对各向异性介质中横波分裂现象的研究

在本文中，我们系统研究了各向异性介质中的横波分裂现象，探讨了各向异性介质中横波分裂现象产生的机理，并给出了引起各种异性的薄层组合以及裂隙定向分布的数学模型。     

煤体中直立裂隙的多波地震响应及预测

裂隙探测是煤层气勘探开发与煤矿安全生产的重要研究内容。规则发育的直立裂隙在理论上可等效为具有水平对称轴的横向各向同性（HTI）介质,本文通过正演记录研究了HTI介质的多波地震响应,分析了裂隙发育方位对横波偏振特性的影响规律,在此基础上分析了利用横波记录的方位角道集获取地下裂隙参数的可行性与基本原理,为便于工业应用,文中研究了一种基于两个水平分量叠加剖面的角度扫描法求取地下目标煤层的裂隙发育方位。实际资料处理证明了该方法的准确性与可靠性。     

利用横波分裂研究生产矿井中小裂隙及含水地质体

地下岩层中的裂隙带对地震波最突出的影响是横波分裂。依据横波分裂后产生的快横波与慢横波的时差，研究地层的各向异性，据此探测地下裂缝构造。利用纵横波速度比研究岩性的横向变化及含水裂隙，为生产矿井所面临的现实问题服务。     

新疆库拜煤田煤层与围岩裂隙对应关系研究

以新疆库拜煤田煤层气开发区块近似直立岩层为研究对象,利用地表大比例尺构造裂隙填图和井下煤层对比解剖技术,验证了在同一构造层的地表和井下煤层及围岩中发育相似的裂隙特征,建立了围岩与煤层裂隙发育特征之间的对应关系,包括裂隙发育方向和程度,提出了一种预测煤层裂隙系统和煤体结构的新方法,划分出研究区煤层气布井有利区和不利区。     

角度谱在快慢横波分离中的应用

横波在穿越裂隙介质时会分裂成平行裂隙的快横波和垂直裂隙的慢横波，其偏振角随着波传播的时间和空间而变化。利用角度谱可以有效地求取偏振角，从而分离快慢横波。这里介绍了角度谱的概念及其应用。     

高阶旋转交错网格有限差分方法模拟TTI介质中横波分裂

笔者给出了一种能够模拟弹性波在任意各向异性介质中传播的二维三分量高阶有限差分算法.相对于常规交错网格有限差分方法,旋转交错网格有限差分方法在介质具有强差异性时能更精确地模拟地震波的传播,避免常规交错网格中因对弹性系数进行插值而带来的误差.采用高阶旋转交错网格有限差分方法模拟并分析了零偏移距横波分裂现象随裂缝介质方位角和倾角变化的响应特征.结果表明:结合完全匹配层(PML)吸收边界条件的高阶旋转交错网格有限差分方法能获得高精度的地震波场模拟数据,并且在边界具有良好的吸收效果;横波分裂现象主要受裂缝走向与波的极化方向之间的夹角影响,受裂缝倾角影响较小,且快慢横波的能量也跟裂缝走向与波极化方向间的夹角有关.具有倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)介质倾角的变化可能会导致记录中波到达时的变化,影响快慢横波的时差.利用横波分裂的能量分布和方位各向异性特征,可以帮助检测裂缝的方位角和倾角.横波在多层TTI介质中传播时会发生多次分裂的现象.     

三维方位各向异性介质数值模拟及波场分析

采用交错网格技术将速度-应力方程中的速度对时间的导数转化为应力对空间的导数, 将弹性波动方程表示为与二阶双曲方程等价的一阶应力-速度公式, 以实现三维三分量地震波场模拟。对获得的波场快照、VSP记录图像和地面记录图像进行波场分析, 发现在波场图像中存在明显的拟P波、拟快横波和慢横波, 还出现了横波分裂、横波分裂盲区及波面三分叉等地震波在方位各向异性介质传播时产生的特殊现象。研究结果表明, 用交错网格三维模拟方法研究方位各向异性介质对方位各向异性介质中地震波传播反演能起到很强的辅助作用。     

