目的的前提下，总院有权向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸 质版。总院有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。总院有权将学位论 文的标题和摘要汇编出版。保密的论文在解密后遵守此规定。 导师 o 。1 a 年’ 文作者 签名 年占只如E t 辛 咖1 煤炭科学研究总院硕士学位论文 摘要 随着煤矿开采机械化程度大幅度提高，常规通过钻孔内插预测煤层厚度的精度， 已不能满足生产需求，本文试图利用地震属性来定量预测煤层厚度变化趋势。 本文在系统分析现有煤层厚度预测方法及优缺点的基础上，指出了开展煤层厚度 预测方法研究的必要性；结合国内外文献调研成果，对地震属性、煤层厚度及回归分 析应用现状进行了分析评述；讨论了地震属性提取及优化的主要方法；借助于地震数 学模型正演手段，分析了煤层厚度与地震属性的关系，运用相关分析及K ．L 降维压缩 理论优选了用于煤层厚度预测的几种地震属性，将优选属性数据与钻探资料相结合， 依据多元回归理论，实现了模型厚度的定量预测以内蒙古某矿中生代白垩系煤层以 及山西某矿晚古生代山西组煤层为例，预测了不同成煤时期的两个地区煤层厚度变化 趋势，取得了良好的应用效果。 本文主要取得的成果有采用地震属性野值“剔除”、平滑滤波、归一化等预处理 手段，可以去除同种属性数据中非地质原因引起的数据大小异常及不同属性问固有的 量纲差异；对正演模型及不同区域实际资料研究可知，平均振幅、振幅和、半周期能 量、均方根振幅、正振幅和、最大振幅等6 种属性与煤层厚度相关系数较高，采用 K ．L 降维压缩理论实现属性最终优选运用优选的地震属性及钻探资料，依据多元回 归理论定量预测煤层厚度；通过正演模型煤层厚度预测结果误差分析和实际资料预测 结果探采对比，可知本方法预测效果良好。 以上研究表明，地震多属性多元回归预测煤层厚度能够取得较好的应用效果，该 方法具有可行性。 关键词地震属性；相关分析；K ．L 变换；多元回归；煤层厚度 煤炭科学研究总院硕士学位论文 A b s t r a c t W i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o a lm i n i n ge x p l o r a t i o nm e c h a n i z a t i o n ，t h ea c c u r a c yo f r e g u l a rp r e d i c t i o ni nc o a ls e a mt h i c k n e s sb yi n s i d ed r i l l i n gc a n n o tm e e tt h ed e m a n di n p r o d u c t i o n ．T h et h e s i st r i e st og i v eaq u a n t i t a t i v ep r e d i c t i o no fc h a n g i n gt r e n di nc o a ls e a m t h i c k n e s sb y3 - DS e i s m i ca t t r i b u t em a t e r i a l s T h et h e s i sp o i n t so u tt h en e c e s s i t yo ft h er e s e a r c hi nc o a ls e a mt h i c k n e s sp r e d i c t i o n m e t h o d so nt h eb a s i so fas y s t e m a t i ca n a l y s i so fc u r r e n tp r e d i c t i o nm e t h o d so fc o a ls e a m t h i c k n e s sa n dt h e i rm e r i t sa n dd e m e r i t s ．B a s e do nv a s ti n v e s t i g a t i o nd o m e s t i ca n da b r o a d ， a l la n a l y s i sw i t hr e m a r k si si l l u s t r a t e do na p p l i c a t i o ns t a t u so fs e i s m i ca t t r i b u t e ．c o a ls e a l T l t h i c k n e s sa n dr e g r e s ss i t u a t i o n ，a n dad i s c u s s i o no np r i n c i p l em e t h o d so fs e i s m i ca t t r i b u t e e x t r a c t i o na n do p t i m i z a t i o ni sf o l l o w e d ．