煤田地质资料深度开发及其在煤系气勘探中的应用

窦新钊 张文永 孙 贵 丁 海

(1.安徽省煤田地质局勘查研究院，安徽 230088；2.安徽省非常规天然气工程技术研究中心，安徽 230088；3. 中国科学技术大学地球和空间科学学院,安徽 230000)

1 煤田地质资料深度开发存在的主要问题

在最近几年煤系气勘探工作中发现，煤系气勘探过程中的煤田地质资料再次利用和深度开发主要存在以下几个方面的问题：

首先，资料管理方面，以安徽省为例，煤田系统以往的勘探资料呈现出格式不统一、数据不规范、存放分散化等特点，致使资料难以查询，而且利用起来不够便捷，在后期的煤系气勘探中发挥不出来煤田地质资料的管理效率和服务能力。

其次，钻井资料方面，以往煤田勘查目的层位是煤层，砂岩、泥页岩赋存层位、岩性特征和含气性等方面研究较为薄弱。

第三，测井资料方面，虽然以往煤田测井资料丰富，但从实际应用来看，测井曲线资料仅在岩煤层岩性划分及定厚解释等方面发挥着作用，未能实现测井资料的深入细致解释，这在一定程度上造成了信息资料的浪费。

第四，地震资料方面，以往的地震解释仅针对构造和主要煤层，缺少砂岩、泥页岩等层位的解释，在后期煤系气勘探中，需要重新开展地震资料的处理和解释工作。

2 煤田地质资料深度开发技术体系

2.1 总体思路

整合以往煤田勘探资料，建立煤田地质资料数据库系统。在此基础上，以煤系含气系统为研究对象，以煤层气、页岩气和致密气目的层为切入点，重新处理和解释分析钻井、测井和地震等煤田勘探资料，综合分析目的层展布、有机地球化学、储层物性和含气性等参数，最终形成煤系气勘探过程中的煤田资料深度开发技术体系。具体流程见图1。

图1 煤田地质资料深度开发技术体系

2.2 数据库技术方案

以安徽省为例，目前省内煤田系统使用的地测软件有“龙软”、“煤矿空间信息系统”、“煤矿地测信息系统”等，这些系统都存在着基础资料兼容性问题。“煤矿地测信息系统”是安徽省煤田地质局自主开发的，系统比较完善，基本满足各类地质报告、科研项目等使用。为了更好的利用全省的煤炭地质资料，提高工作效率，为下一步的生产科研等提供地质依据，安徽省可以“煤矿地测信息系统”为基础，针对不同的地测软件研发一套完整的数据接口，科学分类，统一格式，规范数据，完成全省各类地质资料的整合，建立煤田地质资料数据库系统。

2.3 钻井资料技术方案

以非常规天然气目的层作为切入点，以往煤田钻井资料再分析主要包括4项内容(图2)。(1)提取数据文件。全面整理和分析地质报告等资料，重点提取单井地层综合柱状图(含地层、岩性柱子、测井曲线)及其数据文件；(2)构造-沉积环境分析。利用煤田地质报告、钻井报告及柱状图资料，分析各地区构造、沉积特征，结合测井解释物性与岩心分析物性特征，详细研究沉积环境及层序；(3)地层划分与对比。通过地层岩性、时代识别目的层位岩层界面，确定主要目的层位岩层厚度，建立各个层位对比格架；(4)多井目的层空间对比。通过对不同地区多井分析，制作连井剖面，确定目的层空间分布特征，结合构造和沉积条件分析，确定主要煤层、页岩和砂岩层位的厚度、层位、埋深、岩性等地质参数。

图2 钻井资料技术方案

2.4 测井资料技术方案

测井方法是非常规天然气储层评价的重要手段，不同学者对其做了深入的研究和探讨。煤田常规测井资料在煤系气勘探中主要开展以下几个方面内容(图3)。(1)测井资料及分析化验测试资料的分类和收集。测井资料包括区块内常规煤田测井资料以及其它测井数据。分析化验测试数据主要是与测井建模相关的煤层含气量测试数据、岩石物理力学参数测试数据、岩石声波波速测试数据、岩石电性参数测试数据、岩石孔渗参数测试数据等；(2)测井曲线的标准化。选取合适的关健井、标准层为基准，对测井曲线进行标准化。对于数字测井曲线老旧的纸质材料还存在数字化的问题。将各种测井曲线数字化、标准化后形成数据库；(3)测井建模与解释评价。综合利用收集的测井资料和各类测试数据，选择合适的测井参数，建立模型，对区块煤层含气量、煤层顶板岩石力学性质、煤层顶板砂岩层段赋水性等进行解释评价；(4)解释结果分析评价与应用。结合煤层气综合测井资料、分析化验测试资料等对常规煤田测井解释结果进行对比分析、修正等。最终形成一套煤田勘探过程中适用的常规煤田测井精细解释方法。

