高丰度煤层气富集区地球物理识别_彭苏萍_杜文凤_殷裁云_邹冠贵

高丰度煤层气富集区地球物理识别
彭苏萍，杜文凤，殷裁云，邹冠贵
（中 国 矿 业 大 学 （北 京 ） 煤 炭 资 源 与 安 全 开 采 国 家 重 点 实 验 室 ，北 京 １０００８３）
摘 要：为预测煤层气富集区，通过地震反演和地震属性 分 析，获 得 了 煤 层 含 气 量、地 质 构 造、煤 层 厚 度 、煤 层 结 构 、煤 层 顶 、底 板 岩 性 和 裂 隙 等 地 震 地 质 参 数 ，基 于 地 球 物 理 信 息 融 合 方 法 对 煤 层 气 富 集 区 进 行 了 预 测 。 研 究 结 果 表 明 ：随 着 埋 藏 深 度 增 加 ，煤 层 厚 度 增 加 ，煤 层 含 气 量 呈 增 加 趋 势 ；向 斜 轴部隆起带煤层含气量大，背斜 轴 部 凹 陷 区 煤 层 含 气 量 相 对 较 多；构 造 煤 分 布 区 一 般 煤 层 气 较 富 集；煤层直接顶底板为泥岩，则煤层含气量一般较高；裂隙 的 存 在 会 对 煤 层 气 含 量 有 一 定 影 响。 研 究 认 为 ，煤 层 埋 深 、煤 层 厚 度 、结 构 、构 造 和 顶 底 板 岩 性 等 参 数 是 控 制 研 究 区 煤 层 气 富 集 的 主 要 地 震 地 质 因 素 ，基 于 地 球 物 理 信 息 融 合 对 煤 层 气 富 集 区 进 行 预 测 ，可 以 避 免 单 一 地 震 地 质 因 素 预 测 的 局 限 性 ，有 助 于 提 高 预 测 精 度 。 关 键 词 ：煤 层 气 ；富 集 区 ；地 球 物 理 识 别 ；地 质 参 数 中 图 分 类 号 ：Ｐ６１８．１１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０２５３－９９９３（２０１４）０８－１３９８－０６
于 煤 层 气 （瓦 斯 ）富 集 引 起 的 高 频 吸 收 衰 减 特 性 ，利 用 不 同 频 率 的 调 谐 振 幅 变 化 ，对 研 究 区 煤 层 含 气 性 进 行 了预测；汤红 伟 对 ［１９］ 地 震 勘 探 技 术 在 煤 层 气 富 集 区 预测中的研 究 进 行 了 探 讨；陈 勇 等 进 ［２０］ 行 了 基 于 主 控因素的煤层气富集区地震预测技术应用研究。
Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ ｒｉｃｈ ｒｅｇｉｏｎ
ＰＥＮＧ Ｓｕ－ｐｉｎｇ，ＤＵ Ｗｅｎ－ｆｅｎｇ，ＹＩＮ Ｃａｉ－ｙｕｎ，ＺＯＵ Ｇｕａｎ－ｇｕｉ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｓａｆｅ Ｍｉｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
第８期
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彭 苏 萍 等 ：高 丰 度 煤 层 气 富 集 区 地 球 物 理 识 别
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煤 层 气 是 一 种 新 型 洁 净 能 源 ，其 勘 探 开 发 对 于 我 国 国 民 经 济 可 持 续 发 展 、改 善 我 国 能 源 结 构 有 着 重 大 的意义。目前，国内 煤 层 气 勘 探 开 发、井 位 布 设 主 要 依 靠 地 质 和 钻 探 研 究 成 果 ，尽 管 地 质 和 钻 探 资 料 可 靠 性很高，但由于其成 本 高，因 此 用 高 密 度 的 地 质 和 钻 探资料预测煤层气不太现实。地震勘探作为一种面 积 勘 探 ，可 以 提 供 煤 层 的 空 间 分 布 形 态 、断 裂 体 系 、厚 度 和 岩 性 等 地 质 信 息 ，因 其 密 度 高 、成 本 低 ，已 被 煤 田 地质勘探广泛应用。
地震资料在煤层气研究中受到了极大重视。杨 双安等 利 ［９］ 用三维地震勘探技术进行瓦斯预测 研 究； 焦勇等 进 ［１０］ 行了煤层气地震 精 细 解 释 及 储 层 预 测 技 术探讨；何志 勇 等 提 ［１１］ 出 了 利 用 地 震 属 性 预 测 煤 层 气储层孔隙 度 方 法；祁 雪 梅 等 研 ［１２］ 究 了 地 震 相 技 术 在煤层气勘 探 中 的 应 用；彭 刘 亚 等 利 ［１３］ 用 岩 性 地 震 反演信息进行煤体结构划分。