W i t ht h eh e l po fs e i s m i cm a t h e m a t i c a lm o d e l f o r w a r dm e t h o d ，t h er e l a t i o n s h i po fc o a ls e a mt h i c k n e s sa n ds e i s m i ca t t r i b u t ei sa n a l y z e d ． B ya p p l y i n gr e l e v a n ta n a l y s i sa n dK - Lc h a n g i n gt h e o r y ，t h e s e i s m i ca t t r i b u t ed a t ai s o p t i m i z e df o rc o a ls e a mt h i c k n e s sp r e d i c t i o n ．B yc o m b i n i n gd a t aw i t hd r i l l i n gm a t e r i a l s ， a c c o r d i n gt om u l t i p l er e g r e s st h e o r y , aq u a n t i t a t i v ep r e d i c t i o n o fm o d e lt h i c k n e s si s a c h i e v e d ．L a s t l y , t a k i n gc o a ls e a mi nI n n e rM o n g o l i aa n dac e r t a i nc o a ls e a mi nS h a n x i P r o v i n c ea se x a m p l e st h ec h a n g i n gt r e n di nc o a ls e a mt h i c k n e s sw i t hd i f f e r e n tf o r m i n g p h a s e si nd i f f e r e n ta r e a si sp r e d i c t e d ，a n dt h ea p p l i c a t i o nr e s u l tb a s e do ng e o l o g i c a ld a t ai s a n a l y z e d ． T h es t u d yr e s u k sa r el i s t e da sf o l l o w s t h em u l t i p l ee x t r a c t e da t t r i b u t e sa r es u p p o s e d t ob ep r e t r e a t e db ym e a n so fw i l dv a l u ee l i m i n a t i o n ，s m o o t h i n gf i l t e r i n ga n dn o r m a l i z a t i o n S e c o n d l y ，a f t e rr e s e a r c h i n go nf o r w a r dm o d e la n dr e a ld a t a ，i t i sk n o w nt h a tt h em o s t r e l e v a n tf a c t o r sa f f e c t i n gc o a ls e a mt h i c k n e s sa r ea v e r a g ea m p l i t u d e ，s u mo fa m p l i t u d e s ， s e m i p e r i o de n e r g y , r i l l sa m p l i t u d e ，p o s i t i v es u mo fa m p l i t u d e sa n dm a x i m u ma m p l i t u d e ， a n dt h e s ef a c t o r sa r ef i n a l l ye x t r a c t e db a s e do nK Lc h a n g i n gt h e o r y ．L a s t l y ，t h ee x t r a c t e d s e i s m i ca t t r i b u t e sa n dd r i l l i n gd a t aa r eu s e dt op r e d i c tc o a ls e a mt h i c k n e s sq u a n t i t a t i v e l yo n m u l t i p l er e g r e s st h e o r y ．T h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h i c k n e s sp r e d i c t i o nr e s u l t sf r o mf o r w a r d m o d e la n dr e a ld a t ap r e d i c t i o nr e s u l t ss h o w st h a tt h i sp r e d i c t i o nm e t h o dw o r k sw e l l I I 煤炭科学研究总院硕士学位论文 T h e r e f o r e ，t h er e s u l t so ft h es t u d ys h o wt h a ts e i s m i cm u l t i p l ea t t r i b u t em e t h o db a s e d o nm u l t i p l e r e g r e s st