煤层气是一种利用价值极高的气体矿产资源.高效开发和利用煤层气,在减少烟尘污染,发展绿色经济等方面具有重要的意义. 山西省中南部地区各大煤田采空区中蕴藏着丰富的煤层气资源,具有极大的经济效益.但是采空区煤层气的评价与开发涉及构造地质、水文地质、煤层气地质、采煤、通风、流体力学等诸多因素的综合学科理论和工程研究,国内尚未建立系统性理论基础.因此,寻找合适的探测方法至关重要.

  本篇以《煤层采空区内煤层气储气构造半航空瞬变电磁探测—以沁水煤田为例》(田忠斌,2022)为例进行相关讨论,该文采用了一种间接的地球物理勘查方法．对于瓦斯含量较高的山西省沁水煤田,利用半航空瞬变电磁法,对研究区内的未知采空区进行快速、精确探测.根据“虚拟地震数据”的偏移成像结果,发现测区采空区不完整,研究结果间接达到了采空区煤层气储气构造的勘查目的.

1.通过数值计算的方法求解出电磁场中的电阻率,得到携带时、空信息的全域视电阻率（张莹莹等，2015）.

2.半航空瞬变电磁拟地震偏移成像技术的实现

(1)将采集的半航空瞬变电磁场通过波场变换方法变换为虚拟波场;

(2)对波场变换得到的虚拟波场数据进行初至地震波切除;

(3)对虚拟波场数据进行动校正处理;

(4)通过数值积分和数值微分实现克西霍夫积分的数值计算,从而进行自激自收数据的克西霍夫偏移,获得深度偏移剖面（智庆全,2015）.

3.该方法在山西沁水煤田实例应用

勘查区位于山西省中部,区内主要含煤地层为典型的华北地区石炭、二叠系煤系地层,由于勘查煤层埋藏较浅,区内开采历史悠久,开采程度较高,采空区分布极广,除目前搜集到的采掘信息外,区内分布有大量小窑破坏区,地质信息较为复杂.通过对原始数据的筛选、滤波和基线校正（黎东升,2016）,采用SATEM全域视电阻率算法对数据进行处理（李貅等,2015）,得到了该地区SATEM的视电阻率断面.将预处理后的电磁数据转换为扫时虚拟波场.基于克西霍夫偏移成像,得到了该地区SATEM拟地震偏移剖面.通过对两类图的综合对比分析,达到了地质目标体解释的目的.

图1 400线半航空瞬变电磁全域视电阻率断面图（引自参考文献[1]）

图2 400线半航空瞬变电磁拟地震偏移成像断面图（引自参考文献[1]）

4.研究表明:(1)可以通过物探技术对采空区进行勘查,并分析采空区的属性,从而间接推断该采空区是否具备煤层气储气构造的条件.(2)基于半航空电磁采样密度高的特点,采取半航空瞬变电磁法进行数据收集，采用波场变换技术和拟地震偏移成像技术对半航空电磁技术进行了“拟地震成像”处理,可以对采空区上方盖层的连续性情况进行说明.(3)通过探明采空区是否积水和煤层气储层是否存在封闭的储层环境，可以间接实现煤层气的探测，这为电磁法探测采空区煤层气资源提供了新的思路.(4)采空区本身是一种极为复杂的地质异常体.本文提出的采空区煤层气储气构造间接勘查方法,在采空区煤层气普查初期初具效应,但是仍然受地质、采掘等因素的影响,要想完全满足详查目标,仍然需要结合煤层气地质、构造地质、水文地质、岩土力学、采矿工程、物探技术进一步进行多学科综合研究.

参考文献

[1] 田忠斌, 马玉龙, 李貅,等. 煤层采空区内煤层气储气构造半航空瞬变电磁探测——以沁水煤田为例[J]. 地球物理学报, 2022, 65(11):9.

[2] 张莹莹, 李貅, 姚伟华,等. 多辐射场源地空瞬变电磁法多分量全域视电阻率定义[J]. 地球物理学报, 2015, 58(8):14.

[3] 智庆全. MTEM波场变换与偏移成像方法研究[D]. 长安大学, 2015.

[4] 黎东升. 时域地空电性源的三维电磁数值模拟及噪声抑制方法研究[D]. 吉林大学, 2016.