2006/06/26煤礦瓦斯突出部位高分辨探測技術及其應用(一)
煤礦瓦斯突出部位高分辨探測技術及其應用
彭蘇萍，長江學者特聘教授
“煤炭資源與安全開采”國家重點實驗室主
中國礦業大學地質與地球物理研究所所長
一、國外研究現狀 1
二、研究方案及技術路線 1
三、主要應用領域及實用價值 3
（一）瓦斯突出煤體結構高分辨測井技術 3
1．瓦斯突出煤體結構高分辨測井曲線特征提取 3
2.不同突出危險程度煤體的測井響應 4
（二）礦井瓦斯富集部位的地震反演技術 5
1．實現高分辨率地震勘探 5
2．識別小斷層 5
3．預測煤層厚度 6
4．瓦斯及突出煤層的反演技術 7
（三）三維三分量地震探測煤礦瓦斯富集部位的技術 8
（四）探測瓦斯富集區的AVO技術 11
四、結論 18
我國層賦存地質條件複雜多變，瓦斯分布不均，重大瓦斯災害02manbetx.com
時有發生。瓦斯重大02manbetx.com
頻發的原因，除有些是安全管理不到位外，更主要與近十多年來我國煤礦隨開采深度增加瓦斯含量急劇增加有密切關係。開采深度的加大和開采規模的提高導致開采條件更趨複雜，而研究人員還習慣於應用淺部開采條件下的瓦斯地質作用特征和規律來指導深部開采地質狀況下的瓦斯治理，還主要采用基於礦井通風的煤礦瓦斯安全理論及技術，因此難以適應當前煤礦安全高效生產的迫切需求。實踐證明，當前煤礦瓦斯治理需要從全局出發，進行綜合預防和治理，其中有效的方法是在在掌握煤層中瓦斯和構造煤賦存規律的基礎上，在煤礦開采前對瓦斯進行有效超前預抽，降低瓦斯濃度，但我們目前對瓦斯的賦存特征和分布規律掌握很少，還沒有找到探測和預測瓦斯富集和突出部位的有效方法和手段。因此迫切需要探索在深部開采地質條件下，開采煤層圍岩岩體地質結構與瓦斯富集的關係，深入研究探索瓦斯富集和瓦斯突出災害源準確探測和預測的方法和技術。
一、國外研究現狀
世界一些主要產煤大國如英、德、法、前蘇聯、美國、澳大利亞和南非等國家，在煤礦瓦斯探測和預測方麵作了大量工作。在美國，目前主要采用地麵地震探測技術來預測瓦斯富集部位，用地麵抽排技術來降低礦井瓦斯濃度。最成功的例子是美國西達山（Cedar Hill）礦區瓦斯地麵抽放工程。該區為一單斜盆地，含7個煤組，煤層厚度大，連續性好。因此，首先通過三維地震勘探等查明礦區瓦斯分布範圍，確定分布區域中瓦斯富集部位。然後在富集部位進行地麵抽放，使煤層中瓦斯含量大大減少。前蘇聯地區的地質學家則更重視利用各類地質參數和煤的物理、化學特征來預測預報瓦斯變化；德國在魯爾礦區采用橫波地震構造綜合探測技術和沿煤層水平鑽探探測和預測瓦斯的富集部位和煤礦開采前的瓦斯抽排，並認為橫波地震探測瓦斯是最具前景的方法；澳大利亞主要應用沿煤層鑽探、橫波地震、地麵地震及地震填圖等手段預測工作麵災害02manbetx.com
。
二、研究方案及技術路線
近年來，我們在淮南礦業集團等企業的大力支持下，對煤層中瓦斯富集特征和富集規律進行了大量03manbetx
與研究，開發了準確探測精細地質構造、煤層及其特征、頂底板岩性、煤和瓦斯突出區域預測的三維地震勘探技術體係及其資料處理與解釋軟件，初步建立了探測瓦斯富集部位的地震地質方法。
具體采用的研究流程如圖1所示：1）在鑽孔測井資料、煤樣03manbetx
結果與測井資料之間能夠建立明顯定量統計結果的地區，采用多地震屬性定量人工神經網絡技術，定量預測目的層的瓦斯含量。即將計算的目的層瓦斯含量曲線與井旁道地震屬性進行相關03manbetx
篩選，利用地球物理反演技術及地震多屬性神經網絡03manbetx
技術直接預瓦斯含量，得到瓦斯含量三維數據體，進而預測瓦斯富集帶；2）對鑽孔比較稀少、尚未建立瓦斯含量與測井資料之間定量關係的三維地震勘探工區，可以利用地震波形分類技術。即在精細解釋基礎上，對煤層附近的地震道進行波形分類，並與已知鑽孔瓦斯含量數據進行對比，分析瓦斯富集帶的地震響應特征，尋找地震波形屬性特征與瓦斯富集鑽孔之間的關係，進而將這種關係沿相同波形特征區外推，直接定性預測瓦斯富集帶。最後將上述預測結果進行結合，綜合選擇瓦斯的有利勘探目標對未采用三維地震勘探工區進行預測。
圖1 現場地質觀測、岩樣、測井、地震聯合預測瓦斯地質特征流程示意圖
地震資料
進行瓦斯區域預測
煤層資料
（一）瓦斯突出煤體結構高分辨測井技術
1．瓦斯突出煤體結構高分辨測井曲線特征提取
煤與瓦斯突出發生在突出煤體中。突出煤體多為原生結構遭受破壞的煤體，一般具有構造結構特征，通常稱為構造煤。研究突出煤體的地球物理測井響應特征，可以為劃分突出煤體結構、預測瓦斯危險性提供依據。
通過對研究區內的視電阻率、自然電位、自然伽瑪、人工伽瑪、井徑和聲波時差等測井曲線進行研究，發現同一煤層中構造煤與原生煤、夾矸的測井曲線有明顯區別（見圖2，表1）。
圖2 淮南顧橋副檢1井13-1煤層測井曲線
表1瓦斯突出煤體的測井曲線幅值特征
類別
測井曲線幅值
視電阻率
伽瑪伽瑪
聲波時差
自然伽瑪
構造煤
低
高
高
中
泥岩夾矸
低
低
低
高
原生煤
高
中
中
低
構造煤表現為視電阻率明顯下降的低幅值，伽瑪伽瑪曲線和聲波時差曲線則為較明顯的高幅值，自然伽瑪曲線為明顯上升的中等幅值。
煤層中泥岩夾矸的視電阻率曲線、伽瑪伽瑪曲線和聲波時差曲線均呈低幅值，自然伽瑪曲線為明顯高幅值。
原生煤視電阻率曲線為明顯高幅值，自然伽瑪曲線為明顯低幅值，伽瑪伽瑪曲線和聲波時差曲線的幅值介於構造煤與泥岩夾矸之間
