地震在煤层气勘探开发中的应用

2005年第3期勘察科学技术#地震在煤层气勘探开发中的应用王磊何伟（中国煤炭地质总局北京市 100039）提要 该文研究了地震在煤层气勘探开发中的应用问题，首先利用偏移剖面控制构造特征和煤层的底板形态；再结合钻孔和地震资料确定煤层厚度，在此基础上预测煤储层孔隙度，估算煤层储量，为煤层气勘探开发提供多方位的地质信息。实践表明，地震资料的合理应用，可以确保煤层气开采井的正确布置，降低煤层气开发风险。关健词地震勘探煤层气构造勘探开发Applicati onof Seismic Prospect ing Tech no logy in Coalbed Metha neExploration and Exploitationiii1代WangLeiHe Wei(ChinaNationalAdministrationof Coal GeologyAbstract Thispaperstudiedthe applicationof seismicdatain coalbedmethaneexplorationandexploitation, firstly ,we usemigration seismicprofile to controlthefeatureof geologicstructureanddepthof coalbed;secon2 ly , the thicknessof coalbedis 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 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期勘察科学技术#& 94-2010 ChinaJoutiidl 也rublishing House, All f igJitsww.2005年第3期勘察科学技术591引言煤层气做为一种新型能源，越来越引起许多产 煤国家的重视。我国自从1989年第一次召开“开 发煤层气研讨会”之后，便在全国各地掀起了开发煤 层气的高潮。煤层气勘探不同于常规煤田勘探。煤层气是以吸附态存在于煤孔隙内表面或以游离态分 布在煤的孔隙和裂缝内。煤层既是煤层气的源岩层,也是煤层气的储层。寻找煤层气，必须先找到煤 层。而找到煤层并不一定能找到有效的煤层气气 藏,还必须进一步寻找有利于煤层气聚集的煤层孔 隙、裂隙发育区等煤储层特征，从而降低煤层气勘探 的风险。我国煤层都经历了多期地壳运动的改造和 破坏,加大了煤层气勘探开发的难度。目前急需进行煤层气勘探的理论和技术研究。近几年来，在煤作者简介：王磊，男,1972年生，工程师,从事煤田地震勘探方法的研 究工作。收稿日期：2004- 04 - 19炭、石油、地矿等资源勘探领域的实践证明，地质钻探与地震勘探相结合的综合勘探是速度快、投入少的较为理想的勘探模式。为此，我们将地震勘探技 术系统应用于山西沁水南部一个煤田的煤层气勘探 开发中，取得了良好的地质效果 。2地质概况及地球物理特征211 地质概况勘探区位于沁水盆地南部，区域地层由老至新 为：上元古界长城系；古生界寒武系、奥陶系、石炭 系、二叠系；中生界三叠系；新生界第三系及第四系 。 该区主要含煤地层为石炭系太原组及二叠系山西 组。太原组为海陆交互相沉积，地层厚60120m,含煤312层，含煤系数2 %11 %。山西组为过渡 相含煤地层，厚30120m,含煤I9层，含煤系数 4 %14 %。山西组的3号煤层（6m左右）和太原组 的15号煤层（3m左右）为主要可采煤层。212地球物理特征21211浅层地震地质条件本区表层为侵蚀型山区，地形变化大，山高坡陡，沟谷发育，最大相对高差为340m。就地貌而言， 本区可划分为河谷漫滩类、黄土覆盖区、坡积地段、 基岩 裸露区段等4种类型。21212深层地震地质条件区内主要目的层3号煤层赋存深度300 500m，为较好的地震勘探深度。该煤层一般厚度在6m左右，煤层赋存稳定，煤层与顶、底板之间存在明 显的物性差异，易于形成较强的地震反射波（T6波）。3数据采集与资料处理311 野外数据采集： J本次地震勘探观测选用500 X2000m的二维地震测网，采用24次覆盖，开动96道接收，选用60Hz 高分辨率地震检波器组合接收，使用DAS - I型轻便数字地震仪，1ms采样，高爆速成型炸药激发。施工中严格执行行业规范，并建立了一系列强有力的技 术措施，尤其是在现场采用工作站及微机处理系统，对当日的原始资料及时处理分析，监控其质量，发现 问题及时解决。312资料处理资料处理以提高信噪比为中心，建立正确的近地表模型，认真做好静校正工作，充分利用绿山静校 正软件，精确计算静校正量，压制各种干扰波，使地 下反射点正确归位，努力提高煤层反射波的成像质 量和分辨率，为地震地质解释打下坚实的基础。4地震地质解释及勘探成果地层的连续性、产状、岩性等方面，均有很大差别 陷落柱与围岩存在的物性差异是形成异常地震波的 基础。这些异常为地震方法识别和判定陷落柱提供 了依据。