上 述 应 用 研 究 表 明 ，将 地 球 物 理 技 术 应 用 于 瓦 斯 富 集 分 布 预 测 是 可 行 的 。 为 此 ，笔 者 结 合 地 质 和 钻 探 信 息 ，利 用 地 震 资 料 研 究 控 制 煤 层 气 富 集 的 地 震 地 质 因 素 ，如 煤 层 厚 度 、结 构 、构 造 、岩 性 和 裂 隙 等 参 数 ，从 而实现煤层气富集区地球物理识别。
如何将稀疏的地质和钻探资料与密集的地震资 料 有 机 的 结 合 起 来 ，利 用 地 球 物 理 特 征 进 行 煤 层 气 富 集区识别，为煤层气开发选择井位、布设井网提供可靠 的地质依据，成为煤层气勘探开发急需解决的问题。
近 几 年 来 ，地 球 物 理 技 术 在 煤 层 气 勘 探 领 域 得 到 了很大的发展。
在煤层气富 集 区 预 测 方 面，闫 宝 珍 等 基 ［１７］ 于 控 制 沁 水 盆 地 煤 层 气 富 集 特 征 分 异 的 关 键 地 质 因 素 （如 构 造 、热 力 场 和 水 动 力 等 ）进 行 了 综 合 分 析 ，对 该 盆 地 煤层气的富 集 类 型 划 分 进 行 了 研 究；常 锁 亮 等 基 ［１８］
在构 造 煤 研 究 方 面，测 井 资 料 发 挥 了 重 要 作 用。 毛志强等 研 ［１４］ 究了利用地球 物 理 测 井 资 料 识 别 煤 阶 类型；姚军朋 等 进 ［１５］ 行 了 构 造 煤 地 球 物 理 测 井 定 量 判识研究；陈 跃 等 基 ［１６］ 于 测 井 信 息 对 韩 城 地 区 煤 体 结构的分布规律进行了研究。
第 ３９ 卷 第 ８ 期 ２０１４年 ８月
煤 炭 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩＮＡ ＣＯＡＬ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．８ Ａｕｇ． ２０１４
彭苏萍，杜文凤，殷裁云，等．高丰度煤 层 气 富 集 区 地 球 物 理 识 别 ［Ｊ］．煤 炭 学 报，２０１４，３９（８）：１３９８－１４０３．ｄｏｉ：１０．１３２２５／ｊ．ｃｎｋｉ． ｊｃｃｓ．２０１４．９０１０ Ｐｅｎｇ Ｓｕｐｉｎｇ，Ｄｕ Ｗｅｎｆｅｎｇ，Ｙｉｎ Ｃａｉｙｕｎ，ｅｔ ａｌ．Ｈｉｇｈ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ ｒｉｃｈ ｒｅｇｉｏｎ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１４，３９（８）：１３９８－１４０３．ｄｏｉ：１０．１３２２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｃｃｓ．２０１４．９０１０
收 稿 日 期 ：２０１４－０３－３１ 责 任 编 辑 ：韩 晋 平 基金项目：国家科技支撑计划课题资助项目（２０１２ＢＡＢ１３Ｂ０１）；国家重大科学仪器设备开发专项 基 金 资 助 项 目 （２０１２ＹＱ０３０１２６）；国 家 自 然 基
金 煤 炭 联 合 基 金 资 助 项 目 （Ｕ１２６１２０３） 作 者 简 介 ：彭 苏 萍 （１９５９— ），男 ，江 西 萍 乡 人 ，中 国 工 程 院 院 士 。Ｔｅｌ：０１０－６２３３１３０５，Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｓｐ＠ｃｕｍｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ
在煤层气 ＡＶＯ 技 术 研 究 方 面，彭 苏 萍 等 分 ［１－２］ 析 了 煤 层 顶 底 界 面 的 反 射 振 幅 特 征 ，认 为 底 界 面 不 利 于 ＡＶＯ 分析，不同结 构 煤 体 在 ＡＶＯ 响 应 上 存 在 明 显的差异；彭晓波等 将 ［３］ Ｐ 波方位 ＡＶＯ 应用 于 煤 层 裂缝探测 中；孙 斌 等 研 ［４］ 究 了 煤 储 层 含 气 性 与 地 震 ＡＶＯ 属性之间的关系，获 得 煤 层 参 数 与 地 震 波 弹 性 参数之间的关系式及其 ＡＶＯ 响 应 特 征；杜 文 凤 等［５］ 基于 Ｚｏｅｐｐｒｉｔｚ方程，分析了振幅与偏移距的关系，利 用 瓦 斯 突 出 煤 与 非 突 出 煤 的 物 性 参 数 ，进 行 数 值 正 演 模拟，分析了瓦斯突出煤与非突出煤 的 ＡＶＯ 响 应 差 异；胡朝元等 研 ［６］ 究了利用 地 震 ＡＶＯ 反 演 预 测 煤 与 瓦斯突出区；崔大尉等 利 ［７］ 用 ＡＶＯ 属性研究构造煤 的分布 规 律；彭 苏 萍 等 研 ［８］ 究 了 ＨＴＩ煤 层 ＡＶＯ 响 应特征及其影响因素。