田 峰

（山西省煤炭地質(zhì)物探測繪院，山西 晉中 030600）

煤層氣是指賦存在煤層中，以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的伴生礦產(chǎn)資源。

目前，國內(nèi)利用三維地震資料預測煤層氣富集區(qū)域主要有兩種方法：一是基于雙相介質(zhì)理論預測煤層氣富集區(qū)；二是利用地震屬性技術(shù)探測煤層氣富集區(qū)。

1 基于雙相介質(zhì)理論技術(shù)預測煤層氣的富集區(qū)域

地下介質(zhì)媒體主要是由固體和流體兩種介質(zhì)組成的，巖石就是固體，充斥在巖石的裂隙、裂縫中的液體或氣體就是流體。煤層氣的富集區(qū)域就是一種非常典型的（流相＋固相）雙相介質(zhì)，裂隙、裂縫中的煤層氣是流體，煤層是固體。雙相介質(zhì)中存在有兩類縱波，就是常說的快縱波和慢縱波。流相位移及固相位移在快縱波中是同相的，而它們在慢縱波中卻是反相的；快縱波的性質(zhì)類似于單相介質(zhì)中縱波所具有的性質(zhì)，而慢縱波的傳播性質(zhì)與熱能傳導現(xiàn)象及流體擴散現(xiàn)象有很多相似的地方，它們都具有比較強的衰弱及頻散性質(zhì)，所以在雙相介質(zhì)中，流體所特有的縱波就是慢縱波。在雙相介質(zhì)中，地震波在傳播過程中的每個頻率成分所具有的能量分布都會有一定的變化，高頻成分所具有的能量相對比較弱，低頻成分所具有的能量比較強，反映為地震波的能量由高頻向低頻方向發(fā)生了移動，即“高頻衰弱、低頻增強”的特性。這也就說明了在雙相介質(zhì)中，特有的慢縱波不但改變了波場的運動學特性，還改變了波場的動力學特性。

在煤層氣與煤層所組成的雙相介質(zhì)中，每個頻率成分所具有的能量形式表現(xiàn)為“相對衰弱的高頻成分和相對增強的低頻成分”，這就為我們利用三維地震資料間接地預測煤層氣提供了依據(jù)。采用三角濾波器對雙相介質(zhì)中地震波能量的“高頻衰弱、低頻增強”特性進行提取，能量會隨著地震波主頻的變化，相應(yīng)地改變能量相對減弱和相對增強的臨界點。通過計算給定的低、高頻范圍內(nèi)地震波能量的最大值，即可由地震資料直接圈定出煤層氣富集區(qū)。

三維地震勘探技術(shù)中，反射波的時差、振幅和相位的明顯變化不完全是構(gòu)造引起，其中一部分是由于煤層氣富集區(qū)和巖性變化引起的，這說明實際地震資料上已經(jīng)包含了豐富的地質(zhì)信息，可以用于預測煤層氣富集區(qū)。地震波在煤層氣富集區(qū)具有特殊的地球物理響應(yīng)特征，這種特殊性主要表現(xiàn)在反射、透射、衰減、吸收、頻散以及能量的重新分配等方面。其中，地震波穿過煤層氣富集區(qū)后表現(xiàn)出的能量再分配特性是其最典型的特征之一。采用合適的數(shù)學工具提取出這種特征，便可用于煤層氣預測。

我們選擇青海地區(qū)進行煤層氣富集區(qū)的預測。圖1是利用基于雙相介質(zhì)理論的方法對青海某工區(qū)進行反演得到的結(jié)果。其中，圖1（a）為低頻計算結(jié)果，圖1（b）為高頻計算結(jié)果。由圖1可見，圖中用白線和灰線圈出的區(qū)域為預測煤層氣富集區(qū)。

2 利用地震屬性技術(shù)探測煤層氣富集區(qū)

圖1 青海某工區(qū)煤層氣富集區(qū)反演結(jié)果

利用地震屬性技術(shù)查明與煤層氣富集區(qū)有關(guān)的主要地質(zhì)因素，包括地質(zhì)構(gòu)造、構(gòu)造煤的分布、煤層頂?shù)装逯辛严读芽p的發(fā)育方向和密度（圍巖的透氣性），最終查明煤層氣富集帶。

地震屬性指的是利用疊前或疊后的三維地震數(shù)據(jù)體，經(jīng)過數(shù)學方法的計算，變換而得的關(guān)于地震波的幾何學、動力學、運動學及統(tǒng)計學特征。以波的動力學及運動學特征可以將地震屬性分為波形、相位、時間、振幅、相關(guān)、吸收衰減、頻率、速度8個大類。地震屬性的種類很多，不同地震屬性的選擇要根據(jù)所需解決的不同地質(zhì)問題來確定。地震屬性技術(shù)最重要的工作是對包括數(shù)據(jù)體屬性及同相軸屬性進行屬性提取工作。