h e o r y i sa ne f f e c t i v ea n dp r a c t i c a lw a yo fp r e d i c t i n gc o a ls e a m t h i c k n e s s K e y w o r d s s e i s m i ca t t r i b u t e ；r e l a t i v ea n a l y s i s ；K LC h a n g e ；M u l t i p l eR e g r e s s ；C o a ls e a m t h i c k n e s s I l l 煤炭科学研究总院硕士学位论文 目录 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 选题目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．1 地震属性分析技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2 煤层厚度预测技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．2 ．3 回归分析研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 主要技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．5 主要研究成果及创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．5 ．1 主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 ．5 ．2 创新点⋯．⋯⋯．⋯⋯．．．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯8 1 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 地震属性提取及优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 地震属性分类及提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 - 1 地震属性分类．⋯⋯⋯．．．．⋯．．⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯．．．．9 2 ．1 ．2 地震属性提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 2 ．2 地震属性数据预处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．2 ．1 剔除异常值．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．．．．．．1 4 2 ．2 ．2 平滑滤波．．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．．1 4 2 ．2 ．3 数据归一化⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯．．．．．⋯．⋯．．1 5 2 ．3 地震属性优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 2 ．3 ．1 地震属性优化的必要性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．3 ．2 地震属性的优化原则．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．3 ．3 地震属性的优化方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．4 地震属性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 2 ．4 ．1 属性分析的关键技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 煤炭科学研究总院硕士学位论文 2 ．4 ．2 属性分析研究注意事项⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．2 4 2 ．5 属性与地层关系的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 多元回归分析理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．1 回归分析的类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2 多元线性回归分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 3 ．2 ．1 线性回归模型．．．．．．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．⋯⋯⋯．．⋯．2 8 3 ．2 ．2 回归系数的最小二乘法确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．