利用AVO属性研究构造煤的分布规律

现行的煤田地震勘探技术主要解决煤层构造问题,不能对与瓦斯突出相关的构造煤分布、煤层和围岩的透气性做出评价,即无法评价煤岩层的岩性。近年来,国内外地球物理学家提出了利用AVO技术研究煤岩层岩性,查明构造煤发育区和瓦斯富集带。笔者首先对构造煤模型进行正演模拟,获得三维数据体;然后利用不同Zoeppritz近似方程对三维数据体进行AVO反演,得到多种AVO属性,通过对AVO属性的分析研究,提出利用Aki和Richards近似公式AVO反演得到的B值数据体、Shuey近似公式AVO反演得到的G值和Δσ值数据体作为AVO解释的基础;最后利用煤田实际三维地震资料进行AVO反演,尝试利用AVO属性圈定构造煤发育区和瓦斯富集带。     

VTI介质构造煤相对波阻抗AVO正演特征分析

由于煤层瓦斯主要富集于构造煤或者具有软分层构造的煤质中,此时煤层气储层分界面的岩性差异很明显,顶底板的AVO曲线存在很大的差异,为此分析构造煤AVO特征,可以较好地探测煤层气的富集分布。鉴于煤储层存在弱各向异性,在各向异性前提下进行AVO特征分析对预测煤层气很有必要,因此首先通过对Zoeppritz方程及其近似公式在煤层各向同性介质中的AVO正演模拟,尤其是对构造煤的AVO曲线进行分析,认为在煤质遭到严重破坏的情况下,在小角度入射(0°~45°)情况下,采用相对波阻抗近似公式来进行AVO正演模拟,才会获得储层顶底板反射相对精确的解。为此,在针对煤层存在弱各向异性的前提下,对各向异性VTI介质进行AVO正演模拟,采用波阻抗近似公式的各向同性介质项结合各向异性项,小角度入射(0°~30°)进行AVO正演模拟,认为在煤质结构遭到剧烈破坏后,尤其是有软分层构造的煤质中,波阻抗近似公式的AVO曲线才能更好地反映顶底板分界面的岩性差异,有利于进行AVO分析。     

煤层AVO正演模拟

AVO技术是研究反射波振幅随炮检距的变化规律,目前在油气探测中已成为一种十分有效的勘探手段。基于AVO技术在多方领域中的探讨,对在煤层勘探中的应用进行了分析,建立了煤系地层的AVO正演模型,并对其进行了分析研究,认为煤层顶、底板反射波振幅随炮检距的增加而减小。根据不同煤种反射波振幅随炮检距的变化不同还可以估算出煤的种类。     

基于方位AVO正演的HTI构造煤裂隙可探测性分析

通过建立6类HTI构造煤的理论模型,利用Hudson等效介质理论和Schoenberg所定义的传播矩阵,正演煤层顶板的方位AVO记录,最终获得了6类模型的多方位AVO记录。通过对HTI构造煤方位AVO曲线的分析可知：① 不同方位AVO曲线的P值为小于零的常量,G值较大并随方位角φ的增大而减小（φ∈[0,90°\]）;②当裂隙密度增大时,P值减小,G值增大;③ 相对于泥岩顶板来说,砂岩顶板的P值较小,G值较大。通过对HTI构造煤GVAz曲线的分析可知：① GVAz曲线的周期为180°,并在裂隙法向方位取最小值;② 随着裂隙密度的增大,GVAz曲线的波幅相应增大;③ 当裂隙水填充时,GVAz曲线的波幅大于裂隙气填充时的情形。因此,方位AVO的P值可以被用来识别煤层的顶板岩性,GVAz曲线的极值和波幅可分别用来获得裂隙发育法向和裂隙密度信息。就实际地震数据来说,较高信噪比（＞5）是进行方位AVO分析的前提。     

构造煤的地震可识别性特征

为了研究构造煤的地震特征及可识别性,根据常温常压条件下超声测量所揭示的原生结构煤与构造煤的弹性特征,建立了3种典型的煤层夹构造煤地震地质模型;利用反射率法计算了这3种模型的PP波与PS波地震响应;在不同频率下对比分析了构造煤所处位置及厚度大小对煤层反射的影响及其AVO特征。结果发现:构造煤夹层的存在使煤层反射系数增大;频率越低、构造煤厚度越大,增加的倍数越高;相同条件下PP波反射系数的增幅高于PS波;在低频情况下,构造煤在煤层中的空间位置变化在煤层反射的相位上存在异常。从而从理论上证明利用现有的纵波地震反演技术,理论上可以预测构造煤的存在;PS波信息的加入有助于提高单纯PP波预测的精度,尤其对构造煤空间位置的确定,PS波相位具有优于PP波的敏感性。     

