煤层气地震勘探技术
与声波波阻抗AI的弹性波阻抗EI(Elastic Impedance)，它是岩石纵波速度、横波速度、密度和入射角的函数。通过弹性波阻抗反演可以求得不同入射角的弹性波阻抗值EI，相对于声波波阻抗AI，弹性波阻抗EI更有利于岩性分析。
6.1 弹性波阻抗的数值模拟
为了验证弹性波阻抗(EI)反演在煤田上的可行性，根据淮南张集煤矿的煤层和煤层顶/底板岩性的实测数据，建立了四个煤层模型进行弹性波阻抗(EI)正演模拟研究，物性参数见表6—1。
表6—1 煤层及其顶底板物性参数
岩 性 原生煤I （模型1） 原生煤II（模型2） 构造煤I （模型3） 构造煤II（模型4） 泥岩（煤层底板） 砂岩（煤层顶板） Vp(m/s) 2400 1960 1500 650 3170 3601 Vs(m/s) 1259.4 1090 681.39 195.98 1585 2172 3
?(g/cm)
?σ 0.310 0.276 0.370 0.450 0.333 0.214 1.500 1.390 1.350 1.250 2.360 2.562 模型1到模型4的变化，基本上体现了煤体破坏程度由小到大的趋势。其中模型4中的构造煤II又称作软分层，其煤体结构发生了严重破坏，是预防瓦斯突出的重点防范区域。
利用上述方法分别对四个模型中的7°与18°入射角的EI值归一化到AI范围之后，得到的四个模型的正演计算结果如图6—1所示。
从图6—1中可以获得以下结论：(1) 在煤层上非零入射角度的EI量值均比普通的AI值要低，即EI对煤层的反应更敏感；(2) 18°入射角的EI值是三种波阻抗值中最小的，对煤层岩性反应最灵敏；(3) 随着煤体破坏程度的逐渐增大(即由模型1到模型4的过渡)，18°入射角的EI值逐渐变小，在模型4的上甚至出现负值。
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(a) (b)
(c) (d)
图6—1 四个模型的正演结果
为了进一步突出煤体的破坏程度，定义一个简单的煤体破坏程度预测因子
P?AI?EI(?) (6-1) AI式中，EI为归一化之后的量值。
在??7°时，煤层的EI量值与相应的AI量值相差不大，因此在确定P时，一般使用归一化之后的??18°的EI值计算，即
AI?EI(18?)P? (6-2)
AI从模型1到模型4，P值依次为0.34，0.59，0.87，9.2。由此可以看出P在指示构造煤(尤其是软分层)方面具有独特的优势。
6.2 应用实例——张集煤矿西三采区
1. 剖面分辨率的提高
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EI计算中融合了横波信息，而且加入了入射角度的影响，因此与AI相比，EI对岩性异常的探测能力更加灵敏。以Inline115线的反演剖面为例，图6—2(a)为常规AI反演剖面；图6—2 (b)为18°入射角的EI反演剖面。经对比不难发现，18°入射角EI反演剖面的分辨率比AI反演剖面有明显提高。
(a) 常规AI反演剖面
(b) 18°入射角的EI反演剖面 图6—2 Inline115线反演剖面分辨率对比
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2. 切片解释
图6—3为沿13-1煤层的波阻抗切片，它们提供了煤层的岩性信息。图中，黄绿色部分代表正常煤层的范围，红蓝色部分代表高波阻抗区域。通过对比后发现EI反演对高波阻抗岩性(如夹矸)探测更灵敏。
(a) AI反演 (b)18°入射角EI反演
图6—3 13-1煤层波阻抗切片
3. 构造煤的预测
弹性波阻抗数值模拟表明，煤体破坏程度预测因子P在指示构造煤方面具有优势，对于构造煤的响应(P值高)明显不同于原生煤的响应(P值低)。图6—4为13-1煤层P值切片，其中黑线是P值为5的等值线，等值线所圈定的部分为P值大于5的区域，共有五个区域。根据弹性波阻抗数值模拟结果，这些区域可以认为是构造煤发育的区域。
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图6—4 13-1煤层P值切片
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