2 ．3 回归检验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 3 ．2 ．4 回归预测与控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 3 ．2 ．5 模型的误差分析．．．．．．⋯⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．⋯⋯．．．3 3 3 ．2 ．6 多元线性回归分析的计算步骤⋯．．．．．．．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．．3 4 3 ．3 多元非线性回归分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 3 ．4 多元回归分析的M a t l a b 程序实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 多属性预测煤层厚度的模型测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 ．1 煤层厚度与地震属性的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 ．1 ．1 地质模型及其地震响应⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 ．1 ．2 地震属性与模型厚度的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．2 煤厚变化二维正演模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．2 ．1 模型设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．4 1 4 ．2 ．2 模型正演⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．2 ．3 模型资料处理．．．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯．⋯．⋯⋯4 3 4 ．2 ．4 正演解释及属性提取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 4 ．3 模型厚度预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．3 ．1 研究流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 4 ．3 ．2 模型属性的优选⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 4 ．3 ．3 地震属性的K - L 降维压缩⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 4 ．3 ．4 回归模型的建立⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．5 1 I I 煤炭科学研究总院硕士学位论文 4 ．3 ．4 回归计算及效果分析⋯．．⋯⋯．⋯．⋯．．．．⋯．⋯．⋯⋯⋯．．．5 2 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 多属性预测煤层厚度应用实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 5 ．1 中生代煤层厚度预测应用实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．1 ．1 工区概况⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．1 ．2 地质概况⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 5 ．1 ．3 三维地震勘探资料分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 ．1 ．4 煤层厚度变化的预测⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 5 ．1 ．5 多元回归预测模型的建立⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 5 ．1 ．6 煤层厚度预测及效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 5 ．2 晚古生代煤层厚度预测应用实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 5 ．2 ．1 工区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 5 ．2 ．2 地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 5 ．2 ．