煤层陷落柱多波地震数值模拟与成像研究

陷落柱是煤田勘探开发中常见的地质灾害体,陷落柱的精确探测一直是煤田安全生产研究的重点,单纯依靠常规纵波地震勘探技术难以满足现阶段煤田精细勘探的需求。多波地震勘探技术能够获得纵波和转换波地震资料,提供更丰富的波场信息,且转换波对于埋深较浅的小幅度构造有更高的分辨率,充分利用多分量地震资料可以有效的提高地震勘探的精度。本文将多波地震技术应用到煤层陷落柱研究中,利用数值方法对煤层陷落柱进行多波地震勘探模拟研究,采用弹性波有限差分方法对构建的陷落柱模型进行多分量正演模拟,然后分别对波场分离后的PP波和PS波地震数据进行叠前深度偏移成像测试。通过对两个小尺寸陷落柱模型进行多波地震数值试算表明,多波地震勘探技术是一种有效的煤层陷落柱探测方法,充分利用多波地震资料有利于查明煤层陷落柱构造,对陷落柱取得更好的勘探效果。     

基于BISQ模型双相各向同性介质中地震波数值模拟

基于BISQ机制,推导了双相各向同性介质中弹性波数值模拟方程,并借助交错网格有限差分方法进行了波场模拟。证实了三种波(快纵波、慢纵波、横波SV)的存在和波场特征;在合成地震记录中,观测列三种波的反射,由于各种波相互之间的转换,转换波在地震记录中显示也很清楚,这使得波场变得更为复杂化。     

多波多分量地震技术在煤田勘查中的应用

90年代以来，多波多分量地震技术在海上石油勘探中获得成功。其中的三维三分量转换波地震技术因能解决水文和煤层裂隙等问题，而被应用于煤田普查，本文简要介绍了模波和转换波地震勘方法，并结合实例说明近年来三维三分量转换波地震技术在煤田勘查中的应用现状。     

利用煤层裂隙地震各向异性寻找煤层气气藏

煤层气是以吸附状态储集在煤层的微裂隙、裂缝中，煤层既是煤气的源岩层，也是煤层气的储集层。由于煤层裂隙的存在，将导致煤层的各向异性；根据横波分裂理论：横波通过方位各向异性介质时，横波将发生分裂现象，分裂为两个偏振方向近乎正交的横波，即传播方向平行于裂隙方向的快横波和传播方向垂直于裂隙方向的慢横波。本文介绍了煤层裂隙引起的横波分裂现象的实验室研究及实际野外试验成果。实际结果表明，利用转换横波探测煤层裂隙是可行的。本文最后给出了试验煤层裂隙发育范围和裂隙发育方向。     

多波多分量地震合成记录上的煤层特征指示研究

利用有限差分法弹性波场数值模拟技术，对水平产状，断块分布与尖灭煤层体地质环境下的井激发与接收的多波分量地震记录进行数值模拟，探讨了水平产状，断块分布与煤层尖灭情形下三分量地震记录上的波场特征。研究表明：水平产状煤层槽波最为发育，断块分布煤层中之，而尖灭煤层中尖灭端处接收时很难分辨出槽波特征，但在尖端处激发时可以跨孔观测记录上分辨出颇为发育的槽波。在地面记录上波的运动学与动力学特征也存在一定程度上的     

利用地震数据预测煤系地层裂隙

煤系地层内的裂隙是煤层气积聚的主要场所，同时也是地下水富集、运移的重要条件。煤炭生产过程中防止瓦斯爆炸和突水淹井需要完成的一项重要任务是煤系地层裂隙带的预测和圈定，但采用传统的纵波地震勘探方法只能识别较大的断层，却难以提取相对微观的裂隙信息，其中的一个重要原因在于单靠纵波区分裂隙层反射和岩性反射存在困难。基于三维三分量（3D3C）反射地震数据预测裂隙带的核心是高裂隙密度带会引起反射转换PS波的振幅异常。初步研究表明，PS波振幅异常有望成为强裂隙探测的有力判据。     