围压下裂隙对地震波速度影响的物理实验研究

构建了等直径不同裂隙密度和等裂隙密度不同裂隙直径两组物理模型,进行不同围压条件下多方向的超声波速度测试,并运用Hudson理论进行了理论模型计算。结果显示,计算与实测结果吻合较好。随围压的增大,纵、横波速度均近线性增加,纵、横波各向异性基本保持不变;裂隙密度从2%增大到6%,纵波速度不同程度降低,其中慢纵波降低幅度相对较大,快横波变化不明显,而慢横波则大幅降低。随着裂隙密度的增大,纵、横波各向异性均增大,且横波各向异性增加速率大于纵波;裂隙直径从2 mm增大到3 mm,快纵波速度增加很小,慢纵波增加明显,横波速度均不发生改变。随着裂隙直径的增大,纵波各向异性逐渐降低,横波各向异性保持不变。最后结合试验结果分析了Hudson理论在不同深度进行参数预测的必要条件。研究结果有助于油气生产、地下水的开采与控制、污染处理等。      

含裂隙煤层的地震记录模拟

采用线性滑移(Linear Slip Deformation)裂隙介质模型、各向异性弹性波模拟方法,对含裂隙煤层进行了2D2C(二维二分量)单炮记录模拟与分析。结果表明:煤层含裂隙后与不含裂隙时相比,反射时差的变化已不足以识别,但由于波速的改变会使煤层顶底界面的波阻抗发生变化,从而引起波的动力学特征的改变,AVO现象尤其明显。当裂隙为非垂直时,炮点两侧的反射波能量和振幅出现不对称现象。x分量和z分量的特征明显不同,转换波主要记录在x分量上,横波在x分量上有不可忽视的能量。因此,应用各向异性理论、利用多分量转换波研究煤层裂隙的特征是可能的。     

基于横波分裂的转换波各向异性分析技术及应用

当横波不平行也不垂直穿过裂缝时,会发生横波分裂现象。这里基于横波分裂理论,采用二维分量旋转方法进行转换波分裂分析。为了得到地层裂缝信息,提高宽方位转换波径向分量成像质量,利用宽方位转换波的径向和横向分量资料,完成了多层裂缝介质的各向异性分析。在此基础上,还完成了转换波方位各向异性校正研究。首先,利用分量旋转方法求出第一裂缝介质层的各向异性方向、快慢横波时延等参数;然后,将快、慢横波时延应用于慢波数据进行慢波时延补偿;最后,根据第一层的方位角将快波和补偿后的慢波旋转回原来的径向和横向分量方向。这样,就完成了第一裂缝层的各向异性分析,同时还得到第一层的裂缝方向、裂缝密度、补偿后的径向分量等数据。依此类推,进行以下裂缝层的各向异性分析。该转换波各向异性分析技术已应用于川西XC气田的宽方位三维三分量地震数据处理,不但得到了裂缝参数,而且还消除了宽方位转换波的方位各向异性影响,提高了转换波径向分量的成像质量。     

淮南地区煤储层含气性总体特征

煤层含气性是煤层气成藏的一个基本要素,是煤层气勘探开发决策的重要依据之一。本文主要从煤储层含气性的区域展布、层域展布以及深度展布三个方面讨论煤层含气性的变化规律,归纳出了淮南地区煤储层含气性总体特征,为选区资源评价提供基础研究。     

煤层气资源类型划分的讨论

以煤层气的地质认识、工程控制程度作为分级依据,以煤层气开发的经济效益好坏作为分类依据,提出了对煤层气资源类型的新的分类方案,尤其是将利用已有的煤田地质资料确定的煤层气地质认识资源划分为3级3类,有利于对煤田地质资料的煤层气再利用,能指导煤层气地质勘探工作。     

九里山煤矿垂直井起裂压力对煤层气产能的影响

为了总结豫北焦作矿区九里山煤矿煤层气井压裂抽采试验的成功经验与失败教训,基于弹性平面应变理论和数值模拟方法,讨论了煤岩体压裂缝的形成与发展机理,并推导了“三软”煤层压裂抽采井在不同地质条件下的起裂压力计算公式。通过对比计算结果与实际抽放试验资料,认识到在张性断裂构造发育的大水矿区,过大的压裂措施使煤层气井筒附近煤储层隔水底板受到较为严重的损伤,压裂缝转向底板太原组L7-8岩溶含水层, 导致大量地下水涌入地面采井。从产能效果看,强烈的地下水径流作用,使原先游离于储层空隙中的煤层气逸散殆尽,孔隙水压也使得大量吸附于裂隙中的煤层气难以解析,因而无法形成长期稳定的单井规模产量。     