3 三维地震勘探资料分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 0 5 ．2 ．4 煤层厚度变化预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 5 ．2 ．5 模型建立及煤层厚度预测⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 5 ．2 ．6 预测效果分析⋯⋯⋯⋯．．．⋯．⋯⋯．．．．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．7 4 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 6 结论、存在问题及建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 7 6 ．2 存在问题及建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 8 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 附录I ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 4 I I I 煤炭科学研究总院硕士学位论文 1 绪论 1 ．1 选题目的及意义 当前，我国大型、超大型矿井建设已进入快速发展阶段，煤田勘探领域不断地向 深层和构造条件复杂的区域进军，勘探地质条件越来越复杂，相应的勘探技术水平也 在不断地提高，这对煤田三维地震勘探成果提出了更高的要求。除了查明采区内的构 造信息外，采区内煤层厚度变化情况的预测也是煤矿采区勘探的一项重要内容。煤层 自身具有的非均匀性、非线性及不确定性的响应特征，使常规方式实现煤层厚度预测 精度不高。本文选题目的主要是提高煤矿采区煤层厚度的预测精度和可靠性，最大限 度地挖掘和利用已有的．三维地震资料、钻探及巷探信息，利用多元回归理论实现煤层 厚度定量预测。 以往常规的煤层厚度预测基本上都是利用钻孔资料的对比、内插获得，所能够提 供的煤层厚度资料精度较低。煤层的分叉、合并、剥蚀、缺失等一系列煤层结构和厚 度的变化都将会给煤矿开采带来很大的影响，据有关资料统计结果显示，如果实际煤 层厚度比原定设计的煤层厚度变薄1 0 ％～2 0 ％时，煤炭的产量将会下降3 5 ％～4 0 ％ ⋯。采用常规的“一孔之见”的煤层厚度预测方法，对于小范围的煤层剥失、缺失、分 又、合并等情况不能进行很好的预测。结合采区三维地震资料实现对煤层厚度变化的 定量预测对于采区设计及提高煤矿经济效益具有重要的意义。 地震属性技术从6 0 年代开始，经过几十年的发展己从注重方法技术的研究过渡 到解决实际生产问题和方法技术并重的阶段。属性技术已广泛应用于地震构造解释、 地层分析、储层预测等各个领域。随着计算机软硬件水平的提高及各种算法研究的不 断深入，地震属性的种类和数量也在不断增加，众多地震属性经优选与融合等手段并 结合已有资料实现煤层厚度的预测，对今后更好实现煤层厚度预测具有重要意义。 本文针对煤层自身具有的非均匀性、非线性及不确定性特征，依据三维地震资料 本身所具备的横向分辨率高的特点，充分利用三维地震资料的几何学、运动学、动力 学和统计学特征，通过相关软件提取各类地震属性，经预处理及相关运算后优选出与 煤层厚度相关的几种地震属性，结合区内钻探及巷探资料，依据多元回归理论对煤层 煤炭科学研究总院硕士学位论文 厚度变化进行必要的定量预测，这将对煤矿的生产设计、合理开采以及提高经济效益 都将发挥极其重要的意义‘2 1 。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 地震属性分析技术研究现状 “地震属性”一词于2 0 世纪6 0 年代开始引入地球物理界。起初，国内在译名上并 不完全统一，类似的译名还有地震特征、地震参数、地震标志及后来的地震属性等。 到目前为止，对地震属性还没有统一的定义P 】，大家引用较多是W e s t e m A l t l a s I n t e r n a t i o n a l 公司的Q u i n c y C h e n 与S t e v eS i d n e y 所给出的定义【4 】“地震属性是地震资 料的几何学、运动学、动力学及统计学特征的一种量度”。这一定义基本属于纯数学 定义。L a n d m a r kG r a p h i c s 公司的A r t h u rE ．B a r n e s 对地震属性的定义是【5 J “地震属性 是一种描述和量化地震资料的特性，是原始地震资料中所包含全部信息的子集，从地 震资料中提取的地震属性可达2 0 0 ．3 0 0 种，在油气勘探开发中，利用种类繁多的地震 属性技术及其分析结果可以划分构造，检测断层，预测岩性及有利储集体，描述油藏 内部的储集特性，甚至于监测流体运动和进行其它油藏工程研究”【6 ] [ 7 1 。目前比较公认 的地震属性定义为地震属性指的是那些由叠前或叠后地震数据经过数学变换而导出 的有关地震波的几何形态、运动学特征、动力学特征和统计学特征，其中没有任何其 他类型数据的介入[ 8 ] 。 地震属性分析技术可以概括为从以地震属性为载体的地震资料中提取隐藏信息， 并把这些信息转换成与岩性、物性或油藏参数相关的、可以为地质解释或油藏工程直 接服务的信息，从而达到充分发挥地震资料潜力，提高地震资料在储层预测、表征和 监测方面能力的一项技术，它由三个部分内容组成地震属性的提取、优化和储层预 测【9 1 。 