煤层气(瓦斯)地震勘探技术.doc

煤层气(瓦斯)地震勘探技术
崔若飞
煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室
二零一二年七月
1 煤层气(瓦斯)勘探的意义
煤层气(瓦斯)是由煤化作用形成的赋存于煤层中以甲烷为主的混合气体。
首先,煤层气作为一种新型洁净能源,其开发利用可弥补我国常规能源的不足。我国是煤层气资源大国,居世界第二位。近年来,对煤层气的成因、储层特性、赋存状态、成藏理论进行系统研究,取得了一大批成果。但是,相应的勘探与开发技术相对滞后。今天,地质学家和地球物理学家已经把研究重点放在勘探与开发技术领域。
其次,瓦斯突出问题是长期以来困扰煤矿安全生产的一个灾害性问题。据国家安监总局统计,在一次死亡10人以上的特大煤矿事故中,瓦斯事故起数占69%。问题关键在于煤矿开采前和开采过程中,对地下瓦斯富集的情况一无所知。这样就使煤矿在生产过程中,无法根据瓦斯分布情况制定有针对性的措施。
总之,煤层气(瓦斯)的勘探、开发与利用可以改善我国能源结构、促进煤矿安全生产、有效保护生态环境,是一举多得利国利民的大事。
2瓦斯地质理论
瓦斯富集的地质规律
影响煤层气(瓦斯)富集的主要地质因素包括煤层埋藏深度、断层及其它构造分布、构造煤(煤层中的软分层)的分布、煤层顶底板的封闭程度(透气性)。瓦斯富集和突出有以下基本规律:
(1) 瓦斯随着煤层埋藏深度增加而增加;
(2) 构造煤是典型的瓦斯地质体,所有发生煤与瓦斯突出的煤层都发育一定厚度的构造煤;
(3) 大多数瓦斯突出都发生在构造破坏带,主要与压性、压扭性断裂有关;
(4) 瓦斯突出与褶皱构造关系密切,在向斜、背斜轴部及其附近有利于瓦斯聚集,易于发生瓦斯突出。

瓦斯地质学从地质角度出发,根据煤体宏观和微观结构特征,把煤体结构分为四种类型,即原生结构煤、破碎煤、碎粒煤和糜棱煤,后三种类型是煤层中的软煤,统称为“构造煤”,是煤层层间滑动构造的产物。
当地应力和瓦斯压力达到一定值时,突出与否的关键取决于地压和瓦斯膨胀对煤壁的侧向压力于煤体抵抗能力的对比关系。如煤壁的煤体结构完好,强度较大,煤体抵抗能力大于侧向压力,突出便不会发生;如煤体结构遭构造应力破坏,煤壁强度变小,侧向压力大于煤体抵抗能力,突出则是必然的。
由于构造煤的力学强度降低,减小发生瓦斯突出的阻力;由于构造煤的孔隙增加,有力于瓦斯的富集。因此,构造煤的发育程度是瓦斯突出危险区域预测的重要内容,构造煤的厚度是瓦斯突出危险区域预测的重要指标。

传统的预测方法是依据瓦斯地质规律,获得构造煤赋存和分布的主要资料室井下实际编录和钻孔取芯。该方法的缺点是井巷编录对未采区的资料无法获得,钻孔取芯常因构造煤松软,取芯率低而难以获得。
从20世纪90年代起,地质学家利用测井曲线判识构造煤厚度,取得了良好的地质效果。构造煤是原生结构煤遭受构造运动破坏的煤体,其孔隙和裂隙均较发育,含水性相对增加,与原生结构煤相比存在着明显的物性差异,在不同类型的测井曲线上有以下反映:
(1) 电阻率相对减小,在视电阻率曲线上表现为幅值降低;
(2) 密度相对减小,在伽玛伽玛曲线上表现为幅值增高;
(3) 单位体积内放射性物质的含量减少,自然伽玛曲线上表现为负异常。
3 煤层气(瓦斯)地震勘探
(瓦斯)地震勘探的目的
现行的煤田地震勘探技术主要是利用反射波的运动学特征来解决构造问题,而煤层气(瓦斯)地震勘探属于岩性地震勘探的范畴。在影响瓦斯突出的5个主要地质因素中,利用地震资料和其它地质资料可以查明落差大于5m的断层及其它构造分布、煤层埋藏深度、煤层的倾角和露头位置。但是,不能对构造煤的分布、煤层和围岩的透气性做出评价。
瓦斯作为气体,如果要在煤层中储存和运移,那么煤层及其顶底板中就必须要有相互联通的裂隙裂缝。总之,裂隙裂缝的存在是瓦斯存在的必要条件,也是搞清构造煤发育区、煤层瓦斯富集带的关键。
煤层气(瓦斯)地震勘探的目标是利用地震波运动学和动力学特征来研究煤岩层岩性,查明煤层及顶板中裂隙裂缝发育的方向和密度(煤体破坏程度),查明与瓦斯突出相关的构造煤发育区和煤层瓦斯富集带,为煤层气开发和瓦斯治理提供地质依据。
(瓦斯)地震勘探的特点
利用国内外油气勘探的成功经验并结合煤层气(瓦斯)地震勘探的任务,提出利用“两个理论、四项技术”来指导煤层气(瓦斯)地震勘探。两个理论是双相介质理论和各向异性介质理论,四项技术是地震属性技术、AVO技术、方位各向异性技术和地震反演技术。
4 煤层气(瓦斯)地震勘探理论

双相介质理论认为地下介质是由固体骨架和充填在骨架空隙中的流体(气体和液体)组成。煤层与煤层瓦斯是一种典型的(固相+流相)双相介质。