煤礦瓦斯突出部位高分辨探測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用(三)

針對(duì)上述特點(diǎn)，提出了如下煤田轉(zhuǎn)換波資料常規(guī)處理流程（圖10）。

觀測(cè)系統(tǒng)定義

在對(duì)三維三分量地震探測(cè)數(shù)據(jù)體進(jìn)行詳細(xì)分析處理基礎(chǔ)上，利用方位角度掃描技術(shù)求取地下裂隙主方位及快慢波的分離，利用方位角疊加技術(shù)求取地下裂隙主方位。圖11是快慢波疊合地震剖面，快波和慢波之間存在明顯的時(shí)差。通過(guò)拾取快波和慢波數(shù)據(jù)體上13-1煤層的時(shí)間值，便可求得13-1煤層的快慢波時(shí)差（圖12）。從圖上可以看出，快慢波的最大時(shí)差為20ms，大多數(shù)時(shí)差在0~9ms之間。

根據(jù)顧橋礦區(qū)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的瓦斯含量得知，5-23孔的瓦斯含量為2.17ml/g，5-24孔的瓦斯含量為4.71ml/g。在快慢波時(shí)差圖上5-23孔的時(shí)差較?。?2ms），5-24孔的時(shí)差較大（>5ms），這說(shuō)明快慢波時(shí)差與實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的瓦斯含量之間具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即快慢波時(shí)差越大，表明煤層的裂隙越發(fā)育

（四）探測(cè)瓦斯富集區(qū)的AVO技術(shù)
AVO技術(shù)利用CDP道集上振幅隨偏移距的變化（Amplitude-Versus-Offset）特征預(yù)測(cè)勘探目的層巖石孔隙中流體性質(zhì)的變化。AVO技術(shù)是上世紀(jì)八十年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)地震勘探技術(shù)，是用于勘探天然氣和輕質(zhì)油的特殊技術(shù)。在油氣勘探中，因?yàn)锳VO異常的位置直接指示了天然氣賦存的位置，因此AVO技術(shù)被稱為直接碳?xì)涮綔y(cè)技術(shù)。利用AVO技術(shù)探測(cè)煤層中的瓦斯，主要是我們?cè)谶@方面做了一些探索。
從AVO處理中可以獲得多種AVO屬性（又稱為AVO異常），這些名目繁多AVO屬性都是由兩個(gè)基本AVO屬性——截距和梯度——換算出來(lái)的。在AVO理論中，截距和梯度的定義是：
（1）
式中 是入射角， 是反射系數(shù)，也就是地震波的振幅，A是截距，B是梯度。
截距A相當(dāng)于零偏移距的振幅，主要決定于反射界面兩側(cè)的波阻抗差。對(duì)于煤田AVO處理成果，截距異常主要受下列因素的影響：煤層頂板和底板的巖性（砂巖、頁(yè)巖、粘土巖）、煤層厚度、煤體結(jié)構(gòu)（裂隙發(fā)育或破碎程度）、斷層等構(gòu)造因素。當(dāng)測(cè)區(qū)范圍較小，頂（底）板巖性變化不大時(shí)，在考慮了斷層的影響之后，截距的強(qiáng)異常與煤層厚度增大或構(gòu)造煤發(fā)育有關(guān)。
B是梯度，主要決定于反射界面兩側(cè)泊松比差。不同煤體結(jié)構(gòu)煤的泊松比隨煤的裂隙或破碎程度升高而增大，這又導(dǎo)致反射界面兩側(cè)泊松比差隨煤的裂隙或破碎程度升高而增大，波阻抗差也增大，這些最終導(dǎo)致地震波振幅隨偏移距增加而變化的梯度。因此，梯度是指示瓦斯富集部位的主要AVO屬性。
通過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)煤體結(jié)構(gòu)和頂?shù)装鍘r性對(duì)AVO特征的影響特征有如下幾點(diǎn)（圖13,14）：
(1) 頂板巖性對(duì)AVO特征有很大影響，圖中的曲線明顯地按照頂板巖性（砂巖、頁(yè)巖）分為兩組。
(2) 在小入射角（<18º）時(shí)，振幅隨入射角的變化不明顯，最有意義的入射角變化范圍是15 º-40 º之間。
(3) 可以看到煤的破碎程度對(duì)AVO特征的影響，但是，由于影響因素不單一，在反演時(shí)需要分離各種因素。
(4) 無(wú)論是砂巖頂板還是頁(yè)泥巖頂板，軟分層（即非常破碎的構(gòu)造煤）的AVO特征比較突出。這對(duì)于使用AVO技術(shù)預(yù)測(cè)瓦斯富集是有利的。這是本次模型正演的一個(gè)積極的成果。

