利用三维地震资料预测煤层气富集区域

田 峰

（山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600）

煤层气是指赋存在煤层中，以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源。

目前，国内利用三维地震资料预测煤层气富集区域主要有两种方法：一是基于双相介质理论预测煤层气富集区；二是利用地震属性技术探测煤层气富集区。

1 基于双相介质理论技术预测煤层气的富集区域

地下介质媒体主要是由固体和流体两种介质组成的，岩石就是固体，充斥在岩石的裂隙、裂缝中的液体或气体就是流体。煤层气的富集区域就是一种非常典型的（流相＋固相）双相介质，裂隙、裂缝中的煤层气是流体，煤层是固体。双相介质中存在有两类纵波，就是常说的快纵波和慢纵波。流相位移及固相位移在快纵波中是同相的，而它们在慢纵波中却是反相的；快纵波的性质类似于单相介质中纵波所具有的性质，而慢纵波的传播性质与热能传导现象及流体扩散现象有很多相似的地方，它们都具有比较强的衰弱及频散性质，所以在双相介质中，流体所特有的纵波就是慢纵波。在双相介质中，地震波在传播过程中的每个频率成分所具有的能量分布都会有一定的变化，高频成分所具有的能量相对比较弱，低频成分所具有的能量比较强，反映为地震波的能量由高频向低频方向发生了移动，即“高频衰弱、低频增强”的特性。这也就说明了在双相介质中，特有的慢纵波不但改变了波场的运动学特性，还改变了波场的动力学特性。

在煤层气与煤层所组成的双相介质中，每个频率成分所具有的能量形式表现为“相对衰弱的高频成分和相对增强的低频成分”，这就为我们利用三维地震资料间接地预测煤层气提供了依据。采用三角滤波器对双相介质中地震波能量的“高频衰弱、低频增强”特性进行提取，能量会随着地震波主频的变化，相应地改变能量相对减弱和相对增强的临界点。通过计算给定的低、高频范围内地震波能量的最大值，即可由地震资料直接圈定出煤层气富集区。

三维地震勘探技术中，反射波的时差、振幅和相位的明显变化不完全是构造引起，其中一部分是由于煤层气富集区和岩性变化引起的，这说明实际地震资料上已经包含了丰富的地质信息，可以用于预测煤层气富集区。地震波在煤层气富集区具有特殊的地球物理响应特征，这种特殊性主要表现在反射、透射、衰减、吸收、频散以及能量的重新分配等方面。其中，地震波穿过煤层气富集区后表现出的能量再分配特性是其最典型的特征之一。采用合适的数学工具提取出这种特征，便可用于煤层气预测。

我们选择青海地区进行煤层气富集区的预测。图1是利用基于双相介质理论的方法对青海某工区进行反演得到的结果。其中，图1（a）为低频计算结果，图1（b）为高频计算结果。由图1可见，图中用白线和灰线圈出的区域为预测煤层气富集区。

2 利用地震属性技术探测煤层气富集区

图1 青海某工区煤层气富集区反演结果

利用地震属性技术查明与煤层气富集区有关的主要地质因素，包括地质构造、构造煤的分布、煤层顶底板中裂隙裂缝的发育方向和密度（围岩的透气性），最终查明煤层气富集带。

地震属性指的是利用叠前或叠后的三维地震数据体，经过数学方法的计算，变换而得的关于地震波的几何学、动力学、运动学及统计学特征。以波的动力学及运动学特征可以将地震属性分为波形、相位、时间、振幅、相关、吸收衰减、频率、速度8个大类。地震属性的种类很多，不同地震属性的选择要根据所需解决的不同地质问题来确定。地震属性技术最重要的工作是对包括数据体属性及同相轴属性进行属性提取工作。

地震属性技术是对三维数据体进行研究，而三维数据体最重要的成分就是煤层反射波。在煤层反射波中包含有大量的地震、地质信息，它们都是可变的，其变化主要取决于煤层的岩性变化和构造变化。煤层的岩性及构造变化造成了速度、密度和其他相关弹性参量的变化，这些变化又进一步引起了地震波在传播时间、相位、振幅、频率等方面的变化。当煤层发生比较大的岩性及构造变化时，在三维地震时间剖面上能够发现煤层反射波同相轴也有了明显的变化，主要有走时、振幅及相位的变化；但是有一部分信息，比如频率特征比较难以简明直观地显现。在对煤层气富集区域的分析过程中，首先分析它们引起地震属性信息变化的特征，然后反过来提取地震属性信息的变化特征，这样就能够对煤层气富集区进行识别和预测。

对三维地震记录与煤层反射波的地震属性特征进行分析，可以得出在煤层气富集区的煤层反射波具有以下特征：波至时间发生延迟，但反射波连续性较好的运动学特征；煤层反射波为强振幅的特征；煤层反射波的主频明显降低的特征；煤层反射波具有低频带能量相对增强、高频能量相对衰减的频率特征；煤层反射波具有与正常反射波相位相反的相位特征。这些特征，就是煤层气富集区识别的依据。

由于入射角变化时，P波的速度、相位、波阻抗、振幅等多个地震属性也会相应地发生变化，所以利用P波的方位属性可以预测煤层气富集区的空间分布。假定M是由偏移距决定的相关因子，N是由裂隙裂缝特性及偏移距决定的相关因子，利用计算得到的N/M值来描述裂隙、裂缝的发育程度。当N/M值较高时，认为此处发育有裂隙、裂缝；当N/M值较低时，认为此处的裂隙、裂缝发育不明显。N/M值的绝对值越大，方位属性特征变化越明显。而地震属性随方位角变化的剧烈程度，间接地反映了裂隙的密度情况。因此，N/M值越高，裂隙密度越大，而裂隙、裂缝正是煤层气高度富集的区域，所以N/M值可以作为一种预测煤层气富集区域的方法。

选择山西某地区进行煤层气富集区的预测，利用煤矿地震数据动态解释系统对三维地震资料进行解释，主要是通过主频带能量属性和低频带能量属性进行分析。从地震属性切片中可以得出结论，煤层气富集区通常位于褶曲构造附近，因为褶曲的两翼是应力聚集区，通常也就是煤层气富集区。大断层构造的能量集中在低频段，而小断层、褶曲构造的能量大多集中在高频地段。

3 结束语

在这两项技术中，主要利用三维地震勘探资料进行地震解释和反演，所以解释的准确程度受到原始地震资料、处理方法及解释人员主观臆想判断等因素的影响。因此，在三维地震野外采集中保证质量，在资料处理上选用方法科学，并对工区的地质构造情况进行深入了解，这样就能够更有效地提高煤层气富集区的预测精度。

将双相介质理论技术和地震属性技术相结合，利用三维地震资料对煤层气富集区域进行预测，能够更准确地指导煤层气开发阶段的井位布置，也可用于确定瓦斯地质研究的靶区，为矿方提供可靠的地质成果。

[1]杨双安，张会星.三维地震资料预测瓦斯富集区的应用[J].煤炭科学技术，2009，37（8）：108-110.

[2]刘最亮，张少青.利用地震属性划分瓦斯富集带[J].中国煤炭地质，2011，23（7）：52-55.