煤层气瓦斯地震勘探技术.pptx

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1、2023/3/19中国矿业大学11 煤层气煤层气(瓦斯瓦斯)勘探的意义勘探的意义煤煤层层气气(瓦瓦斯斯)是是由由煤煤化化作作用用形形成成的的赋赋存存在在煤煤层层中中的的以以甲甲烷烷为为主的混合气体。主的混合气体。煤煤层层气气作作为为一一种种新新型型洁洁净净能能源源，其其开开发发利利用用可可弥弥补补我我国国常常规规能源的不足。能源的不足。瓦瓦斯斯突突出出问问题题是是长长期期以以来来困困扰扰煤煤矿矿安安全全生生产产的的一一个个灾灾害害性性问问题。题。煤煤矿矿开开采采前前和和开开采采过过程程中中，对对地地下下瓦瓦斯斯富富集集的的情情况况一一无无所所知知。这这样样就就使使煤煤矿矿在在生生产产过过程程中

2、中，无无法法根根据据瓦瓦斯斯分分布布情情况况制制定定有有针对性的措施。针对性的措施。第1页/共50页2023/3/19中国矿业大学21 煤层气煤层气(瓦斯瓦斯)勘探的意义勘探的意义煤煤层层气气(瓦瓦斯斯)的的勘勘探探、开开发发与与利利用用可可以以改改善善我我国国能能源源结结构构、促促进进煤煤矿矿安安全全生生产产、有有效效保保护护生生态态环环境境，是是一一举举多多得得利利国国利利民的大事。民的大事。影影响响煤煤层层气气(瓦瓦斯斯)富富集集的的主主要要地地质质因因素素包包括括煤煤层层埋埋藏藏深深度度、煤煤层层厚厚度度、断断层层及及其其它它构构造造分分布布、煤煤层层中中的的软软分分层层(构构造造煤煤

3、的的分布分布)、煤层顶底板的封闭程度、煤层顶底板的封闭程度(透气性透气性)。第2页/共50页中国矿业大学32 煤层气煤层气(瓦斯瓦斯)地震勘探的特点地震勘探的特点煤煤层层气气(瓦瓦斯斯)地地震震勘勘探探的的目目的的是是利利用用地地震震波波运运动动学学和和动动力力学学特特征征来来研研究究煤煤岩岩层层岩岩性性，特特别别是是查查明明煤煤层层及及顶顶板板中中裂裂隙隙裂裂缝缝发发育育的的方方向向和和密密度度(煤煤体体结结构构破破坏坏程程度度)、构构造造煤煤的的分分布布和和厚厚度。度。煤煤层层气气(瓦瓦斯斯)地地震震勘勘探探将将油油气气勘勘探探中中的的储储层层预预测测理理论论、双双相相介介质质理理论论、各

4、各向向异异性性介介质质理理论论与与煤煤田田地地震震资资料料的的特特点点相相结结合合，把把地地震震属属性性技技术术、方方位位各各向向异异性性技技术术、弹弹性性波波阻阻抗抗反反演演技技术术等作为主要手段。等作为主要手段。第3页/共50页2023/3/19中国矿业大学43 地震属性技术地震属性技术地地震震属属性性指指的的是是由由叠叠前前或或叠叠后后的的地地震震数数据据，经经过过数数学学变变换换而而导导出出的的有有关关地地震震波波的的几几何何形形态态、运运动动学学特特征征、动动力力学学特特征征和和统统计计学学特特征征。地地震震属属性性技技术术是是指指提提取取、显显示示、分分析析和和评评价价地地震震属属

5、性性的的技技术术，在在煤煤层层气气(瓦瓦斯斯)地地震震勘勘探探中中包包括括地地震震属属性性的的提提取取、地地震震属属性性的的分分析析、利利用用地地震震属属性性区区分分构构造造、岩岩性性并并进进行目的层预测。行目的层预测。第4页/共50页2023/3/19中国矿业大学53.1瓦斯富集带的地震响应瓦斯富集带的地震响应煤煤层层反反射射波波中中含含有有大大量量地地震震信信息息，但但是是很很多多信信息息(如如频频率率)的的变变化化却却难难以以直直观观地地分分析析。对对于于构构造造煤煤发发育育区区和和瓦瓦斯斯富富集集带带异异常常，如如果果首首先先仔仔细细地地研研究究它它们们引引起起地地震震信信息息变变化化