煤储层各向异性地震波场模拟

对中国煤层的裂隙系统进行了系统分类;阐述了各类裂隙的主要成因。基于二维二分量各向异性弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟,对各向同性介质模型和高裂隙密度(含干裂隙和饱和水裂隙)煤层的二维层状模型进行了弹性波场数值模拟。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。含气和含水裂隙煤层中在x分量和z分量表现为极性相反,而且含水裂隙煤层中的波速比含气裂隙煤层的波速要快。因此,应用各向异性理论研究煤层裂隙的特征是可能的。     

多分量地震勘探技术新进展

多分量地震勘探可以解除传统纵波反射法地震勘探的均匀各向同性介质弹性理论的局限性。本文介绍了利用万向调节机构，并考虑三个分量的隔离度，提高了三分量检波器的抗噪能力；利用纵波和转换渡剖面计算纵横波速度比，用转换后的纵波作模型道做转换波的剩余静校正；根据波在裂缝性介质中其振幅、速度、偏振存在的方位差异特性识别裂缝；并结合多波识别裂缝系统中是否含气。纵、横波剖面的直接对比，即可发现裂缝性储层的含气信息。利用纵、横波速度比可直接检测含气层。     

奇异的波至现象

1997年，笔者在水力压裂后砂岩产油井中进行高分辨率VSP工作时，除观测到常规纵波及转换波,还观测到来自产油层的几种奇异的慢速波至。由于该慢速波至的性质不明，按视速度从高到低分别命名为W1，W2，W3，…（W为wave的第1个字母），在顺5井裂隙优势方向，1210m深度上观测到5种反射波；反射纵波，反射转换波，W1，W2，W3波，在裂隙非优势方向上，W2，W3波没有出现，在顺4井1532m深度上观测到4种反射波；反射纵波，反射转换波，还有2种慢速波至，为了区别于顺5井中观测到的慢速波至，将其命名为W4，W5波。结合该区钻井，测井，地面地震，井间地震等资料对观测到的慢速波至进行了详细分析，分析结果表明：该慢速波至既不属于不均匀介质产生的绕射波，侧界面产生的反射波，槽波，管波，斯通利波，也与Biot慢纵波动力学特征相悖，现有波动理论不能解释这种慢速波至现象，这意味着地球内部介质中存在人类还未认识的弹性波传播规律。     

含煤地层各向异性介质有限差分数值模拟

煤储层是一种双重孔隙介质,其孔隙由基质孔隙和裂隙组成,并具有自身独特的割理系统。传统的煤田地震勘探将煤层假设为单一的各向同性介质,没有考虑其中裂隙对煤层的影响。利用交错网格高阶有限差分算法,分别对不同厚度VTI和HTI型煤层的弹性波传播特征进行数值模拟,获得波场快照和含煤层状介质的地震模拟记录。从波场快照中可以看出,弹性波在VTI和HTI型煤层中传播存在明显差异;煤层厚度变化对波场的敏感性要强于煤层类型的变化。      

综合地震勘探方法在陕北煤田采空区探测中的应用

基于陕北黄土塬煤层采空区地震勘探方法研究项目,在该类复杂地质背景和地震地质条件下进行了煤层采空区多种地震探测方法的应用。探测中依据不同的地震勘探方法原理,针对同一目标地质体,提取了识别其地震波场的响应特征:①在地震反射时间剖面上呈现反射波组中断缺失、不连续特征;②在折射层析速度剖面上反射为低速异常;③面波记录出现强能量基阶面波传播中止(波散),面波速度剖面呈现为低速异常,频散曲线发生畸变(呈"之"字型回折);④煤层采空区边界显现出散射波特征。这些地震波场特征在鄂尔多斯等地的煤层采空区探测中也已得到验证。陕北煤田采空区探测实例表明,采用综合地震勘探方法探测可有效解决单一方法的多解性问题,提高其成果的准确性和可靠性。     

