地震在煤層氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用

1、2005年第3期勘察科學(xué)技術(shù)#地震在煤層氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用王磊何偉（中國煤炭地質(zhì)總局北京市 100039）提要 該文研究了地震在煤層氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用問題，首先利用偏移剖面控制構(gòu)造特征和煤層的底板形態(tài)；再結(jié)合鉆孔和地震資料確定煤層厚度，在此基礎(chǔ)上預(yù)測煤儲層孔隙度，估算煤層儲量，為煤層氣勘探開發(fā)提供多方位的地質(zhì)信息。實踐表明，地震資料的合理應(yīng)用，可以確保煤層氣開采井的正確布置，降低煤層氣開發(fā)風(fēng)險。關(guān)健詞地震勘探煤層氣構(gòu)造勘探開發(fā)Applicati onof Seismic Prospect ing Tech no logy in Coalbed Metha neExploration and E

2、xploitationiii1代WangLeiHe Wei(ChinaNationalAdministrationof Coal GeologyAbstract Thispaperstudiedthe applicationof seismicdatain coalbedmethaneexplorationandexploitation, firstly ,we usemigration seismicprofile to controlthefeatureof geologicstructureanddepthof coalbed;secon2 ly , the thicknessof co

3、albedis conputed by boreholeinformationand seismicdata;and on the basisof above parameters the porosityof reseroir and the contentof CBM is estimated, which can provide manygeologicin2 formation. Thepractice indicated that reas)nable applicationof seismicdata can decreasethe risk of exploitation and

4、 ensurethe position of the CBM well.Keywords seismicprospectingcoalbed methane(CBM) ;geologicstructure;explorationand exploitation& 94-2010 ChinaJoutiidl 也rublishing House, All f igJitsww.2005年第3期勘察科學(xué)技術(shù)#& 94-2010 ChinaJoutiidl 也rublishing House, All f igJitsww.2005年第3期勘察科學(xué)技術(shù)591引言煤層氣做為一種新型能源，

5、越來越引起許多產(chǎn) 煤國家的重視。我國自從1989年第一次召開“開 發(fā)煤層氣研討會”之后，便在全國各地掀起了開發(fā)煤 層氣的高潮。煤層氣勘探不同于常規(guī)煤田勘探。煤層氣是以吸附態(tài)存在于煤孔隙內(nèi)表面或以游離態(tài)分 布在煤的孔隙和裂縫內(nèi)。煤層既是煤層氣的源巖層,也是煤層氣的儲層。尋找煤層氣，必須先找到煤 層。而找到煤層并不一定能找到有效的煤層氣氣 藏,還必須進(jìn)一步尋找有利于煤層氣聚集的煤層孔 隙、裂隙發(fā)育區(qū)等煤儲層特征，從而降低煤層氣勘探 的風(fēng)險。我國煤層都經(jīng)歷了多期地殼運動的改造和 破壞,加大了煤層氣勘探開發(fā)的難度。目前急需進(jìn)行煤層氣勘探的理論和技術(shù)研究。近幾年來，在煤作者簡介：王磊，男,1972年生，

6、工程師,從事煤田地震勘探方法的研 究工作。收稿日期：2004- 04 - 19炭、石油、地礦等資源勘探領(lǐng)域的實踐證明，地質(zhì)鉆探與地震勘探相結(jié)合的綜合勘探是速度快、投入少的較為理想的勘探模式。為此，我們將地震勘探技 術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于山西沁水南部一個煤田的煤層氣勘探 開發(fā)中，取得了良好的地質(zhì)效果 。2地質(zhì)概況及地球物理特征211 地質(zhì)概況勘探區(qū)位于沁水盆地南部，區(qū)域地層由老至新 為：上元古界長城系；古生界寒武系、奧陶系、石炭 系、二疊系；中生界三疊系；新生界第三系及第四系 。 該區(qū)主要含煤地層為石炭系太原組及二疊系山西 組。太原組為海陸交互相沉積，地層厚60120m,含煤312層，含煤系數(shù)2 %11