构造煤槽波地震探测可行性分析

煤与瓦斯突出灾害是影响煤矿安全生产的重大危害之一,构造煤是瓦斯突出的物质基础,如能够通过地球物理手段预测出构造煤分布区域,对减少煤矿瓦斯突出灾害将起到积极作用。槽波地震技术在煤层厚度及小构造探测方面取得较好的应用成果,但对于构造煤探测尚未成熟。利用槽波正演模拟技术,分析槽波在不同煤体结构煤层中的传播规律,发现槽波在构造煤和原生结构煤中速度频散和能量衰减差异明显。建立构造煤和原生结构煤中勒夫型槽波速度频散和能量衰减曲线,认为低频段槽波受煤层厚度和煤体结构两者共同影响,而高频段槽波受煤层厚度影响小,与煤体结构类型关系更密切;槽波在煤层中随传播距离增加,能量逐渐减弱,影响因素除波前扩散和介质吸收作用外,还受透射能量损失等因素影响。当煤层较厚时,透射能量损失占主导地位,原生结构煤透射区域大于构造煤,使得构造煤中槽波能量高于原生结构煤;当煤层较薄时,介质吸收作用占主导地位,原生结构煤介质吸收作用弱于构造煤,使得构造煤中槽波能量低于原生结构煤。构造煤中槽波在不同频率下吸收衰减系数随煤层厚度变化大,而原生结构煤中槽波吸收衰减系数变化小。槽波在构造煤和原生结构煤中的传播特征差异,有望为构造煤预测提供依据。     

不同厚度煤层AVO特征分析

我国煤田的煤层厚度大都在2~10m之间,用地震波的波长来衡量属于薄层。煤层厚度变化对振幅的影响很大,是AVO技术应用的一大障碍。介绍了利用射线追踪法对不同厚度煤层进行AVO正演模拟,分析了AVO特征曲线的截距P值和梯度G值随煤层厚度变化的规律,并且讨论了利用AVO特性预测煤层厚度的方法。     

基于谱分解的构造煤地震识别方法研究

为了研究构造煤的地震响应特征,提高应用三维地震预测构造煤的精度,以芦岭煤矿Ⅲ102采区为例,利用地震正演模拟对不同厚度原生煤、构造煤的振幅特征及其在不同调谐频率段的振幅吸收衰减特征进行了研究,提出了基于三维地震谱分解的构造煤识别方法。研究结果表明:原生煤、构造煤在地震低频段振幅吸收衰减基本一致,随着调谐频率升高,原生煤、构造煤的振幅吸收衰减差异在某一频率段达到最大后,缓慢减小,煤层厚越小,振幅吸收衰减差异达到最大的调谐频率段越高,在芦岭煤矿应用谱分方法识别的构造煤发育范围与钻井吻合度为93%,而传统方法与钻井吻合度为76%,基于谱分解的构造煤地震识别方法有效的提高了构造煤识别精度。     

利用地震正演模拟实现高保真AVO处理质量监控

本文介绍了一种利用偶极声波和密度测井资料进行叠前道集正演，对实际地震处理道集振幅随偏移距距变化特征进行对比和监控的方法。通过采用实测偶极声波和密度测井资料，利用Zoeppritz方程及其近似公式计算井的叠前正演道集，选取沉积稳定的区域标志层，分析其截距和梯度属性。通过对比正演AVO道集和井旁实际偏移道集波组特征及AVO属性特征，达到检验处理过程和结果是否保幅的目的，实现了AVO特征定量监控。     

利用地震正演模拟实现高保真AVO处理质量监控

本文介绍了一种利用偶极声波和密度测井资料进行叠前道集正演,对实际地震处理道集振幅随偏移距距变化特征进行对比和监控的方法。通过采用实测偶极声波和密度测井资料,利用Zoeppritz方程及其近似公式计算井的叠前正演道集,选取沉积稳定的区域标志层,分析其截距和梯度属性。通过对比正演AVO道集和井旁实际偏移道集波组特征及AVO属性特征,达到检验处理过程和结果是否保幅的目的,实现了AVO特征定量监控。     