6、的的特特征征，反反过过来来提提取取这这些些特特征征，就就可可以以作作为为构构造造煤煤发发育育区区和和瓦瓦斯斯富富集集带带识别的依据。识别的依据。地地震震属属性性参参数数种种类类很很多多，在在构构造造煤煤发发育育区区和和瓦瓦斯斯富富集集带带识识别别过过程程中中，它它们们变变化化特特征征是是什什么么？哪哪些些属属性性参参数数是是有有效效的的(贡贡献献率高率高)？根根据据阳阳煤煤集集团团的的地地层层态态特特征征，设设计计了了六六层层介介质质模模型型，其其中中第第四层中部为构造煤，代表瓦斯富集区，见图四层中部为构造煤，代表瓦斯富集区，见图31。第5页/共50页2023/3/19中国矿业大学6图图31

7、瓦斯富集带地质模型瓦斯富集带地质模型第6页/共50页2023/3/19中国矿业大学73.1瓦斯富集带的地震响应瓦斯富集带的地震响应瓦瓦斯斯富富集集带带模模型型所所用用参参数数见见表表31，模模型型参参数数建建立立在在实实测测数数据的基础上。据的基础上。表表31 瓦斯富集带地质模型参数瓦斯富集带地质模型参数第7页/共50页2023/3/19中国矿业大学83.1瓦斯富集带的地震响应瓦斯富集带的地震响应共共制制作作了了3个个模模型型。模模型型1中中介介质质4和和介介质质5均均为为原原生生煤煤，图图32是是模模型型1的的理理论论地地震震记记录录；模模型型2中中介介质质4和和介介质质5均均为为构构造造煤

8、煤，图图33是是模模型型2的的理理论论地地震震记记录录；模模型型3中中介介质质4为为原原生生煤煤，而而介介质质5为为构构造造煤煤，两两种种介介质质间间有有一一过过渡渡带带，图图34是模型是模型3的理论地震记录。的理论地震记录。从从图图32中中可可以以看看出出五五个个界界面面的的反反射射波波，由由于于煤煤层层顶顶板板和和底底板板的的岩岩性性不不同同，分分别别为为泥泥岩岩和和砂砂岩岩，即即煤煤层层底底板板的的波波阻阻抗抗差差大大于于煤煤层层顶顶板板的的波波阻阻抗抗差差，故故煤煤层层底底板板的的反反射射能能量量强强于于煤煤层层顶板的反射强度。顶板的反射强度。第8页/共50页2023/3/19中国矿业

9、大学9图图32 模型模型1的理论地震记录的理论地震记录第9页/共50页2023/3/19中国矿业大学103.1瓦斯富集带的地震响应瓦斯富集带的地震响应图图33中中仍仍然然有有五五个个反反射射波波，但但是是第第二二个个反反射射波波(砂砂岩岩/泥泥岩岩界界面面)和和第第五五个个反反射射波波(砂砂岩岩/灰灰岩岩界界面面)的的强强度度明明显显低低于于模模型型1的的对对应应反反射射波波。由由于于模模型型2中中的的煤煤层层是是构构造造煤煤，而而煤煤层层顶顶、底底板板的的岩岩性性不不变变，于于是是煤煤层层顶顶、底底板板的的波波阻阻抗抗差差均均变变大大，故故模型模型2的煤层反射能量强于模型的煤层反射能量强于模