地震属性的研究始于2 0 世纪6 0 年代，人I C ] 禾U 用楔状模型的振幅响应进行薄层调 谐厚度解释。2 0 世纪7 0 年代出现的“亮点”技术，使得地震烃类检测能力有了较大的 提高，以后又出现了各种利用多种地震属性进行储层预测的技术。其中应用最广泛的 是基于地震道的瞬时属性。从2 0 世纪8 0 年代起，模式识别技术受到特别重视，先后 研究出了模糊模式识别、统计模式识别、神经网络模式识别等地震储层预测技术。预 煤炭科学研究总院硕士学位论文 测对象从预测油气、储层厚度和岩性发展到预测孔隙度等。8 0 年代后期出现的多维属 性分析，如倾角和方位角 D a l l e y ，1 9 8 9 ，以及9 0 年代出现的三维连续属性体分析技 术，如相干数据体 B a h o r i c h a n d F a r m e r ，1 9 9 5 ，由于其地质意义更加明确，给地震属 性分析带来了新的生命，打消了一些使用者的顾虑，推动了地震属性的广泛应用。这 个时期，发展一套快速、准确的地震数据分析技术已是众望所归，这就是基于三维可 视化的全三维地震解释技术。而全三维地震解释术的基础就是三维地震属性的检测与 拾取，同时全三维解释技术的发展又反过来促进了三维地震属性的广泛应用。1 9 9 5 年，美国阿莫科石油公司最早提出相干数据体技术，这是一种特殊形式的三维属性体， 其断层自动化解释和地质异常体检测的效果，使三维属性体技术引起了人们的普遍关 注。目前三维地震属性体的提取方法已由单道提取方式发展为基于面元的多道提取方 法【1 0 ] ，处理成果在地震资料自动化解释和地质效果检测方面，如研究断层、识别古道、 冲积扇，突出岩性突变区，压制数据体内固有的噪声等，都较常规的三维震数据体有 明显的优势，故三维地震属性体在此期间得到了蓬勃的发展。三维连续性属性的成功 应用，使得人们对于地震属性的应用更趋理性【1 1 1 。 本世纪以来，地震属性分析技术在正演模拟、多分量研究、多属性联合反演、强 化地质含义和改善显示手段等方面取得了明显的进步【1 2 1 。有着明确地质意义的新属性 不断被提出，新的地震属性和属性分析方法的提出使地震属性分析走向定量和半定量 化i l3 | 。属性分析方法由线性方法逐渐向非线性方法发展，通过聚类、神经网络或协方 差进行地震多属性分析己广泛应用于储层特征分析和地质建模中。 地震属性分析技术虽然已经成为三维数据精细解释不可缺少的一项技术，但它仍 处于发展中【14 J 。随着岩性解释和储层预测技术的不断深入，以及计算机可视化等技术 发展，地震属性分析技术的发展速度将会加快，其作用将越来越明显，应用越来越广 泛。地震多属性分析技术以及地震时频分析技术等新技术能够为地震资料的全三维、 定量解释提供丰富信息【1 5 J 。 当前，三维地震属性分析技术得到了进一步的发展，出现了构造导向滤波、基于 沉积模式地层切片、主成分分析、继承性属性和子属性提取与分析、地震相分析、属 性融合等三维地震属性分析技术，这些技术对识别和定性描述断层、河道砂体乃至储 层中的缝洞发育带等起到了重要作用。在近年S E G 、E A G E 学术会及相关学术刊物发 表的属性论文中，地震属性非线性识别和提取方法论文呈明显的增长趋势，主要有以 煤炭科学研究总院硕士学位论文 下几方面①属性提取从线性向非线性方面发展；②属性分析智能化程度提高，多属 性联合分析流行；③属性研究从叠后向叠前推进，从纵波向横波扩展；④属性应用的 重点进一步面向精细勘探和开发，向精细构造、储层描述、油气检测转移；⑤属性技 术的定量化进程加快，解释的置信度提高；⑥地震屙| 生分析技术的发展己进入三维体 属性分析时代；⑦三维可视化和虚拟现实技术使地震属性分析结果更加直观、清晰1 1 6 J u 7 | 。地震属性技术特别是三维地震属性分析技术在今后的油田及煤田构造解释及储藏 预测中将发挥更加重要的作用。 1 ．2 ．2 煤层厚度预测技术研究现状 自2 0 世纪8 0 年代中期以来，石油工业广泛使用地质、测井、地震数据多学科综 合分析方法对储层进行描述，取得了重大的进展。近年来，利用地震勘探技术解决开 发问题己成为研究的热点。对于开发地震而言，薄层、超薄储层的识别是研究的一个 重要课题[ 1 剐。 煤田地震勘探中煤层厚度是地震勘探的一项重要研究内容，鉴于煤层在地震勘探 中属于“薄层”范畴，其反射波属于一种复合波，不可能根据时差确定其上下界面。 目前，用于预测煤层厚度的方法较多，但仍未有一种方法可以对煤层厚度进行全 面有效精确的判断与预测。单一的地质方法往往只能反映区域煤层厚度信息，对局部 信息分析精度差；利用钻孔资料对比、内插获取煤层厚度数据的准确性受钻孔数量限 制；而地球物理方法的垂向、横向分辨率达不到解决煤层厚度精确变化的要求。因此， 如何利用现有的方法来求取薄层的厚度，是国内外地质和地球物理工作者探索和研究 的重要课题。 通过对现有煤层厚度预测方法的综合研究，其预测方法总体来讲，可分为地面预 测和井下预测两个方面，而每一个方面具体又分为地质分析法、钻探 巷探 法和 地球物理勘探法。 无论地面预测还是井下预测，均需充分结合前期勘查资料，重点分析断层、褶皱 和岩浆活动对区内煤层厚度影响规律，能够有效反映区域信息，但对局部资料把握较 为有限。 地面探测煤层厚度传统的钻探方法，对于单个钻孔，若取芯完整，煤层厚度数据 是准确的，然而在任何勘探区内，钻孔的数目是有限的，孔距一般在数百米以上，内 4 煤炭科学研究总院硕士学位论文 插出的煤层厚度显然具有一定误差；井下钻探或者巷道能真实反映目标介质周边信 息，但针对较大区域可靠性仍然一般。 