圖13 煤層頂板反射系數(shù)隨入射角變化 圖14 煤層底板反射系數(shù)隨入射角變化
（圖中：sp表示頂板為砂巖， p表示頂板為頁(yè)泥巖，數(shù)字表示泊松比。泊松比從0.267變化到0.45表示煤體結(jié)構(gòu)從原生煤變化到軟分層（IV級(jí)結(jié)構(gòu)煤即棱煤）。sp45：砂巖~軟分層反射界面（頂板）， 45表示軟分層煤的泊松比等于0.45。p276：頁(yè)泥巖~原生煤反射界面（頂板），276表示原生煤的泊松比等于0.276）
根據(jù)不同結(jié)構(gòu)煤層頂面AVO梯度(G)與截距(P)交會(huì)圖(圖15)可以看出：頂板巖性相同時(shí)，構(gòu)造煤的AVO梯度與截距絕對(duì)值均大于原生煤，而且差異明顯。煤體結(jié)構(gòu)相同，頂板巖性不同時(shí)，煤層頂面的AVO響應(yīng)也有較大變化。因此，對(duì)于厚度很大的煤層，根據(jù)AVO響應(yīng)特征不僅可以區(qū)分不同結(jié)構(gòu)的煤體，而且能夠反映頂板巖性的變化。

圖15 不同結(jié)構(gòu)煤層頂板P-G交會(huì)圖
不同厚度煤層頂板的反射振幅（絕對(duì)值）都是隨著炮檢距的增加而減小的；煤層厚度對(duì)零炮檢距處的反射振幅（AVO截距）有明顯的影響：當(dāng)煤層厚度小于9米（1/4波長(zhǎng)）時(shí)，AVO截距是隨著煤層的厚度增加而增大；煤層厚度介于9～15米之間時(shí)，AVO截距隨著煤層的厚度增加而減??；煤層厚度大于15米時(shí)，趨于穩(wěn)定，不再隨煤層厚度變化而變化。振幅的變化梯度（AVO梯度）隨著厚度也表現(xiàn)出相似的變化特征。從煤層厚度與AVO屬性交會(huì)圖（圖16、17）可以更清楚地看出上述變化規(guī)律。因此，在進(jìn)行AVO分析時(shí)，首先應(yīng)該根據(jù)其它資料（如鉆孔）確定研究區(qū)目的層厚度變化范圍和規(guī)律，以便充分考慮煤層厚度因素對(duì)AVO反演結(jié)果的影響。

圖16 煤層厚度與AVO截距散點(diǎn)圖 圖17 煤層厚度與AVO梯度散點(diǎn)圖

三參數(shù)AVO反演理論和方法
目前，常規(guī)的AVO分析方法是從地震資料中提取振幅，并通過(guò)截距和斜率兩種屬性將振幅隨炮檢距的變化與巖石物性聯(lián)系起來(lái)。由于截距是νp和ρ的函數(shù)，斜率是νs和νp的函數(shù)。這就使得主要的三個(gè)彈性參數(shù)——νp、νs、ρ中的任意2個(gè)被捆在了一起，不能分離。在許多情況下兩參數(shù)反演會(huì)失效，為此，我們研究開(kāi)發(fā)我們開(kāi)發(fā)了一種新的三參數(shù)AVO識(shí)別與預(yù)測(cè)軟件包。新的軟件給出了六種屬性參數(shù)，如表3。

表3 三參數(shù)AVO屬性

AVO屬性名稱/道頭字

意義

密度/attr1

影響因素：巖性、礦物成分、孔隙、裂隙和壓實(shí)程度、流體含量

剪切模量/attr2

用于標(biāo)明巖性變化、區(qū)分孔隙和裂隙類儲(chǔ)層、區(qū)分固體和流體介質(zhì)

P波速度/attr3

影響因素：巖性、礦物成分、孔隙、裂隙和壓實(shí)程度、含量、密度

橫縱波速度比Vs/Vp/attr4

影響因素：巖性、流體

泊松比/attr5

影響因素：巖性、流體

體積模量/attr6

影響因素：巖性、礦物成分、孔隙、裂隙和壓實(shí)程度、流體含量

表4為新的三參數(shù)AVO分析方法與兩參數(shù)AVO分析方法及Kelly和Skidmore（2001）等采用三參數(shù)的AVO分析方法的比較。

表 4 不同AVO反演方法比較

AVO方法

新的三參數(shù)AVO分析方法

兩參數(shù)AVO分析方法

Kelly和Skidmore AVO分析方法

主要參數(shù)

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