10、型1的煤层反射能量。的煤层反射能量。从从图图34中中只只能能发发现现四四个个界界面面的的反反射射波波，第第二二个个反反射射波波(砂砂岩岩/泥泥岩岩界界面面)无无法法看看到到。由由于于煤煤层层是是从从原原生生煤煤构构造造煤煤原原生生煤煤变变化化的的，故故煤煤层层顶顶板板反反射射波波没没有有变变化化，而而煤煤层层底底板板反反射波发生很大变化。射波发生很大变化。第10页/共50页2023/3/19中国矿业大学11图图33 模型模型2的理论地震记录的理论地震记录第11页/共50页2023/3/19中国矿业大学12图图34 模型模型3的理论地震记录的理论地震记录第12页/共50页2023/3/19中国矿

11、业大学133.1瓦斯富集带的地震响应瓦斯富集带的地震响应从从理理论论地地震震剖剖面面中中提提取取煤煤层层底底板板反反射射波波的的多多个个地地震震属属性性，挑挑选选出出4个个对对构构造造煤煤响响应应灵灵敏敏的的地地震震属属性性(分分别别是是振振幅幅、主主频频、低低频频带带能能量量和和相相位位)进进行行对对比比分分析析，为为瓦瓦斯斯富富集集带带预预测测提提供供理理论依据。论依据。图图35至至图图38是是地地震震属属性性图图。图图中中，横横坐坐标标为为CDP号号，纵纵坐坐标标为为地地震震属属性性值值，把把原原生生煤煤和和构构造造煤煤的的同同一一属属性性用用不不同同线线型型表表示示，其其中中蓝蓝色色线

12、线形形pc代代表表模模型型1原原生生煤煤情情况况；红红色色线线形形sc代代表表模模型型2构构造造煤煤情情况况；绿绿色色线线形形mc代代表表模模型型3原原生生煤煤和和构造煤并存情况。构造煤并存情况。第13页/共50页2023/3/19中国矿业大学14图图35 煤层底板反射波的振幅煤层底板反射波的振幅第14页/共50页2023/3/19中国矿业大学15图图36 煤层底板反射波的主频煤层底板反射波的主频第15页/共50页2023/3/19中国矿业大学16图图37 煤层底板反射波的低频带能量煤层底板反射波的低频带能量第16页/共50页2023/3/19中国矿业大学17图图38煤层底板反射波的相位煤层底

13、板反射波的相位第17页/共50页2023/3/19中国矿业大学183.1瓦斯富集带的地震响应瓦斯富集带的地震响应从从地地震震属属性性图图中中可可以以看看出出，蓝蓝色色线线形形和和红红色色线线形形均均为为直直线线，表表示示地地震震属属性性值值没没有有变变化化；而而绿绿色色线线形形在在原原生生煤煤和和构构造造煤煤过过渡带上起伏变化很大，这是模型计算算法带来的误差。渡带上起伏变化很大，这是模型计算算法带来的误差。对对理理论论地地震震记记录录与与煤煤层层底底板板反反射射波波的的地地震震属属性性进进行行定定量量分分析析，得到以下结论：得到以下结论：(1)在在构构造造煤煤发发育育区区和和瓦瓦斯斯富富集集带

14、带上上，煤煤层层反反射射波波具具有有波波至至时时间间发发生生延延迟迟、但但反反射射波波连连续续性性较较好好的的运运动动学学特特征征，见见图图34。(2)在在构构造造煤煤发发育育区区和和瓦瓦斯斯富富集集带带上上，煤煤层层反反射射波波为为强强振振幅幅，见见图图35。与与原原生生煤煤比比较较，构构造造煤煤与与煤煤层层顶顶、底底板板的的波波阻阻抗抗差异更大，故反射能量强于前者。差异更大，故反射能量强于前者。第18页/共50页2023/3/19中国矿业大学193.1瓦斯富集带的地震响应瓦斯富集带的地震响应(3)在在构构造造煤煤发发育育区区和和瓦瓦斯斯富富集集带带上上，煤煤层层反反射射波波的的主主频频明明