基于各向异性的薄煤层AVO正演方法

针对煤层厚度薄、煤层顶底界面波阻抗差较强的特点,从一般各向异性介质的弹性动力学方程出发,推导出了两层EDA介质水平界面情况下平面波的反射和透射系数公式,并进一步推导了3层介质（即EDA介质薄层位于两个各向同性介质之间）的平面波反射和透射系数。利用所推导的AVO公式,对煤系地层进行了纵波AVO正演模拟,对模拟结果进行分析发现：薄层的厚度、EDA介质的各向同性背景参数对薄层纵波反射系数有较大影响,裂隙开度对薄层反射系数几乎没有影响。     

基于AVO反演技术的煤层含气量预测

为预测煤层气含气量,结合山西寺河煤矿实际资料,在分析不同含气量AVO异常特征的基础上,通过反演得到AVO属性,建立多地震属性与含气量之间的相关关系,从而获得煤层含气量分布。对于含气量不同的钻井,高含气量的煤层一般能形成较强的AVO异常,低含气量的煤层AVO异常很小。基于截距和梯度属性,可获得纵波阻抗、横波阻抗、极化参数、密度和伪泊松比等地震属性。地震属性与煤层含气量之间具有相关性,其中截距、纵波速度、纵波阻抗、横波阻抗、极化参数、密度、伪泊松比等属性与含气量具有较大相关性。研究表明,井孔处煤层含气量预测结果与实测瓦斯含量预测误差低,吻合性好,表明基于AVO反演技术预测煤层含气量是一种可行的方法。     

各向异性薄煤层纵波AVAZ分析

通过建立HTI型薄煤层的传播矩阵,推导了水平界面情况下含各向异性薄煤层反射系数精确计算公式,并利用该公式对含有薄HTI型各向异性煤层进行了纵波AVAZ分析。经过研究发现,当HTI型煤层为薄层时(厚度小于地震波长的1/4时),其纵波反射系数与煤层为厚层时(厚度大于地震波长)顶板的纵波反射系数规律相似,但其值不仅与上下层介质物性参数有关,还与厚度有关,可见煤层为薄层时采用经典公式反演会带来误差;薄层厚度、Thomsen等效各向异性参数和裂缝密度对纵波反射系数有较大影响,裂缝纵横比对反射系数影响较小。入射波方位角为90°时,入射波在HTI介质各向同性面,此时各向异性参数对反射系数影响最小。     

深部煤层的AVO属性分析

根据岩石物理理论和深部煤田测井数据,建立了利用AVO属性预测深部煤层岩石物性的方法.由于煤层与上覆岩层一般有较大的阻抗差异,煤层的AVO特性类似于油气勘探中典型的第三类含气砂岩特性.不同于油气勘探的砂岩储层预测,煤层的特性类似于泥岩.在此基础上,通过建立AVO梯度截距交汇图,可以很好地将多数煤层与炭质泥岩或者泥质炭等岩性识别出来.利用梯度截距的AVO交汇图,还可指示出高孔隙含水砂岩的分布范围.     

论煤层气AVO分析对地震勘探偏移距的要求

使用Zeoppritz方程组弹性模量近似式研究了煤层气储层顶板界面P波反射系数R(θ)随入射角和折射角平均值θ的变化及梯度d(R(θ))/dθ,并与天然气储层顶板界面的对应量比较,以确定煤层气AVO分析对地震资料偏移距的要求。由于煤层气储层顶板界面的d(R(θ))/dθ有极值点,而天然气储层顶板界面R(θ)是随θ单调变化的,因此,煤层气AVO分析对地震资料偏移距的要求不同于天然气AVO分析,小偏移距也能用来做煤层气AVO。建议根据煤层气储层顶板界面d(R(θ))/dθ的极值点确定煤层气AVO分析需要的最佳偏移距,并结合实例确定了最佳偏移距的3种方法。     

大倾角较薄厚煤层综放工作面架前冒落因素分析及防治

系统地分析了坚硬顶板、软煤、软底大倾角较薄厚煤层综采放顶煤工作面架前煤壁区冒落的原因,以及采取的预防措施和处理方法。