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。     

陷落柱地震波超前探测数值模拟与应用

针对陷落柱与周围煤体之间存在明显波阻抗差异的特点,建立巷道内地震波超前探测陷落柱数值模型。采用波场正演模拟方法,分析巷道前方存在陷落柱时的地震波场特征,总结出基于绕射偏移的陷落柱边界探测方法。在新元矿南二正巷实际超前探测中,该方法准确圈定了巷道前方陷落柱的范围。探测结果和实际揭露情况对比表明：地震波超前探测技术可以对巷道前方120m范围内的陷落柱构造进行有效预测。     

煤炭地下气化区高密度三维地震勘探技术研究

地下煤层气化的燃烧范围,气化燃烧热力影响边界、形态、方向,气化区冒落带的发展高度及气化煤层裂隙发育程度,是开展煤炭地下气化工程迫切需要解决的问题。基于煤炭地下气化工程试验区地震地质情况,从地震响应入手,在分析煤炭地下气化后地震波场响应特征的基础上,提出了运用高密度三维地震采集技术结合全三维地震属性解释技术,高精度识别煤炭地下气化燃烧范围、气化热力影响边界的方法。实际勘探成果表明,本方法地震成像清晰,预测精度高,与钻探结果吻合较好。     

利用有限正弦和有限余弦变换模拟地震波场:声波方程

研究了一种利用有限正弦和有限余弦变换解变密度声波方程的方法,它的基本思想有下列4点：(1)对声波方程两端进行关于一个或多个变量的有限正弦或有限余弦变换;（2）将待求波场的Fourier正弦或余弦级数表达式代入到经过变换后的波动方程之中,进而得到级数表达系数所满足的微分方程式;（3）分别对时间和未作变换的空间导数进行有限差分或其它形式的近似,得到变换系数所满足的离散（矩阵）方程;（4）将通过解离散（矩阵）方程而得到的变换系数代入到相应的反演公式中去,用求和的方式得到待求波场的数值解。与其它方法相比,利用有限正弦和有限余弦的优点在于可以无限制地扩展变换方向的计算区间和可以处理任意变化的速度和密度结构而不明显地增加计算量。     

三维地震勘探技术预测瓦斯的可行性研究

常规地震勘探方法都是基于单相介质中的弹性波动方程,忽略了流体对地震波传播规律的影响。本文基于双相介质理论,探讨了游离态的瓦斯在煤田地震资料上的地震波场特征,旨在有效地判断瓦斯的富集区域,防治煤与瓦斯突出给矿井生产带来的灾难。      

煤层下部地层地震成像研究

以内蒙地区某煤田三维地震资料为例,对煤层下部地震成像效果不佳的原因进行分析。在资料处理环节,对影响煤层下部成像效果的面波和多次波,根据空间和频率等特性进行压制和衰减;在地表激发条件差、震源能量衰减迅速、煤层对下部反射有强烈屏蔽作用的情况下,对弱信号进行针对性的补偿和保护。实际资料处理,得到了较满意的成像效果。      

煤矿三维地震资料振幅切片解释及应用前景

鉴于三维地震资料常规解释方法的不足,提出了利用人机联作工作站生成煤层波振幅切片的方法及其解释技术,并以实例展示了该技术在煤田三维地震小构造解释中的独特效果及应用前景。      

震波反射在超前探测断层中的应用

震波在岩层中传播,当遇到岩层中有断层面时震波会被反射,利用这一原理,采用KDZ1114-3型便携式智能矿井探测仪将反射波接收并进行解析,得到反射界面(断层面)到探测起始位置的距离,进而确定掘进工作面前方什么位置有构造出现。这种技术比较先进,信息处理速度快,结果准确,方便适用。可推广使用。这种方法在探测四台矿8703工作面两巷断层的应用中得到了证实。