地震属性在煤层气储层预测中的应用

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摘要： 煤层具有高声波时差、低密度、低波阻抗、低伽马、高电阻率的测井响应特征，因而煤层具有较为明显的地震响应特征。应用地震数值模拟方法模拟煤层与顶、底板岩层之间较强的地震反射界面，随着煤层厚度的变化，煤层与顶、底板岩层间形成的地震反射强度会随之改变；另外，随着同一套煤层层数的增多，煤层与顶、底板岩层间的地震反射强度也会增大。根据煤层的特征，分别从构造、煤质、煤层上覆地层厚度、煤层的直接盖层、物性等方面对相关的地震属性分析方法进行优选，优选出地震振幅、地震旅行时、曲率、频率、吸收衰减、波阻抗反演等地震方法适应于煤层气储层预测研究，并将这些方法应用于实际地震资料，取得较好的预测结果。

Abstract： Seismic attribute analysis technology is efficiently in coalbed methane reservoir forecasting. Coal bed own the logging feature of high acoustic travel time，low density，low impedance，low gamma，high resistivity. So the seismic response of coal bed is obvious. Based on the analysis of seismic numerical modeling，there is strong reflection interface between coal bed and upon or down rock layer， which is obvious in seismic response feature，and the reflection will become strong or weak as the thickness of coal bed，the reflection will become strong with the number of coal layer changes more. Upon the feature of coal bed， we choose the seismic attribute from structure， medium， the thickness of rock layer above coal bed，direct covering rock，physical property，and get seismic amplitude，travel time of seismic，curvature，frequency，absorption，impedance are applicable in coal gas reservoir forecasting. These technology are used in actual seismic data and get a good use in forecasting coal gas.

关键词： 煤层气；地震属性；强反射；数值模拟；波阻抗反演

Key words： coal gas；seismic attribute；strong reflection；numerical modeling；impedance inversion

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）03-0051-03

0 引言

煤层气作为一种新能源，越来越受到人们的重视，世界上已经有29个国家开展了煤层气勘探[1]。目前，煤层气勘探与开发依然处于初期阶段，各种地球物理方法正被试验性地应用于煤储层、煤层气研究。

地震属性分析方法较为成熟，在油气勘探方面的应用效果明显，为石油、天然气的勘探与开发起到关键的作用，目前也被应用于煤层气研究中。地震属性分析方法种类很多，有振幅类、频率类、相位类、吸收衰减类、波阻抗反演类、叠前AVO和弹性反演等，它是通过数学变换而导出的有关地震波的几何形态、运动学特征和统计学特征，是地震资料中可描述的、可定量化的特征，并能以与原始地震资料相同的比例显示出来[2]。不同的属性方法可反映地层不同的物性参数，因此，利用不同的属性分析方法可以对煤层气储层进行多方位预测。

1 煤层的基本特征

煤层的测井响应特征明显，经统计分析，煤层多具有低密度、低波阻抗、低伽马、高声波时差、高电阻率“三低两高”的显著特征。研究中选取了山西省沁水盆地多口煤层气钻井进行分析，煤层密度约为1.33～2.28g/cm3，自然伽马约为33.7～110API，声波时差约为380～500μs/m，具有明显的低密度、低伽马、高声波时差的特征。

煤层的基本特性决定了它具有明显的地震响应特征。煤层与围岩之间具有较大的波阻抗差异，在地层界面处能产生较强的振幅反射，在地震剖面上很容易识别。

2 地震属性分析方法的优选

2.1 数值模拟分析 根据实际煤层资料建立煤层地质模型（图1a），模型中煤层横向连续性较好，设计煤层密度为1.33g/cm3、速度为2092m/s、煤层厚度为2～5m；设计煤层的顶、底板岩层为泥岩层，顶板泥岩密度为2.66g/cm3、速度为3968m/s，底板泥岩密度为2.65g/cm3、速度为3750 m/s，煤层与顶、底板岩层有较明显的物性差异。数值模拟结果（图1b）结果显示，煤层厚度发生变化时，煤层与顶、底岩层间的地震波反射强度有明显变化，当煤层厚度由薄变厚时，地震反射强度有增大的趋势。地震响应特征中振幅属性特征较为明显，煤层与顶板岩层界面形成较强的波谷反射，煤层与底板岩层界面形成较强的波峰反射。