15、显显降降低低，见见图图36。煤煤储储层层是是典典型型的的双双相相介介质质，固固体体颗颗粒粒与与空空隙隙中中流流体体的的相相互互作作用用产产生生了了慢慢纵纵波波，慢慢纵纵波波的的存存在在使使得得双双相相介介质质中中波波的的能能量量分分配配发发生生了了变变化化，使使得得地地震震波波能能量量向向低低频频方方向移动。向移动。(4)在在构构造造煤煤发发育育区区和和瓦瓦斯斯富富集集带带上上，煤煤层层反反射射波波具具有有低低频频带带能量相对增强、高频能量相对衰减的频率特征，见图能量相对增强、高频能量相对衰减的频率特征，见图37。(5)在在构构造造煤煤发发育育区区和和瓦瓦斯斯富富集集带带上上，煤煤层层反反射射

16、波波具具有有与与正正常常反射波相位相反的相位特征，见图反射波相位相反的相位特征，见图38。第19页/共50页2023/3/19中国矿业大学203.2 应用实例应用实例新景煤矿芦南二区新景煤矿芦南二区新新景景煤煤矿矿芦芦南南二二区区北北三三正正、副副巷巷在在掘掘进进过过程程中中发发生生瓦瓦斯斯突突出出，7202综综采采工工作作面面在在回回采采过过程程中中也也发发生生瓦瓦斯斯突突出出，瓦瓦斯斯突突出出点点(红星红星)位置见图位置见图39。对对瓦瓦斯斯突突出出地地段段的的三三维维地地震震资资料料进进行行了了解解释释，重重点点放放在在3煤煤层层变变薄薄冲冲刷刷缺缺失失带带范范围围内内，见见图图310。

17、图图中中的的红红线线范范围围是是利利用用三三维维地地震震资资料料解解释释的的3煤煤层层变变薄薄冲冲刷刷缺缺失失带带。北北三三正正、副副巷巷瓦瓦斯斯突突出出点点正正在在这这个个范范围围内内，7202综综采采工工作作面面瓦瓦斯斯突突出出点点在在这这个个范范围围的的边边缘缘。显显然然，瓦瓦斯斯突突出出与与煤煤层层的的变变薄薄缺缺失失密密切相关。切相关。第20页/共50页2023/3/19中国矿业大学21图图39 新景煤矿芦南二区新景煤矿芦南二区3煤层瓦斯突出点位置煤层瓦斯突出点位置(局部局部)第21页/共50页2023/3/19中国矿业大学22图图310 新景煤矿芦南二区三维地震资料解释区域新景煤矿

18、芦南二区三维地震资料解释区域第22页/共50页2023/3/19中国矿业大学233.2 应用实例应用实例新景煤矿芦南二区新景煤矿芦南二区图图311是是北北三三正正巷巷(Inline2637线线)的的地地震震剖剖面面，图图312是是北北三三副副巷巷(Inline 2642线线)的的地地震震剖剖面面，图图313是是通通过过7202综综采采工工作作面面瓦瓦斯斯突突出出点点(Inline2694线线)的的地地震震剖剖面面，黄黄线线代代表表T3波，瓦斯突出区域用红色箭头表示。波，瓦斯突出区域用红色箭头表示。从从地地震震剖剖面面中中可可以以看看出出，对对应应3煤煤层层的的T3波波有有两两个个相相位位，且且

19、信信噪噪比比较较高高。原原解解释释方方案案根根据据第第一一相相位位的的振振幅幅变变弱弱，相相位位转转移等波形特征确定了移等波形特征确定了3煤层的变薄缺失带范围是基本可信的。煤层的变薄缺失带范围是基本可信的。第23页/共50页2023/3/19中国矿业大学24图图311 新景煤矿芦南二区北三正巷新景煤矿芦南二区北三正巷(Inline2637线线)地震剖面地震剖面第24页/共50页2023/3/19中国矿业大学25图图312 新景煤矿芦南二区北三副巷新景煤矿芦南二区北三副巷(Inline2642线线)地震剖面地震剖面第25页/共50页2023/3/19中国矿业大学26图图313 新景煤矿芦南二区新