陷落柱在水平叠加时间剖面上的表现特征为反射波同相轴在小范围内消失或错断，并伴生些小断层，在断层点处产生绕射波及延迟绕射波 ，断 陷点之间波形杂乱，在柱顶处，可产生柱顶绕射波 C.& f 册刃i血述筋献魚电用；? c图1为一个位于3号煤层下部的陷落柱ffhl.1*nA-11 *图1陷落柱在地震剖面上的显示412煤层深埋的确定通过煤层反射波的时间场特征，利用已知的9个钻孔资料，采用钻孔反算求取平均速度法，建立速 度场，进行时深转换，得到了本区3号煤层的埋深。 413煤层厚度的预测与解释本勘探区煤层反射波波长大于40m，而区内钻孔揭露的煤层厚度基本上小于6m，即小于调谐厚通过和人工合成记录的对比，时间剖面上的 T6波的反射特征显示了3号煤层的稳定与发育 ，3号煤层在本区的埋深、赋存形态、构造发育等地质特征 通过T6波反射特征进行定性、多量的解释和描述。 411构造解释41111常规构造解释主要包括褶曲解释、断层解释，解释过程中以波 形变面积的时间剖面为主，配合其它彩色显示识别 小构造。断层的主要标志为：反射波同相轴错断、强 相位转换、相位突变、分叉合并、绕射波的出现等。 41112特殊构造 一陷落柱的解释陷落柱是块度大小不均、排列杂乱无章的上部 地层塌陷物胶结而成的。与正常赋存地层相比，在图2煤厚解释流程度。因此可以用单值调谐厚度法进行煤层厚度的标 定与计算。以区内钻孔揭露的各煤层厚度来控制拟 合全区煤层厚度的标定系数，由此对全区煤层厚度 进行计算。其流程如图2 所示。414煤储层孔隙度的预测一般情况下以测井为约束的反演技术，可以将地震资料反演为波阻抗，因此寻求波阻抗与孔隙度 之间的关系是实现两者之间转换的关键 。理论研究表明，岩层的孔隙度与地震波的速度 成反比关系。本区共9个井资料统计表明，煤储层 孔隙度与测井资料具对应关系，即煤层顶底板密度 较大速度变大，孔隙度相对较大，而煤层密度小，速 度低，而其孔隙度亦较小，这就为沁水煤层气田南部 煤储层孔隙度计算提供了依据。通常岩石的密度与声波的时差有以下关系：bP = aV对本区煤层气探井内煤储层段测井资料进行统 计分析，用回归分析方法进行回归分析，得到密度与速度的关系式为：p = aV。而波阻抗R= PV=aV+1声波时差与孔隙度之间的关系通常可用公式表示：=(T - Tm) n Tf - Tm)=TL( Tf - Tm) - Tm ( Tf - Tm) = aT + b式中T、Tm、Tf分别为岩石、岩石骨架和岩石充 填流体后的声波时差。本区煤储层声波时差测井和 孔隙度曲线进行统计回归分析，得到回归因子，将回 归参数与反演数据进行结合就得到反演孔隙度平面 图。本区煤储层的孔隙度变化在3%15%之间，如图3所示。总体上孔隙度变化不大，其平面上的分布受构造控制。A4f、1k1111IIIinn叫i/丿* b图3煤储层含气量分布415煤层气资源的估算由于煤层气做为一种自生自储的特殊气藏，其计算方法多种多样，结合本区实际情况及钻井资料 ， 采用体积法对该勘探区的煤层气储量做粗略估算，使用下列公式：Q = S?H?D?G式中：S为含煤面积，m2 ; h为煤层平均厚度，m ; D 为煤层平均密度，tHn3 ; Gc为平均含气量，m3H。根据前人的研究表明，利用钻孔资料与地震资 料相结合，进行统计分析可知，煤层含气量与地震 速度的关系为近似线性反比关系，煤层含气量与地震瞬时频率为正相关；煤层含气量与地震振幅基本 上成线性反比关系。最终利用上述参数对全区进行 了计算，利用二元回归分析进行了统计分析，并对全区进行了预测。经回归分析得到山西组3号煤层含气与地震属性的关系。该区是煤层气富集区，但西部平均含气量相对较小，最小值为1110m3压；东部含 气量相对较大，最大值为1715m3 it。5结论将地震勘探技术系统地应用于煤层气的勘探 中，拓宽了地震勘探的应用范围，达到了发展地震勘探技术的目的。通过本次地震勘探，全面了解该勘探区内的构造、煤层、煤储层孔隙度、含气量等对煤 层气开发至关重要的参数。1) 查明了测区内煤层的赋存形态以及煤层上发 育的断裂构造；2) 对煤层厚度进行计算并对煤层气储量进行估 算；3) 对煤储层孔隙度进行了预测；4) 将地震勘探应用于煤层气的开发，以较少的经费取得较多的地质信息，为下一步的勘探工作奠 定了基础。参考文献1王涤清，吴天蒙.三维地震勘探在高速推覆体覆盖区的应 用.煤田地质与勘探，1997,(3)2沈勇，等.晋城矿区(新区)煤层气资源.煤田地质与勘探,2001 ,3曹爱国，等.煤层气选区和评价的若干问题.中国煤田地质,2001 , (2)& 94-2010 ChinaJoutiidl 也rublishing House, All f igJitsww.2005年第3期勘察科学技术#& 94-2010 ChinaJoutiidl 也rublishing House, All f igJitsww.2005年第3期勘察科学技术#& 94-2010 ChinaJoutiidl 也rublishing House, All f igJitsww.