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ（ＣＢＭ）ｒｉｃｈ ｒｅｇｉｏｎ，ＣＢＭ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｔｅｘｔｕｒｅ，ｒｏｏｆ ａｎｄ ｆｌｏｏｒ ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ，ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｏｔｈｅｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｐａ－ ｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｔｔｒｉｂｕｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ＣＢＭ ｒｉｃｈ ｒｅｇｉｏｎ ｗａｓ ｍａｄｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｕｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＣＢＭ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｂｕｒｉａｌ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；ｔｈｅ ＣＢＭ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｈｉｇｈ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｌｉｆｔ ｚｏｎｅｓ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｓｙｎｃｌｉｎｅ ａｘｉｓ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｚｏｎｅｓ ｎｅａｒ ｔｈｅ ａｎｔｉ－ ｃｌｉｎｅ ａｘｉｓ；ｚｏｎｅｓ ｗｈｅｒｅ ｔｅｃｔｏｎｉｃａｌｌｙ ｄｅｆｏｒｍｅｄ ｃｏａｌｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ ａｒｅ ｕｓｕａｌｌｙ ｖｅｒｙ ｒｉｃｈ ｉｎ ＣＢＭ；ｔｈｅ ＣＢＭ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｏｆｔｅｎ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ｉｍｍｅｄｉａｔｅ ｒｏｏｆ ａｎｄ ｆｌｏｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ａｒｅ ｍｕｄｓｔｏｎｅｓ；ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｆｒａｃ－ ｔｕｒｅｓ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ＣＢＭ ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｕｒｉａｌ ｄｅｐｔｈ，ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｅｘｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｏｏｆ ａｎｄ ｆｌｏｏｒ ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ，ｅｔｃ．ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｏｆ ＣＢＭ ｉｎ ｔｈｅ ｚｏｎｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ＣＢＭ ｒｉｃｈ ｒｅｇｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｕｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｃａｎ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｇｅｏ－ ｌｏｇｉｃ ｆａｃｔｏｒ，ａｎｄ ｗｉｌｌ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ；ｒｉｃｈ ｒｅｇｉｏｎ；ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