20、景煤矿芦南二区7202综采工作面瓦斯突出点综采工作面瓦斯突出点(Inline2694线线)地震剖面地震剖面第26页/共50页2023/3/19中国矿业大学273.2 应用实例应用实例新景煤矿芦南二区新景煤矿芦南二区提提取取了了T3波波的的多多个个地地震震属属性性，主主要要包包括括振振幅幅、相相似似性性、主主频频、主频带能量和平均频率相位，见图主频带能量和平均频率相位，见图314。从从T3波波地地震震属属性性图图中中可可以以看看出出3煤煤层层的的变变薄薄缺缺失失情情况况，在在振振幅幅切切片片上上能能量量明明显显变变弱弱(红红色色)，在在相相似似性性切切片片上上异异常常突突出出(红红色色)，在在主

21、主频频切切片片上上表表现现为为高高值值(黑黑色色)，在在主主频频带带能能量量切切片片上上表现为低值表现为低值(蓝色蓝色)，在相位切片上也存在较大差异。，在相位切片上也存在较大差异。第27页/共50页2023/3/19中国矿业大学28振振幅幅图图314 新景煤矿芦南二区新景煤矿芦南二区T3波地震属性波地震属性主主频频带带能能量量相相似似性性相相位位主频主频第28页/共50页2023/3/19中国矿业大学293.2 应用实例应用实例新景煤矿芦南二区新景煤矿芦南二区相相对对于于常常规规地地震震解解释释方方法法，利利用用地地震震属属性性能能够够更更准准确确、更更细细致致地地划划分分3煤煤层层的的变变薄

22、薄缺缺失失带带。在在这这个个范范围围内内，煤煤层层是是部部分分变变薄薄、部部分分缺缺失失，北北三三正正、副副巷巷瓦瓦斯斯突突出出点点(图图314中中异异常常)的的所所有有地地震震属属性性值值接接近近煤煤层层，与与7202综综采采工工作作面面瓦瓦斯斯突突出出点点的地震属性值基本一致。的地震属性值基本一致。基基于于上上述述事事实实，本本区区的的瓦瓦斯斯富富集集带带位位于于煤煤层层变变薄薄缺缺失失带带附附近近，更准确地说应该是更准确地说应该是3煤层的变薄可能会导致瓦斯突出。煤层的变薄可能会导致瓦斯突出。第29页/共50页2023/3/19中国矿业大学304 方位各向异性技术方位各向异性技术国国内内外

23、外的的研研究究结结果果表表明明，反反射射P波波对对裂裂缝缝性性地地层层所所表表现现出出的的方方位位各各向向异异性性特特征征很很敏敏感感，所所有有的的P波波属属性性分分布布函函数数均均为为椭椭圆，见图圆，见图41。图图41 地震属性的方位各向异性地震属性的方位各向异性第30页/共50页2023/3/19中国矿业大学314.1 方位各向异性技术方位各向异性技术方方位位各各向向异异性性技技术术是是根根据据不不同同方方位位角角P波波振振幅幅、速速度度、波波阻阻抗抗等等多多个个地地震震属属性性随随入入射射角角变变化化的的规规律律，利利用用地地震震P波波方方位位属性确定煤属性确定煤(岩岩)层裂隙发育带的空

24、间分布，其基本步骤包括：层裂隙发育带的空间分布，其基本步骤包括：(1)为了增加有效覆盖次数，将为了增加有效覆盖次数，将49个面元的数据形成宏面元；个面元的数据形成宏面元；(2)然后按然后按1530的方位角增量抽取的方位角增量抽取612个方位角道集；个方位角道集；(3)对对612个个方方位位角角道道集集进进行行速速度度分分析析、NMO校校正正、叠叠加加和和偏移，得到偏移，得到612个方位偏移数据体；个方位偏移数据体；(4)对对612个个方方位位偏偏移移数数据据体体进进行行波波阻阻抗抗反反演演，得得到到612个个方位波阻抗数据体；方位波阻抗数据体；第31页/共50页2023/3/19中国矿业大学3