地震屬性技術(shù)是對三維數(shù)據(jù)體進行研究，而三維數(shù)據(jù)體最重要的成分就是煤層反射波。在煤層反射波中包含有大量的地震、地質(zhì)信息，它們都是可變的，其變化主要取決于煤層的巖性變化和構(gòu)造變化。煤層的巖性及構(gòu)造變化造成了速度、密度和其他相關(guān)彈性參量的變化，這些變化又進一步引起了地震波在傳播時間、相位、振幅、頻率等方面的變化。當煤層發(fā)生比較大的巖性及構(gòu)造變化時，在三維地震時間剖面上能夠發(fā)現(xiàn)煤層反射波同相軸也有了明顯的變化，主要有走時、振幅及相位的變化；但是有一部分信息，比如頻率特征比較難以簡明直觀地顯現(xiàn)。在對煤層氣富集區(qū)域的分析過程中，首先分析它們引起地震屬性信息變化的特征，然后反過來提取地震屬性信息的變化特征，這樣就能夠?qū)γ簩託飧患瘏^(qū)進行識別和預測。

對三維地震記錄與煤層反射波的地震屬性特征進行分析，可以得出在煤層氣富集區(qū)的煤層反射波具有以下特征：波至時間發(fā)生延遲，但反射波連續(xù)性較好的運動學特征；煤層反射波為強振幅的特征；煤層反射波的主頻明顯降低的特征；煤層反射波具有低頻帶能量相對增強、高頻能量相對衰減的頻率特征；煤層反射波具有與正常反射波相位相反的相位特征。這些特征，就是煤層氣富集區(qū)識別的依據(jù)。

由于入射角變化時，P波的速度、相位、波阻抗、振幅等多個地震屬性也會相應(yīng)地發(fā)生變化，所以利用P波的方位屬性可以預測煤層氣富集區(qū)的空間分布。假定M是由偏移距決定的相關(guān)因子，N是由裂隙裂縫特性及偏移距決定的相關(guān)因子，利用計算得到的N/M值來描述裂隙、裂縫的發(fā)育程度。當N/M值較高時，認為此處發(fā)育有裂隙、裂縫；當N/M值較低時，認為此處的裂隙、裂縫發(fā)育不明顯。N/M值的絕對值越大，方位屬性特征變化越明顯。而地震屬性隨方位角變化的劇烈程度，間接地反映了裂隙的密度情況。因此，N/M值越高，裂隙密度越大，而裂隙、裂縫正是煤層氣高度富集的區(qū)域，所以N/M值可以作為一種預測煤層氣富集區(qū)域的方法。

選擇山西某地區(qū)進行煤層氣富集區(qū)的預測，利用煤礦地震數(shù)據(jù)動態(tài)解釋系統(tǒng)對三維地震資料進行解釋，主要是通過主頻帶能量屬性和低頻帶能量屬性進行分析。從地震屬性切片中可以得出結(jié)論，煤層氣富集區(qū)通常位于褶曲構(gòu)造附近，因為褶曲的兩翼是應(yīng)力聚集區(qū)，通常也就是煤層氣富集區(qū)。大斷層構(gòu)造的能量集中在低頻段，而小斷層、褶曲構(gòu)造的能量大多集中在高頻地段。

3 結(jié)束語

在這兩項技術(shù)中，主要利用三維地震勘探資料進行地震解釋和反演，所以解釋的準確程度受到原始地震資料、處理方法及解釋人員主觀臆想判斷等因素的影響。因此，在三維地震野外采集中保證質(zhì)量，在資料處理上選用方法科學，并對工區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況進行深入了解，這樣就能夠更有效地提高煤層氣富集區(qū)的預測精度。

將雙相介質(zhì)理論技術(shù)和地震屬性技術(shù)相結(jié)合，利用三維地震資料對煤層氣富集區(qū)域進行預測，能夠更準確地指導煤層氣開發(fā)階段的井位布置，也可用于確定瓦斯地質(zhì)研究的靶區(qū)，為礦方提供可靠的地質(zhì)成果。

[1]楊雙安，張會星.三維地震資料預測瓦斯富集區(qū)的應(yīng)用[J].煤炭科學技術(shù)，2009，37（8）：108-110.

[2]劉最亮，張少青.利用地震屬性劃分瓦斯富集帶[J].中國煤炭地質(zhì)，2011，23（7）：52-55.