课题7 深部煤炭资源关键地质体与多相介质的地球物理响应

     主要研究内容：
    （1）深部煤炭资源多相介质的地球物理测井响应
    研究深钻井的岩石和煤层的非均质性对电、磁、声波的响应特征，进而获得密度、孔隙度、含水性、渗透性以及煤体结构、煤质、瓦斯含量等响应参数，探讨其响应机理；提出深钻井快速似稳态测温方法，结合课题3的研究成果，建立钻井剖面地层应力和其它相关参数的反演方法，为深部煤炭资源的精细探测提供理论依据。重点分为以下几个方面的研究内容。
研究组成岩石与煤层的不同矿物组分、孔隙结构及发育程度、含流体性质在地球物理测井上的响应。即研究岩石（包括煤）基质骨架、孔隙与裂缝隙及所含流体的放射性响应、电性响应、地球化学响应、弹性波响应与电磁响应特征和响应机理；研究通过不同响应特征区分煤层及其顶底板岩性、煤质、孔隙度、渗透率、含流体性质的理论与方法。
    研究深埋深条件下，地下应力场与温度场的实时测量技术。重点研究全波列测井与偶极子横波测井，通过现场测量纵、横波速度反演岩石的弹性模量与应力大小，对比分析这两种测井方法的优劣和适用性，确定地应力的弹性波反演理论、方法与技术体系；研究随钻地温场测量方法和综合地温测井方法。
    研究煤田测井与地震资料的联合反演方法，提供煤层厚度、顶底板深度、煤质变化、煤层顶底板波阻抗、煤层孔隙度、含流体饱和度等参数；研究转换横波测井曲线的换算方法，建立煤田测井曲线与三维三分量地震之间的准确深时转换关系，为精确计算深层煤的储量、裂缝隙发育程度、含流体类型、煤层横向变化、煤层顶底板岩性及其沉积相变提供理论、技术支撑。
研究淮南与淮北煤田、鲁西南煤田、开滦煤田、沁水盆地深层煤及多相介质耦合的地球物理测井响应与机理。分析这四个典型区域深层煤探测面临的地质问题，建立地球物理测井模型并进行室内的理论方法研究与数值模拟，结合野外钻测井工作试验不同典型地区的地球物理测井响应特征，建立适合各区域的测井模型与项目。在分区域研究的基础上，提取并建立共性的、适合华北地台，主要是东缘煤田深层煤探测需要的地球物理测井方法及其技术体系。
    研究确定适合煤田地质需要，能综合反演岩性、煤质煤级、孔渗饱、地应力场、地温场、岩石弹性参数的地球物理和化学测井方法，建立新的煤田测井技术体系。
    （2）深部煤炭资源关键地质体的高分辨率地震探测响应
    研究深层煤矿床关键地质体（岩层、煤层、断层、岩溶、裂缝或割理系统）的弹性波响应特征与弹性波传播机理，建立半空间—全空间下深层煤矿床三维三分量地震勘探流程，发展和完善深层煤矿床地震勘探的理论基础和技术体系。着重进行以下几个方面的研究。
    以两淮煤田、鲁西南煤田、开滦煤田、沁水盆地为主要试验研究对象，分析这四个区域的地震地质条件，结合深层煤的赋存与开采地质条件研究，建立各区域特色的地震模型；对各区域进行野外三维三分量地震试验数据的采集，分别研究这些模型的三维三分量地震数字信号采集、处理、解释方法与技术；并进一步提炼出华北地台东缘煤田深层煤高分辨率地震勘探技术流程与方法体系。
    对三维三分量地震勘探中的Z分量（即常规纵波勘探）而言，着重于研究深层煤探测时，浅层异常地质体所引起的干扰去噪技术；研究浅部高阻抗差屏蔽层下的煤层高分辨率目标勘探技术；研究深层奥灰顶界面及其内幕结构的弹性波反射特征和识别方法。
    研究深层煤探测的三维三分量地震勘探技术，其重点是研究三维三分量地震数据采集、处理、解释理论方法，架构三维三分量地震勘探技术流程，提高构造、岩性的识别精度和分辨率；研究探测煤系地层的裂缝隙发育密度和排列主方向的偏振法和时差分析法；反演三维地质模型的物性参数（密度、速度、泊松比和应力场研究中需要的其它弹性模量）；研究水、瓦斯等流体的各向异性指示参数及其反演方法，预测裂缝隙中含流体的性质。
    研究煤田测井与三维三分量地震数据联合反演的方法。在目前业已成熟应用的井震联合反演软件的基础上进行再开发，承接第一个研究内容，研究转换横波波阻抗的计算方法，建立等效波阻抗公式；研究测井响应与地震剖面之间的关系，研究将测井获得的地质、地球物理参数通过井震联合外推至面上的理论基础与方法；研究利用三分量地震数据与测井曲线建立井震联合反演的理论基础与方法。
    （3）深部煤炭资源多相介质的电磁法探测响应
    通过电磁干扰调查和地质体物性参数测试，研究深部地质体和多相介质（主要是水和瓦斯）对电磁波的响应特征；低阻层对电磁场屏蔽的平滑异常响应；着重研究含煤地层低电性差异介质中的半空间电磁波场的时频特性，静态条件下瓦斯不均匀分布的地球物理响应等；完善深部煤炭资源电磁法勘探的理论基础和技术体系。重点研究以下几个方面的内容。
    综合分析两淮煤田、鲁西南煤田、开滦煤田、沁水盆地四大区域深层煤系地层的电性特征，调查其赋水规律；根据不同的电性及突水机理研究，试验不同的电磁法及其组合，研究相应的电磁成像方法，建立这四大区域的电磁探测方法，并由点到面，构架华北东缘深层煤资源探测的电磁法技术体系。
    通过地面与井下电磁干扰调查，研究电磁干扰的去噪方法。针对浅部低阻层的屏蔽作用，研究深目的层电磁数据采集技术及其成像方法。
    通过岩石物理实验和物性参数测量，研究深目的层不同地质体（煤层、顶底板、构造、水等流体）在高应力场与高地温场作用下的电性特征；并进一步研究深部地质体和多相介质（主要是水和瓦斯）对电磁波的响应特征。着重研究含煤地层低电性差异半空间介质中电磁波场的时频特性，地下水的分布、补给及连通性的定量或半定量预测方法。
    研究电阻率测井约束下的电磁反演方法，提高电磁法反演的精度和可靠性；研究三维地质模型（物性结构与几何结构）约束下的电磁法反演方法；发展拟地震的电磁数据处理与解释方法。
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