2.2 相关地震属性分析方法的分析及选择 地震属性分析方法种类很多，在石油、天然气储层预测研究中效果较为明显，但针对煤储层研究的地震属性分析方法研究尚处于初期阶段。分析煤储层形成的主控因素，将适合于煤储层研究的相关属性分为以下几类，并进行属性分析方法的优选。

2.2.1 与构造相关的属性。煤层分布区一般具有变化较大的构造特征，其中，影响煤储层分布的构造主要有3种，即断层、褶皱、陷落柱。从目前煤储层勘探开发结果来看，断裂发育区、构造高部位、陷落柱分布区是煤储层破坏较严重的区域，资料表明，煤层底板突水情况都与断层、陷落柱等有关[3]。因此，能够较好地指示这3种构造特征的属性可以为煤储层、煤层气的开发起到指示作用，有效地指导回避这些不利区域。

道相关属性在识别断裂构造方面效果较好；相干技术可以实现对道相关、地层不连续性的刻画[3-4]；曲率技术能够识别出地层中的微小裂缝，效果明显；旅行时、时深转换后的深度构造图可以较好地表现褶皱构造的分布；陷落柱分布区，地震波组发生错断、相位反转，可以综合道相关属性、相干属性和相位属性对其进行识别。

2.2.2 与煤质相关的属性。古地势决定沉积微相的变化，沉积微相反映不同煤区的分布，在某种意义上，沉积微相决定了煤质的变化。实际应用中得知，振幅属性在表现沉积微相方面优势明显。

2.2.3 与煤层上覆地层厚度有关的属性。煤层一般埋藏较浅，随着煤层埋深的增加，储层的压力会不断增加。如果煤储层保护性较好，煤层气的含气量有增加的趋势，这一因素对于煤储层的研究以及煤层气的开发具有指导意义。描述煤层上覆地层最有效的参数是时间和深度，对应属性是地震旅行时和深度。因此可以应用层位的自动追踪技术得到煤层的t0图，并利用时深转换技术实现对煤层上覆地层有效厚度的刻画。

2.2.4 与煤层上覆直接盖层有关的属性。河道的冲刷作用对煤层上覆直接盖层影响较大，河道冲刷发生在煤层上覆沉积物沉积过程中或沉积后。河流冲蚀下覆泥炭层并经沉积充填而形成冲刷带，其特点是冲刷带向上直接过渡为煤层顶板，或冲刷带直接切割煤层而且切割了煤层的伪顶/直接顶。

对河道的识别最有效的属性是地震几何形态属性，其次为振幅属性；河道存在能够引起地震波组下切、充填、斜交、透镜体等现象，也能引起煤层减薄和反射振幅变弱。

依据实际地震资料，从岩性角度分析，煤层的直接盖层多为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩类，属于封闭性能很好的岩层。泥岩和砂质岩类一般具有较致密，节理、裂缝不发育的特点；同时，具有很好的封盖能力，利于煤储层分布和煤层气富集。

泥岩与煤层、砂岩之间的物性差异大，差异属性主要有密度、波阻抗属性，地震波阻抗反演和地震参数反演技术可以有效实现对泥岩的识别和厚度预测。

2.2.5 与煤储层物性有关的属性。煤层密度小且与顶、底岩性有较大的波阻抗差，地震波穿过煤层时会发生能量吸收和高频衰减，因此地震频率属性、吸收衰减属性可以进行有效的煤储层物性参数

分析[5-7]。

3 实例分析

山西省沁水盆地整体地层特征平缓，地层内部零星发育小型的逆断层或正断层。古构造控制聚煤盆地，主要含煤盆地多发育在稳定地块或构造稳定的地带，从古构造演化及构造变形程度看，沁水盆地具有很好的聚煤条件[8]。我们在该盆地地震工区进行了实际地震属性分析方法的应用研究，取得了较好的效果。

图2为SPZ勘探区煤层发育区的曲率属性切片，该区EW，SN向断裂系统发育，属性切片中断层及裂缝清晰可见，连续性较好，同时可见因断层而引发的微裂缝，曲率技术在识别小断裂方面非常有效。