地球物理勘探方法对煤层厚度的探测具有方便、快捷的优势，但存在探测精度差 异较大的劣势；地球物理测井精度高，但只能代表一孔之见；地震为目前预测煤层厚 度最常用、有效的手段，具有精度相对较高、信息丰富的特点，但在复杂地形、地貌 条件下效果较差；电磁法在煤田勘探中主要用于探测目标岩层赋水性，而对于煤层厚 度探测仍是一种尝试，还需加强基础理论、现场试验研究。 对于煤层厚度预测而言，单一地质、钻探、物探方法针对煤层厚度敏感性不尽相 同，且单一方法均存在缺陷。在实际探测过程中，需运用数理统计、模糊数学方法融 合多元信息，准确预报煤层厚度，以便满足应用需求[ 1 9 ] [ 2 0 】。 依据地震勘探资料实现煤层厚度研究方面，国内外众多学者进行了大量的研究， 并且提出了许多方法，发表了许多研究论文[ 2 1 1 。R i c k e r 1 9 5 3 从分辨率的角度提出了 分辨地层的标准“雷克标准”，此标准是在时间域内如果岩层上下界面的反射波的 时差小于1 ／4 波长，该层不可分辨，只当作一个层看待。W i d e s s 1 9 7 3 针对薄层问题进 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。从动力学特点出发，给出了薄层定量化的具体定义。 R u t e r 和S c h e p e r s 1 9 7 8 、K o e f o e d 和V o o g d 1 9 8 0 通过地震模型研究得出，薄层 厚度和地震反射复合波的振幅之间存在着准线性关系 q u a s i l i n e a r i t y ，他们考虑了层 间多次波。V o o g d 和R o o i j e n 1 9 8 3 从薄层的频谱带宽的角度研究得出，反射脉冲具 有入射子波的时间微分形状，而其振幅与其在薄层中的双程旅行时间及一个跟声阻抗 有关的因子成正比；并指出频带宽度影响着薄层界面的分辨率[ 2 1 1 。戚敬华、刘天放 幽1 1 9 9 6 等根据薄层理论，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 。郭彦省、孟召平等 2 0 0 4 1 2 3 】发表的“地 震属性及其在煤层厚度预测中的应用”，运用B P 人工神经网络方法，实现了对煤层厚 度的定量预测，但对于实例研究存在部分不足。随着波阻抗反演技术的不断发展，通 过波阻抗反演技术对煤层厚度及煤层顶底板研究取得了较大进步李红、吕进英等 2 0 0 7 1 2 4 J 发表的“波阻抗约束反演技术预测煤层厚度”，充分发挥煤田地震勘探所特 有的物性差异，使煤层厚度预测技术取得了进一步发展。林建东、张兴平【2 5 ] 2 0 0 8 发表的“反演技术在解决煤层顶板岩性应用中的几个重要环节”，通过理论分析及实际 煤炭科学研究总院硕士学位论文 资料的应用研究，利用波阻抗反演技术实现了煤层厚度的定量预测，但受波阻抗反演 过程所需时间长、费用较高、对钻孑L 资料要求高及利用波阻抗反演技术对横向变化较 大的薄煤层厚度预测精度欠佳等原因，使得利用波阻抗反演预测煤层厚度在煤田地震 勘探领域未能得到广泛的使用。 通过前面的分析可知对于煤层厚度预测前人已经做了大量的工作，取得了一定 的效果，但综合分析各种煤层厚度预测方法或多或少还存存部分不足；另外，由于煤 层厚度变化对煤矿开采的重要性，有必要对煤层厚度预测开展进一步研究。 1 ．2 ．3 回归分析研究现状 回归分析的概念，简单地讲就是用一组预测变量 自变量 来预测一个或多个响应 变量 因变量 的统计方法。它也可以用于评估预测变量对响应变量的影响效果【26 f 。在 实际问题中，许多影响因变量的因素不是一个而是多个，一般称这类问题为多元回归 分析问题。它是多元统计分析的各种方法中应用最广泛的一种。多元回归分析，通过 建立经济变量与解释变量之问的数学模型，对建立的数学模型进行F 检验、t 检验和 R 检验，存符合判定条件的情况下把给定的解释变量的数值代入回归模型，从而计算 出经济变量的未来值即预测值[ 2 7 - 2 8 】。 多元回归分析是数理统计的一个分支，数理统计的发展经历了三个时期，2 0 世纪 以前为萌芽时期；2 0 世纪初N - 战结束为数理统计的蓬勃发展到成熟时期，即近代统 计时期；战后是数理统计在理论上和应用上继续大发展的时期，也即现代统计时期 [ 2 9 - 3 1 ] 。 多元分析起源于上个纪初，2 0 世纪3 0 年代R ．A ．F i s h e r 、H ．H o t e l l i n g 、S ．N ．R o y 、 许保脲等人作了一系列奠基性的工作，使多元分析理论得到了迅速的发展。4 0 年代在 心理学、教育、生物等方面有了不少应用。5 0 年代中期，随着电子计算机的出现和发 展，使多元分析在地质、气象、医学、社会学等方面得到了广泛应用。6 0 年代通过应 用和实践完善发展了理论。7 0 年代初在我国才受到各个领域的极大关注，经过多年的 研究使我国在多元分析理论研究和应用上取得了显著的成绩。多元线性回归方法在气 候、海洋、环境、农业、生态、水文、地震、地质储层预测等领域均有广泛的应用， 并取得了许多良好的效果[ 2 9 1 。应用这种方法来建立各种属性与储层参数之间的关系， 数学理论明确，并且在其他领域有许多成功的经验可以借鉴。 6 煤炭科学研究总院硕士学位论文 1 ．3 主要研究内容 1 研究地震属性提取、预处