25、24.1 方位各向异性技术方位各向异性技术(5)从从612个个方方位位偏偏移移数数据据体体和和方方位位波波阻阻抗抗数数据据体体中中提提取取与与岩溶裂隙密度有关的地震属性参数；岩溶裂隙密度有关的地震属性参数；(6)对对方方位位偏偏移移数数据据体体、方方位位波波阻阻抗抗数数据据体体中中提提取取的的方方位位地地震震属性属性(主要包括振幅、频率、波阻抗、速度主要包括振幅、频率、波阻抗、速度)进行融合；进行融合；(7)利利用用融融合合后后的的方方位位地地震震属属性性对对煤煤层层裂裂隙隙发发育育带带进进行行预预测测和和解释，定量计算裂隙发育带的密度和方向。解释，定量计算裂隙发育带的密度和方向。第32页/共

26、50页2023/3/19中国矿业大学334.2 应用实例应用实例张集煤矿西三采区张集煤矿西三采区从从叠叠后后P波波地地震震资资料料中中，提提取取13-1煤煤层层主主频频、主主频频带带能能量量、时时域域平平均均能能量量、波波峰峰相相位位时时间间等等5个个地地震震属属性性，对对比比分分析析后后选择选择3个最佳地震属性进行融合，用于煤层裂隙发育带预测。个最佳地震属性进行融合，用于煤层裂隙发育带预测。图图42为为主主频频平平面面图图，大大断断层层附附近近伴伴生生裂裂隙隙发发育育带带，圈圈定定了了两处裂隙发育带。两处裂隙发育带。图图43为为主主频频带带能能量量平平面面图图，大大断断层层处处裂裂隙隙发发育

27、育不不明明显显，确确定了两个裂隙发育带。定了两个裂隙发育带。图图44为为时时域域平平均均能能量量平平面面图图，除除大大断断层层附附近近外外，确确定定三三处处裂隙发育带。裂隙发育带。第33页/共50页2023/3/19中国矿业大学34图图42 主频方位属性主频方位属性第34页/共50页2023/3/19中国矿业大学35图图43 主频带能量方位属性主频带能量方位属性第35页/共50页2023/3/19中国矿业大学36图图44 时域平均能量方位属性时域平均能量方位属性第36页/共50页2023/3/19中国矿业大学374.2 应用实例应用实例张集煤矿西三采区张集煤矿西三采区选选用用主主频频、主主频频

28、带带能能量量和和时时域域平平均均能能量量作作为为地地震震属属性性融融合合的的三三个个因因素素，即即利利用用融融合合后后的的方方位位地地震震属属性性来来预预测测煤煤层层裂裂隙隙发发育育带带的的存存在在。图图45是是融融合合后后的的方方位位地地震震属属性性平平面面图图，确确定定了三处裂隙发育带。了三处裂隙发育带。张张集集煤煤矿矿西西三三采采区区13-1煤煤层层裂裂隙隙发发育育带带预预测测工工作作中中，应应用用地地震震方方位位属属性性技技术术和和多多源源信信息息融融合合技技术术，提提取取地地震震P波波对对裂裂缝缝性性地地层层所所表表现现出出的的方方位位各各向向异异性性特特征征，并并从从地地震震属属性

29、性参参数数随随方方位位角角变变化化的的特特征征中中提提取取煤煤层层的的裂裂隙隙属属性性，通通过过信信息息融融合合后后获得方位地震属性平面图，从中确定了三处裂隙发育带。获得方位地震属性平面图，从中确定了三处裂隙发育带。第37页/共50页2023/3/19中国矿业大学38图图45 方位地震属性方位地震属性第38页/共50页2023/3/19中国矿业大学395 弹性波阻抗反演技术弹性波阻抗反演技术常常规规(叠叠后后)波波阻阻抗抗反反演演方方法法将将反反映映构构造造信信息息的的地地震震剖剖面面转转换换为为反反映映岩岩性性信信息息的的波波阻阻抗抗剖剖面面。但但是是，该该方方法法建建立立在在地地震震波波垂