图3 测井资料技术方案

2.5 地震资料技术方案

地震勘探可以提供煤层、泥页岩、砂岩的空间分布形态、埋深、厚度、岩性甚至含气性等地质信息，从而进行煤系气富集区的预测。基于以往煤田勘探地震资料现状，提出了下一步煤系气勘探过程中地震资料重新处理和解释的主要内容包括如下(图4)。(1)通过测井合成记录标定，地质戴帽以及层位引入等方法，进行时间剖面同相轴地震地质意义的标定，明确地震波的层位属性，应用二维地震资料，进行全区的对比追踪；(2)利用二维地震资料，以常规剖面及特征属性剖面相结合，精细落实断层发育特点，精细刻画断裂体系，分析构造发育特征和演化史；(3)利用测井数据和地震速度谱，建立区内速度场，进行时深转换，构造成图；(4)根据实际地震资料品质和钻井、测井等资料条件，采用地震多属性分析技术，预测目的层(煤层、泥页岩、砂岩)厚度变化和空间分布特征；(5)综合精细构造解释成果，目的层埋深、厚度变化特征以及保存条件分析等，寻找非常规天然气勘探开发有利区域。

图4 地震资料技术方案

3 淮南煤系气勘探中的煤田地质资料深度开发技术应用

3.1 淮南煤田西部钻井资料分析

以往淮南煤田煤系气勘查工作主要集中在东部复向斜区域，西部很少涉及。2019年，中国地质调查局油气资源调查中心在煤田西部阜阳地区实施了一口煤系气探井(阜××井)，通过该井与以往煤田钻井资料的对比分析，基本查明了淮南煤田西部阜阳地区地层特征。

选取阜××井、口孜集43-2井、口孜集37-7井、口孜集31-1井、口孜集26-3井等5口井，制作一条NW向的石炭-二叠系连井剖面。通过连井剖面的对比分析，可以确定阜阳地区煤系是淮南煤田一部分，石炭-二叠纪沉积了同一套含煤地层。阜××井有机地化测试分析表明，成熟度与淮南煤田一致，结合区域构造演化特征，可以看出，印支运动前，阜阳地区与淮南煤田主体部分经历了相似的埋藏-受热史。N-Q时期，区域上呈现为坳陷式的均匀沉降，在口孜集正断层的控制下，阜阳地区沉积了厚度超过1000m的新生界，远远大于淮南煤田东部。

3.2 淮南潘集外围地震属性分析

3.2.1 叠后波阻抗反演

叠后波阻抗反演是根据钻孔测井数据纵向分辨率高的有利条件，对井旁地震资料进行约束反演，并在此基础上对孔间地震资料进行反演，推断煤系地层岩性在平面上的变化情况。从潘集外围D5线反演剖面可以看出，在6条钻孔测井曲线的约束下，把具有高纵向分辨率的已知测井资料与连续观测的地震资料联系起来，实行优势互补，大大提高地震资料的纵、横向分辨率，从而精细厘定目的层段的厚度变化和空间分布特征。

3.2.2 瞬时振幅属性分析

瞬时振幅是反射强度的量度，属于复数道属性，是通过将相地震道的振幅部分和相位部分分开独立显示计算出来的。从潘集外围L0-1线瞬时振幅属性图上可以看出，煤层的瞬时振幅值较其他地层大，除了已标示的煤层显示较突出外，还有部分高值层位存在，说明其中还有其他类似的煤岩层，事实上确实有11煤、6煤、4煤等煤层发育，从振幅属性形成“亮点”从而反映地层含气程度的角度来说，高值层段推测是含气地层的有利地段，也与钻孔解释的高含气地段相吻合。

3.2.3 甜点属性分析

甜点属性是与振幅与频率两个属性相关的地震属性，一般而言，振幅增强，频率变低，甜点属性对油气异常起到放大作用，从而指示出沉积地层中的局部油气有利区，称之为甜点。从潘集外围 19～20线甜点属性图可以看出，剖面上有大小不同的甜点区出现，与主要煤层重叠，较好的反映了煤系的含气性特征。但是，浅部地层内出现了属性值更大的“伪”甜点区，这是因为甜点属性仅是一种计算值，并不能自动有效地指出油气有利区，需要对目标层段有基本的地质认识。