7、%。山西組為過渡 相含煤地層，厚30120m,含煤I9層，含煤系數(shù) 4 %14 %。山西組的3號煤層（6m左右）和太原組 的15號煤層（3m左右）為主要可采煤層。212地球物理特征21211淺層地震地質(zhì)條件本區(qū)表層為侵蝕型山區(qū)，地形變化大，山高坡陡，溝谷發(fā)育，最大相對高差為340m。就地貌而言， 本區(qū)可劃分為河谷漫灘類、黃土覆蓋區(qū)、坡積地段、 基巖 裸露區(qū)段等4種類型。21212深層地震地質(zhì)條件區(qū)內(nèi)主要目的層3號煤層賦存深度300 500m，為較好的地震勘探深度。該煤層一般厚度在6m左右，煤層賦存穩(wěn)定，煤層與頂、底板之間存在明 顯的物性差異，易于形成較強的地震反射波（T6波）。3數(shù)據(jù)采集與資料

8、處理311 野外數(shù)據(jù)采集'： J'本次地震勘探觀測選用500 X2000m的二維地震測網(wǎng)，采用24次覆蓋，開動96道接收，選用60Hz 高分辨率地震檢波器組合接收，使用DAS - I型輕便數(shù)字地震儀，1ms采樣，高爆速成型炸藥激發(fā)。施工中嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)規(guī)范，并建立了一系列強有力的技 術(shù)措施，尤其是在現(xiàn)場采用工作站及微機處理系統(tǒng)，對當(dāng)日的原始資料及時處理分析，監(jiān)控其質(zhì)量，發(fā)現(xiàn) 問題及時解決。312資料處理資料處理以提高信噪比為中心，建立正確的近地表模型，認(rèn)真做好靜校正工作，充分利用綠山靜校 正軟件，精確計算靜校正量，壓制各種干擾波，使地 下反射點正確歸位，努力提高煤層反射波的成像質(zhì)

9、 量和分辨率，為地震地質(zhì)解釋打下堅實的基礎(chǔ)。4地震地質(zhì)解釋及勘探成果地層的連續(xù)性、產(chǎn)狀、巖性等方面，均有很大差別 陷落柱與圍巖存在的物性差異是形成異常地震波的 基礎(chǔ)。這些異常為地震方法識別和判定陷落柱提供 了依據(jù)。陷落柱在水平疊加時間剖面上的表現(xiàn)特征為反射波同相軸在小范圍內(nèi)消失或錯斷，并伴生些小斷層，在斷層點處產(chǎn)生繞射波及延遲繞射波 ，斷 陷點之間波形雜亂，在柱頂處，可產(chǎn)生柱頂繞射波 C.& f 冊刃i血述筋獻(xiàn)魚電用；? c圖1為一個位于3號煤層下部的陷落柱ffhl.1*nA-11 *圖1陷落柱在地震剖面上的顯示412煤層深埋的確定通過煤層反射波的時間場特征，利用已知的9個鉆孔資料，采

10、用鉆孔反算求取平均速度法，建立速 度場，進(jìn)行時深轉(zhuǎn)換，得到了本區(qū)3號煤層的埋深。 413煤層厚度的預(yù)測與解釋本勘探區(qū)煤層反射波波長大于40m，而區(qū)內(nèi)鉆孔揭露的煤層厚度基本上小于6m，即小于調(diào)諧厚通過和人工合成記錄的對比，時間剖面上的 T6波的反射特征顯示了3號煤層的穩(wěn)定與發(fā)育 ，3號煤層在本區(qū)的埋深、賦存形態(tài)、構(gòu)造發(fā)育等地質(zhì)特征 通過T6波反射特征進(jìn)行定性、多量的解釋和描述。 411構(gòu)造解釋41111常規(guī)構(gòu)造解釋主要包括褶曲解釋、斷層解釋，解釋過程中以波 形變面積的時間剖面為主，配合其它彩色顯示識別 小構(gòu)造。斷層的主要標(biāo)志為：反射波同相軸錯斷、強 相位轉(zhuǎn)換、相位突變、分叉合并、繞射波的出現(xiàn)等。

11、 41112特殊構(gòu)造 一陷落柱的解釋陷落柱是塊度大小不均、排列雜亂無章的上部 地層塌陷物膠結(jié)而成的。與正常賦存地層相比，在圖2煤厚解釋流程度。因此可以用單值調(diào)諧厚度法進(jìn)行煤層厚度的標(biāo) 定與計算。以區(qū)內(nèi)鉆孔揭露的各煤層厚度來控制擬 合全區(qū)煤層厚度的標(biāo)定系數(shù)，由此對全區(qū)煤層厚度 進(jìn)行計算。其流程如圖2 所示。414煤儲層孔隙度的預(yù)測一般情況下以測井為約束的反演技術(shù)，可以將地震資料反演為波阻抗，因此尋求波阻抗與孔隙度 之間的關(guān)系是實現(xiàn)兩者之間轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵 。理論研究表明，巖層的孔隙度與地震波的速度 成反比關(guān)系。本區(qū)共9個井資料統(tǒng)計表明，煤儲層 孔隙度與測井資料具對應(yīng)關(guān)系，即煤層頂?shù)装迕芏?較大速度變大