30、垂直直入入射射假假设设的的基基础础之之上上。如如果果共共中中心心点点道道集集的的各各道道炮炮检检距距变变化化范范围围不不大大时时，地地震震波波近近似似垂垂直直反反射射界界面面，获获得得的的叠叠加加(偏偏移移)剖剖面面可可近近似似视视为为零零炮炮检检距距剖剖面面。对对零零炮炮检检距距剖剖面面进进行行反反演演，可可以以得得到到声声波波波波阻阻抗抗AI(Acoustic Impedance)，它仅与岩石纵波速度和密度有关。，它仅与岩石纵波速度和密度有关。如如果果共共中中心心点点道道集集的的各各道道炮炮检检距距变变化化范范围围较较大大时时，地地震震波波垂垂直直入入射射假假设设的的基基础础不不成成立立，

31、理理论论(垂垂直直入入射射)反反射射系系数数与与实实际际获获得得的的反反射射系系数数大大相相径径庭庭，即即存存在在AVO问问题题。获获得得的的叠叠加加(偏偏移移)剖剖面面也也并并非非零零炮炮检检距距剖剖面面，而而是是共共中中心心点点道道集集的的各各道道反反射射波波振振幅幅平平均均叠叠加加结结果果。对叠加对叠加(偏移偏移)剖面进行反演，获得的波阻抗不是声波波阻抗剖面进行反演，获得的波阻抗不是声波波阻抗AI。第39页/共50页2023/3/19中国矿业大学405 弹性波阻抗反演技术弹性波阻抗反演技术Connolly(1999)提提出出了了弹弹性性波波阻阻抗抗反反演演方方法法，它它是是一一种种利利用

32、用不不同同炮炮检检距距的的AVO信信息息的的叠叠前前波波阻阻抗抗反反演演方方法法。为为了了充充分分利利用用AVO信信息息，构构造造了了一一种种类类似似与与声声波波波波阻阻抗抗AI的的弹弹性性波波阻阻抗抗EI(Elastic Impedance)，它它是是岩岩石石纵纵波波速速度度、横横波波速速度度、密密度度和和入入射射角角的的函函数数。通通过过弹弹性性波波阻阻抗抗反反演演可可以以求求得得不不同同入入射射角角的的弹弹性性波波阻阻抗抗值值EI，相相对对于于声声波波波波阻阻抗抗AI，弹弹性性波波阻阻抗抗EI更有利于岩性分析。更有利于岩性分析。第40页/共50页2023/3/19中国矿业大学415.1

33、弹性波阻抗的数值模拟弹性波阻抗的数值模拟为为了了验验证证弹弹性性波波阻阻抗抗(EI)反反演演在在煤煤田田上上的的可可行行性性，根根据据淮淮南南张张集集煤煤矿矿的的煤煤层层和和煤煤层层顶顶/底底板板岩岩性性的的实实测测数数据据，建建立立了了四四个个煤煤层层模模型型进进行行弹弹性性波波阻阻抗抗(EI)正正演演模模拟拟研研究究，物物性性参参数数见见表表51。图图51 煤层及其顶底板物性参数煤层及其顶底板物性参数第41页/共50页2023/3/19中国矿业大学425.1 弹性波阻抗的数值模拟弹性波阻抗的数值模拟模模型型1到到模模型型4的的变变化化，基基本本上上体体现现了了煤煤体体破破坏坏程程度度由由小

34、小到到大大的的趋趋势势。其其中中模模型型4中中的的构构造造煤煤II又又称称作作软软分分层层，其其煤煤体体结结构构发生了严重破坏，是预防瓦斯突出的重点防范区域。发生了严重破坏，是预防瓦斯突出的重点防范区域。利利用用上上述述方方法法分分别别对对四四个个模模型型中中的的7与与18入入射射角角的的EI值值归归一一化化到到AI范范围围之之后后，得得到到的的四四个个模模型型的的正正演演计计算算结结果果如如图图51所示。所示。结结论论：(1)在在煤煤层层上上非非零零入入射射角角度度的的EI量量值值均均比比普普通通的的AI值值要要低低，即即EI对对煤煤层层的的反反应应更更敏敏感感；(2)18入入射射角角的的E

