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P波方位AVO理论及煤层裂隙探测技术

陈同俊  
【摘要】: 根据现有研究,瓦斯突出与多种地质因素有关。其中,煤层的构造破坏程度或裂隙发育是关键因素之一。另外,煤层裂隙作为煤层气的主要存贮空间和运移通道,直接影响着煤层气的开发效率。因此,煤层构造破坏和裂隙发育程度的探测是预防煤矿瓦斯突出和优化煤层气开采的关键因素。 通过对煤层P波AVO技术的研究,修正了业界对煤田AVO技术的一些习惯性认识。认为煤层——不论是厚煤层还是薄煤层,其反射P波都适合进行AVO分析。通过煤层反射P波的AVO分析,可以识别煤层的构造破坏程度,特别是可以识别出软分层构造煤。此外,通过给出的煤层P波AVO近似方程,大大提高了煤层反射P波AVO的近似精度;通过AVO的坐标代换,扩展了可用于AVO分析的P波勘探数据范围;从而使煤层高精度AVO属性反演成为可能。通过对煤层反射P波AVO的P—G交会图分析,发现如果煤层类型不同或煤层顶/底板岩性不同时,煤层反射P波AVO的P、G散点在P—G交会图上呈有规律分布。 大部分煤层存在着大量的裂隙和节理,地震波在其中传播时具有各向异性。通过引入等效各向异性介质理论,获得了VTI构造煤、HTI构造煤、裂隙型HTI构造煤和ORT构造煤的弹性常数和速度各向异性,发现在多数情况下煤层的各向异性较弱。通过引入各向异性参数,定量计算了煤层的各向异性参数值,发现煤层在多数情况下满足弱各向异性假设。 通过对VTI构造煤的P波AVO特性的研究,发现VTI构造煤的P、G属性明显区别于原生煤;随着VTI构造煤的构造破坏程度的增大,其在P—G交会图上呈有规律的线性移动。通过给出的VTI构造煤P波AVO近似公式,使VTI构造煤的高精度AVO属性反演成为可能。通过对HTI构造煤的方位AVO/AVAz特性的研究,发现在小入射角情况下(小于10o),其方位AVO/AVAz的方位各向异性可以忽略;随着入射角的增大,其方位各向异性的幅度增大。当HTI构造煤的顶板为砂岩时,其方位各向异性的幅度大于顶板为泥岩时的情形。对于裂隙型HTI构造煤来说,其方位AVO/AVAz特性基本和HTI构造煤一致,但其方位各向异性明显受裂隙控制。在同等裂隙密度情况下,煤层裂隙水饱和时的规范化AVAz曲线的波幅大于气饱和的情况。当裂隙间相互连通时,渗透率对裂隙气饱和煤层的方位AVO/AVAz特性没有影响;当裂隙水饱和时,随着裂隙间渗透率的增大,煤层方位AVO的P、G值减小、AVAz曲线的波幅减小。当煤层为ORT构造煤时,其方位AVO/AVAz特性完全取决于两组裂隙的相对关系。当煤层顶板是由泥岩和砂岩组成的VTI介质时,其P波方位AVO的P、G值介于泥岩顶板和砂岩顶板情况时的取值之间;其规范化AVAz曲线的波幅同样介于泥岩顶板和砂岩顶板情况时的取值之间,但更接近于泥岩顶板时的取值。最后,通过引入的物理模拟数据,研究了观测系统对裂隙各向异性解释结果的影响,并给出了P波裂隙各向异性数据的处理和解释流程。 总之,通过对煤层顶/底板反射P波AVO的分析或对薄煤层反射P波AVO的分析,可以确定煤层及其顶/底板岩性;通过对构造煤的方位AVO/AVAz特性的研究,可以确定构造煤的构造破坏程度或裂隙发育情况。


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