12、，孔隙度相對較大，而煤層密度小，速 度低，而其孔隙度亦較小，這就為沁水煤層氣田南部 煤儲層孔隙度計算提供了依據(jù)。通常巖石的密度與聲波的時差有以下關(guān)系：bP = aV對本區(qū)煤層氣探井內(nèi)煤儲層段測井資料進(jìn)行統(tǒng) 計分析，用回歸分析方法進(jìn)行回歸分析，得到密度與速度的關(guān)系式為：p = aV。而波阻抗R= PV=aV+1聲波時差與孔隙度之間的關(guān)系通?？捎霉奖硎荆?(T - Tm) n Tf - Tm)=TL( Tf - Tm) - Tm ( Tf - Tm) = aT + b式中T、Tm、Tf分別為巖石、巖石骨架和巖石充 填流體后的聲波時差。本區(qū)煤儲層聲波時差測井和 孔隙度曲線進(jìn)行統(tǒng)計回歸分析，得到回歸

13、因子，將回 歸參數(shù)與反演數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合就得到反演孔隙度平面 圖。本區(qū)煤儲層的孔隙度變化在3%15%之間，如圖3所示?？傮w上孔隙度變化不大，其平面上的分布受構(gòu)造控制。A4f、1k1111IIIinn叫i/丿* b圖3煤儲層含氣量分布415煤層氣資源的估算由于煤層氣做為一種自生自儲的特殊氣藏，其計算方法多種多樣，結(jié)合本區(qū)實際情況及鉆井資料 ， 采用體積法對該勘探區(qū)的煤層氣儲量做粗略估算，使用下列公式：Q = S?H?D?G式中：S為含煤面積，m2 ; h為煤層平均厚度，m ; D 為煤層平均密度，tHn3 ; Gc為平均含氣量，m3H。根據(jù)前人的研究表明，利用鉆孔資料與地震資 料相結(jié)合，進(jìn)行統(tǒng)計分析

14、可知，煤層含氣量與地震 速度的關(guān)系為近似線性反比關(guān)系，煤層含氣量與地震瞬時頻率為正相關(guān)；煤層含氣量與地震振幅基本 上成線性反比關(guān)系。最終利用上述參數(shù)對全區(qū)進(jìn)行 了計算，利用二元回歸分析進(jìn)行了統(tǒng)計分析，并對全區(qū)進(jìn)行了預(yù)測。經(jīng)回歸分析得到山西組3號煤層含氣與地震屬性的關(guān)系。該區(qū)是煤層氣富集區(qū)，但西部平均含氣量相對較小，最小值為1110m3壓；東部含 氣量相對較大，最大值為1715m3 it。5結(jié)論將地震勘探技術(shù)系統(tǒng)地應(yīng)用于煤層氣的勘探 中，拓寬了地震勘探的應(yīng)用范圍，達(dá)到了發(fā)展地震勘探技術(shù)的目的。通過本次地震勘探，全面了解該勘探區(qū)內(nèi)的構(gòu)造、煤層、煤儲層孔隙度、含氣量等對煤 層氣開發(fā)至關(guān)重要的參數(shù)。1) 查明了測區(qū)內(nèi)煤層的賦存形態(tài)以及煤層上發(fā) 育的斷裂構(gòu)造；2) 對煤層厚度進(jìn)行計算并對煤層氣儲量進(jìn)行估 算；3) 對煤儲層孔隙度進(jìn)行了預(yù)測；4) 將地震勘探應(yīng)用于煤層氣的開發(fā)，以較少的經(jīng)費取得較多的地質(zhì)信息，為下一步的勘探工作奠 定了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1王滌清，吳天蒙.三維地震勘探在高速推覆體覆蓋區(qū)的應(yīng) 用.煤田地質(zhì)與勘探，1997,(3)2沈勇，等.晉城礦區(qū)(新區(qū))煤層氣資源.煤田地質(zhì)與勘探,2001 ,3曹愛國，等.煤層氣選區(qū)和評價的若干問題.中