煤层气成分影响因素分析

煤系地层孔隙性和渗透率对煤层气的抽放、排采具有重要影响,但煤层气的生成却是其富集的先决条件。煤层气是煤内外因共同作用、具有一定规律性的多阶段复杂地质过程作用的结果,阐述了煤层气的成分和几种成因类型,分析了煤岩有机显微组成、成熟度、储层压力等因素对煤生气能力、吸附性、渗透性的影响。对分析煤盆地间、钻孔间以及煤层间煤层气成分的变化具有重要意义。     

煤内生裂隙的成因

根据多年对煤层裂隙的几何形态、分布规律、性质、与煤层的组合关系等的研究，认为煤内生裂隙是在煤化作用过程中，由于脱水、脱挥发分、煤体积收缩作用产生或者是由于煤化作用生成的水、气体及温度升高，孔隙产生膨胀，形成异常高压产生的；裂隙的发育方向因受区域应力场的控制，区域上具有一致性，且走向与最大主应力方向一致；内生裂隙属于张性裂隙。     

沁水盆地煤层气高渗富集区遥感研究

本文针对我国煤层气地质选区中,如何引进新技术、采用综合勘探策略、提高勘探效益、降低勘探成本这一问题,以我国煤层气最具开发潜力的沁水盆地(面积5万km2)为例,阐述了应用遥感技术研究地质构造特征,寻找地下煤层裂隙发育区,探测煤层气高渗富集区的工作程序、方法和效果。选区结果目前已得到十多个煤层气试验井的证实。     

Effect of bedding structural diversity of coal on permeability evolution and gas disasters control with coal mining

Bedding structure has affected gas flow in coal seam greatly, which also controls gas permeation direction and gas extraction results, and finally it has tremendous influence on prevention and control of gas disaster accidents. Combined with engineering practice of gas disaster prevention and control in China, in this paper, permeability evolution of nature coal in different bedding directions in the condition of loading is studied, and the results showed that in three directions of bedding fractures, permeability of coal which is parallel to bedding planes is the highest; it would be much easier for gas percolation along the bedding planes than other directions. In the unloading process, tension–shear destruction appears in coal sample which is oblique to bedding along the bedding planes, with a sudden increase in permeability. It is difficult for the crack damage from loading process to recover in unloading process, that is, permeability of unloading isn’t just a simple reverse process of loading. Combined with the permeability evolution of the three coal samples in the whole process, three permeability evolution models which include elasticity, plasticity and fracture are proposed. Based on the experimental results, gas extraction using boreholes along coal seam and through coal seam is compared during depressurized mining. Due to the bedding structure of coal seam, a large area of fracture network of “boreholes–bedding fractures” is formed among boreholes through coal seam and bedding structure, which makes the good effect of gas extraction using boreholes through coal seam. Research results will be of important guiding significance for choosing the best gas extraction scheme, layout of setting parameters of drilling boreholes and gas disaster prevention in the underground coal mine.     

用测井资料预测煤层瓦斯含量

将测井资料中视电阻率及伽马伽马与实验室分析出的煤样瓦斯含量进行回归分析，建立回归方程。进而运用其预测出其他煤层瓦斯含量并与实验室分析结果对比，误差较小。证明用测井资料预测煤层瓦斯含量是可行的，从而进一步推广了测井资料的实际应用价值。     

四川煤层气勘探开发应注意的问题

“天生盆地必有油,有煤炭的地方一定有煤层气”。煤层气主要以吸附状态储存在煤层的基质孔隙和裂缝孔隙（又称割理）中。全国的煤层气资源量约32万亿m^3,相当于450亿吨标准煤或350亿吨标准油,与陆上常规天然气资源量相当。我省的煤层气资源量约3480亿m^3。开发煤层气应从八个方面去思考和工作,重点是压裂问题、排水采气问题、综合研究问题等。     

抚顺矿区煤层气开发的几点认识

通过对抚顺煤田煤层气赋存条件的研究,认为抚顺煤田存在封闭性良好的构造条件,有利于煤层气保存的巨厚盖层,较厚的煤层与适中的煤变质程度,以及有利于煤层气开发的较高含气量与较大的煤层渗透率。在考虑抚顺矿区是老矿区的具体情况下,对地面钻井开采煤层气的布井与施工提出了几点认识。