35、I值值是是三三种种波波阻阻抗抗值值中中最最小小的的，对对煤煤层层岩岩性性反反应应最最灵灵敏敏；(3)随随着着煤煤体体破破坏坏程程度度的的逐逐渐渐增增大大(即即由由模模型型1到到模模型型4的的过过渡渡)，18入入射射角角的的EI值逐渐变小，在模型值逐渐变小，在模型4的上甚至出现负值。的上甚至出现负值。第42页/共50页2023/3/19中国矿业大学43图图51 四个模型的正演结果四个模型的正演结果第43页/共50页2023/3/19中国矿业大学445.1 弹性波阻抗的数值模拟弹性波阻抗的数值模拟为为了了进进一一步步突突出出煤煤体体的的破破坏坏程程度度，定定义义一一个个简简单单的的煤煤体体破破坏坏

36、程度预测因子程度预测因子中，中，EI为归一化之后的量值。为归一化之后的量值。在在 7时时，煤煤层层的的EI量量值值与与相相应应的的AI量量值值相相差差不不大大，因因此此在在确确定定P时，一般使用归一化之后的时，一般使用归一化之后的 18的的EI值计算，即值计算，即从从模模型型1到到模模型型4，P值值依依次次为为0.34，0.59，0.87，9.2。由由此此可以看出可以看出P在指示构造煤在指示构造煤(尤其是软分层尤其是软分层)方面具有独特的优势。方面具有独特的优势。第44页/共50页2023/3/19中国矿业大学455.2 应用实例应用实例张集煤矿西三采区张集煤矿西三采区EI计计算算中中融融合合

37、了了横横波波信信息息，而而且且加加入入了了入入射射角角度度的的影影响响，因因此与此与AI相比，相比，EI对岩性异常的探测能力更加灵敏。对岩性异常的探测能力更加灵敏。图图53为为沿沿13-1煤煤层层的的波波阻阻抗抗切切片片，它它们们提提供供了了煤煤层层的的岩岩性性信信息息。图图中中，黄黄绿绿色色部部分分代代表表正正常常煤煤层层的的范范围围，红红蓝蓝色色部部分分代代表表高高波波阻阻抗抗区区域域。通通过过对对比比后后发发现现EI反反演演对对高高波波阻阻抗抗岩岩性性(如夹矸如夹矸)探测更灵敏。探测更灵敏。第45页/共50页2023/3/19中国矿业大学46图图53 13-1煤层波阻抗切片煤层波阻抗切片

38、第46页/共50页2023/3/19中国矿业大学475.2 应用实例应用实例张集煤矿西三采区张集煤矿西三采区弹性波阻抗数值模拟表明，煤体破坏程度预测因子弹性波阻抗数值模拟表明，煤体破坏程度预测因子P在指示在指示构造煤方面具有优势，对于构造煤的响应构造煤方面具有优势，对于构造煤的响应(P值高值高)明显不同于明显不同于原生煤的响应原生煤的响应(P值低值低)。图图54为煤层内部的为煤层内部的P值切片，其中黑线是值切片，其中黑线是P值为值为5的等值线，的等值线，等值线所圈定的部分为等值线所圈定的部分为P值大于值大于5的区域，共有五个区域。根的区域，共有五个区域。根据弹性波阻抗数值模拟结果，这些区域可以认为是构造煤发据弹性波阻抗数值模拟结果，这些区域可以认为是构造煤发育的区域育的区域。第47页/共50页2023/3/19中国矿业大学48图图54 13-1煤层煤层P值切片值切片第48页/共50页2023/3/19中国矿业大学49谢谢！谢谢！第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页