高瓦斯矿井三维地震勘探技术应用研究 ——以沁水盆地阳泉矿区石港矿为例

论文摘要

我国高瓦斯矿井众多,影响瓦斯富集和突出危险区分布的主控因素不一。开展基于特定主控因素,面向瓦斯富集性预测的地震技术研究是煤田地震勘探面临的新课题。鉴于目前高瓦斯矿井采区三维地震勘探中普遍存在的采集、处理和解释方法的盲目性和技术应用水平低等问题,本文依托山西阳煤集团“地震反演技术预测煤矿瓦斯富集区的研究与应用”项目,针对上述问题进行了系统性应用研究。从影响石港矿井瓦斯富集区分布的主控因素(挠曲构造)出发,采用三维正演模拟方法计算分析了适合研究区实际条件的三维地震观测类型;通过叠前和叠后偏移方法处理成果的对比讨论,明确了叠前处理的技术优势和必要性;应用叠前弹性阻抗反演技术和频谱分解等地震新技术预测了目标煤层瓦斯富集和突出危险区的分布范围。主要研究结论如下:1、分析和研究了石港矿井构造演化历史、煤系地层的沉积环境以及煤储层的厚度、煤级、煤体结构、含气性等影响瓦斯富集的众多地质因素,获得了挠曲构造带是影响本区瓦斯富集性的主控因素这一明确结论。2、建立了研究区复杂地表和挠曲实际赋存形态的三维模型,利用常速度梯度三维射线追踪法,模拟了与瓦斯富集性密切相关的煤层反射波高频能量在不同采集方向的宽窄方位观测系统下,多种CRP面元属性的变化特征,明确提出了宽方位观测的必要性。3、对比分析了叠前和叠后时间偏移两种方法的实际处理效果和解释成果,认为叠前时间偏移能够有效提高挠曲构造的定性、定量解释水平以及陷落柱等影响瓦斯局部富集区分布的小规模构造和地质异常体的识别率。4、首次提出并利用最大正、负曲率属性研究了挠曲构造带的展布和变形特点,并综合电阻率拟声波特征参数反演方法获得的构造软煤预测成果,确定挠曲构造基本控制了研究区构造煤的发育程度和范围。5、首次将三维叠前弹性阻抗(EI)反演技术应用于高瓦斯矿井区域性瓦斯富集范围预测。认为本区纵横波速度比与瓦斯含量呈显著负线性相关;预测结果整体上符合瓦斯实测值变化趋势,并与构造煤和挠曲构造的分布范围具有良好的对应关系。在煤田声波测井资料缺乏的情况下,本次研究采用的两个角度的弹性阻抗反演方法是一次有益的尝试。6、首次采用小波变换的谱分解技术,研究了突出危险煤体高频反射能量相对强衰减响应特征,半定量地分析和圈定了研究区煤与瓦斯突出危险区范围。预测成果基本符合瓦斯地质规律,具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪言
• 1.1 研究背景、目的与意义
• 1.2 国内外研究现状与进展
• 1.2.1 瓦斯富集煤体的地震波响应特征
• 1.2.2 基于煤储层裂隙裂缝检测的煤层气地震勘探研究现状
• 1.2.3 面向煤瓦斯储层物性预测的地震属性分析研究现状
• 1.2.4 面向储层参数预测的弹性阻抗反演方法研究现状和进展
• 1.3 本文的主要研究目标、内容及创新点
• 1.3.1 主要研究目标
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 主要成果及创新点
• 第2章 研究区地质概况和煤储层特征
• 2.1 研究区地质概况
• 2.1.1 沁水盆地地质构造背景
• 2.1.2 研究区地质构造背景
• 2.1.3 研究区区域地层
• 2.1.4 研究区主要含煤地层和可采煤层
• 2.2 15 号煤赋存特征
• 2.2.1 煤系岩石组合特征
• 2.2.2 煤变质特征
• 2.2.3 煤层构造变形特征
• 2.3 15 号煤储层及瓦斯富集特征
• 2.3.1 煤层厚度和煤层结构特征
• 2.3.2 煤岩物理性质及煤质特征
• 2.3.3 煤储层物性特征
• 2.3.4 瓦斯富集性
• 2.4 本章小结
• 第3章 面向目标层的三维观测系统研究
• 3.1 研究区地震地质条件
• 3.1.1 表、浅层地震地质条件
• 3.1.2 深层地震地质条件
• 3.2 基于理想水平介质的观测系统平面属性对比分析
• 3.2.1 观测系统类型选择
• 3.2.2 观测系统参数对比
• 3.2.3 宽窄观测系统分析
• 3.3 共中心点离散问题
• 3.4 常速度梯度射线追踪基本原理
• 3.4.1 射线方程
• 3.4.2 常速度梯度射线追踪原理
• 3.4.3 常速度梯度射线追踪算法的实现
• 3.5 三维观测方法分析
• 3.5.1 研究区地质模型及模拟观测方法
• 3.5.2 CRP 面元属性对比分析
• 3.5.3 研究区三维地震观测方法模拟
• 3.6 本章小结
• 第4章 叠前与叠后处理数据对比研究
• 4.1 研究区三维地震观测方法
• 4.1.1 野外数据观测方法
• 4.1.2 采集原始数据质量
• 4.2 三维地震资料处理方法
• 4.2.1 叠后偏移处理
• 4.2.2 叠前时间偏移处理技术应用
• 4.2.3 叠前偏移处理的技术优势
• 4.3 叠前与叠后偏移数据解释成果对比分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 煤层物性特征预测地震技术研究
• 5.1 叠后反演技术预测煤厚
• 5.1.1 煤层厚度预测方法
• 5.1.2 基于模型的叠后阻抗反演原理
• 5.1.3 15 号煤层厚度预测方法及成果
• 5.1.4 15 号煤层厚度反演结果
• 5.2 地震反射层曲率分析预测挠曲带
• 5.2.1 曲率与挠曲带分布的关系
• 5.2.2 曲率法的理论基础
• 5.2.3 研究区挠曲带分布特征
• 5.3 15 号煤层煤体结构及构造煤发育区预测
• 5.3.1 研究区构造煤及地球物理测井响应特征
• 5.3.2 视电阻率拟声波曲线的神经网络方法
• 5.3.3 煤体结构的视电阻率特征参数反演结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 煤层瓦斯富集性和突出危险区预测
• 6.1 研究区瓦斯富集性预测的依据
• 6.2 面向瓦斯富集性预测的叠前弹性阻抗反演
• 6.2.1 叠前弹性阻抗反演的基本原理
• 6.2.2 叠前弹性阻抗（EI）的一般反演方法
• 6.2.3 研究区EI 反演方法及关键步骤
• 6.2.4 研究区EI 反演效果分析
• 6.2.5 瞬时属性分析
• 6.3 煤与瓦斯突出危险区预测
• 6.3.1 控制瓦斯突出的构造地质基础
• 6.3.2 频谱分解技术原理
• 6.3.3 预测瓦斯突出危险区的谱分解分析方法
• 6.3.4 瓦斯突出危险区预测成果
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论
• 7.1 结论与认识
• 7.2 存在问题与不足
• 7.3 建议
• 致谢
• 参考文献
• 本人简历
• 攻读博士期间已发表及已录用的论文
• 攻读博士期间主持及参加的科研项目
• 获奖情况