图3为沁水盆地内SMB勘探区过3号煤层的地震剖面，由于煤层与顶、底板岩层间具有较大的密度差异，因此岩层之间会形成较强的地震反射[9]。

我们结合钻井资料，应用地震相、沉积相刻画方法——地震振幅属性分析技术进行了本区煤质的预测。图4为沁水盆地内SMB勘探区过煤层的振幅切片，结合实际钻井资料对煤层进行了Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ四类沉积微相划分。不同的微相带内纵向沉积煤层数量不同、厚度不同、地震反射剖面波组特征不同，表明4个微相沉积的煤质不同，通过振幅属性可以体现出对应不同煤质的煤层横向分布情况。在第Ⅲ类微相中可以看到海陆沉积环境中沉积的朵状特征，第Ⅳ类微相中有一条明显的古河道。图5为本区EW向的地震剖面，图中古河道特征明显。河道冲蚀了煤层，使得煤层变薄或中断，一定程度上影响了煤储层的分布。

图6为SYC勘探区过煤层的频率属性切片。由于煤层具有高声波时差、高电阻、低密度、低伽马、低电阻的特征，煤层与顶底岩性间有较大的波阻抗差异，使得地震波穿过煤层时发生高频的吸收衰减，特别当煤储层煤层气含气量增大时，高频的衰减速度会增大[10]。图中蓝绿色区域为高频区，红黄色区域为低频区，位于低频区的钻井日产气量较大。

图7为SHS勘探区过井地震波阻抗剖面，其中红黄色连续条带为15号煤层，由图可见，煤层波阻抗值较低。在黄色条带的上、下直接接触区为较连续的蓝色条带，与黄色的煤层条带相比其波阻抗值较大。有效结合测井资料，分析可知，钻井h2-1分布位置煤层顶板和底板岩性均为一套泥岩，与煤层相比其密度和速度值较大，结果表明，利用地震波阻抗反演方法进行煤层及其顶、底板岩性刻画效果明显。

4 结束语

地震属性分析方法在煤层气储层预测方面属于初期阶段，该方法在沁水盆地煤层气储层预测中的应用效果显著，提高了煤储层及煤层气预测精度，特别是在煤层的精细构造刻画方面具有较突出的效果。通过研究得出如下结论：①地震反射结构、相干技术以及曲率技术在刻画断层及小断裂方面效果较好；②地震振幅属性能直接反映煤层及围岩间的物性差异，可以应用于沉积微相刻画和煤储层厚度预测，结合钻井资料可以预测煤质；③频率属性可以有效预测煤储层含气性，较好地刻画了地震波穿过煤层时产生的能量衰减效应，预测结果与实际钻井结果吻合度较高；④地震波阻抗反演技术可以有效地刻画煤层及其顶、底板岩性，并能有效计算煤层厚度。

在应用地震属性分析方法进行煤层气储层预测时，应根据不同的地质条件，在地震数值模拟应用的基础上，实现属性分析方法的优选；同时应结合钻井、测井技术，促进地震属性方法技术的广泛应用。

参考文献：

[1]刘雯林.煤层气地球物理响应特征分析[J].岩性油气藏，2009，21（2）：113-115.

[2]张湖刚，张晓英.利用地震属性提取解释三维地震勘探中的构造[J].陕西煤炭，2010（3）：102-103.

[3]张绍聪，董守华，程彦.高阶相干技术在煤田断层检测中的应用[J].煤田地质与勘探，2009，37（5）：65-67.

[4]杜文凤，彭苏萍.利用地震层曲率进行煤层小断层预测[J].岩石力学与工程学报，2008，27（增1）：2901-2906.

[5]黄亚平，束荣华，董守华等.波阻抗反演技术在煤田地震岩性勘探中的应用[J].煤田地质与勘探，2008，36（5）：62-64.

[6]李园，胡宝林，董昌伟等.测井约束反演在预测煤矿岩浆岩分布中的应用[J].煤田地质与勘探，2009，37（5）：68-71.

[7]钱进，崔若飞.含煤地层各向异性介质有限差分数值模拟[J].煤田地质与勘探，2010，38（2）：63-67.

[8]于在春，陈桂桢，王强.构造裂缝对煤层气开采的影响[J].露天采矿技术，2009，28：29-30.

[9]王勃，李景明，张义等.中国低媒介煤层气地质特征[J].石油勘探与开发，2009，36（1）：30-33.

[10]唐湘蓉.地震测井联合反演方法研究及应用—以塔河4号油区带为例[D].成都：成都理工大学硕士论文，2005.

[11]陈勇，关达，罗延等.一种分析测井组合特征和地震相进行煤质预测的方法：中国，201110337997.6[P].2013-11-01.

[12]关达，陈勇，罗延等.一种基于层次分析法的煤层气综合评价方法：中国，201310247516.1[P].2013-06-21.