煤层气作为优质清洁的非常规能源,它的开发利用越来越受到国家的高度重视。我国埋深2000米以浅煤层气地质资源量约36.81万亿立方米,居世界第三位。“十一五”期间,我国煤层气地面开发实现历史性突破,并初步实现了煤层气的商业化、规模化开采。　　煤层气排采诱导煤储层含气性变化贯穿于煤层气井/气田的整个开发过程,逐步建立煤层气开发过程中储层含气性变化动态观测技术,发展煤层气排采动态变化分析方法,是保证煤层气开发技术重大创新的基础,也是煤层气开发技术中的关键基础技术。北京大学开发的天然源超低频电磁探测技术经过十多年的发展,无论是在仪器硬件性能,还是数据处理与解释方法等方面,都取得了较大进步。本文将天然源超低频电磁探测技术引入到煤层气排采动态监测中来,在已有研究成果基础上,深化研究煤层气排采动态变化的天然源超低频电磁探测中的技术与方法,阐明煤储层含气性、地下水和人工电磁环境对超低频电磁探测的影响,研究煤层气的天然源超低频电磁探测曲线响应特征,发展超低频电磁探测与数据解释技术,进而建立以天然源超低频电磁探测技术为基础的煤层气排采动态分析与评价方法,为煤层气的地面排采提供重要支持。论文的主要研究工作与结论如下:(1)论文在介绍天然源超低频电磁探测原理的基础上,以不同区域的探测数据为例,研究了利用天然源超低频电磁探测技术进行煤层气探测时的深度误差,结果表明,不同探测区域的探测深度误差不同,对于1000米以浅的探测来说,探测深度绝对误差小于50米。同时,论文还针对煤层气特别是煤储层含气性的探测特点,从数据采集总体设计、测点测线设计以及实际探测参数设置等方面,提出了煤层气的天然源超低频电磁探测方法。　　(2)论文针对天然场源本身有具有时变性的实际,为便于不同时段探测数据相互对比,达到利用天然源超低频电磁探测技术进行煤层气排采动态跟踪的研究目的,在探测数据的处理上,提出了探测数据曲线振幅归一化的方法。另外,本文将曲波分解的方法引入到探测数据曲线的滤波中来,该方法在保持原始探测曲线形态的同时,能够达到较好滤波效果。同时,论文还对比研究了在进行探测数据曲线线性平滑滤波时的点数的选取问题,结果表明,在进行探测曲线平滑滤波选择平滑点数的时候,必须结合探测步长而定:一般而言,为获得更好的平滑效果,探测步长越小,点数选择越大;探测深度步长约大,曲线越光滑,平滑点数选择应越小。　　(3)针对煤层气探测中工频电磁干扰很难避免的实际以及煤层气排采动态跟踪的需要,论文分析了人文电磁干扰(特别是输电线电磁干扰)对探测的影响以及探测结果的响应。结果表明,输电线带来的电磁干扰在探测曲线上表现为探测曲线在特定探测深度上的高振幅异常,输电线对探测的影响与探测点距离的远近以及探头方向存在较大的相关关系,离输电线越远,干扰越小;另外,探头方向与其走向平行时,干扰也相对较小。　　(4)含气性是煤层气资源最重要的参数之一,也是决定煤层气产能的主要因素,研究储层含气性对天然源超低频电磁探测的影响与响应,是完成论文研究的重要基础。论文以山东金源煤矿、河南焦作煤田以及山西胡底煤矿的实际探测数据为依托,研究了煤储层含气性对天然源超低频电磁探测的影响以及探测曲线对储层含气性高低的响应。研究结果表明,在储层含气量较低时,探测曲线没有明显的振幅异常;而在含气量较高时,探测曲线则在储层埋藏深度的一定区间范围上,出现明显的高振幅异常。　　(5)论文通过天然源超低频电磁探测结果,研究了煤层气排采井筒周围的曲线异常特征。结果表明,随着探测点逐渐远离煤层气开采井,探测曲线振幅逐渐减小,通过天然源超低频电磁探测结果的二维制图,可以为圈定井筒周围单相水渗流区、有效解吸区以及有效供气区的范围提供支持。　　(6)在煤层气开采过程中,随着储层地下流体(煤层气和地下水)的不断排出,会导致煤储层含气性不断变化,从而诱导储层总体发生动态应变和含气性的进一步动态变化,进而影响到煤层气井和煤层气田的产气能力。论文以胡底煤矿的排采井为例,研究了在同一排采井附近相同探测点天然源超低频电磁探测曲线的日动态变化以及月动态变化情况,结果表明,煤层气的天然源超低频电磁探测曲线在时间间隔为1日或者2日时,在煤层气赋存的深度区间上,探测曲线形态与振幅都基本一致,表明煤储层含气性没有发生明显变化;而在月间隔的变化上,探测曲线振幅在煤储层赋存深度范围内有一定下降,说明在月时间间隔内,随着煤层气的排采,探测点煤储层的煤层气含量虽然有所下降,但是下降并不明显,所以表现在探测曲线上,其振幅有所减低,但是幅度不大。　　(7)论文以胡底煤矿HD010井、HD011井2007年9月、2010年5月、2011年10月以及2012年5月的探测数据以及HD008井、HD024井2010年5月、2011年10月和2012年5月的探测数据,研究了这些井的储层含气性动态变化情况。研究结果表明,随着时间的推移,各开采井的探测曲线振幅都有不同程度的减小,但是减小的幅度,不同的排采井因为其工作状态以及储层差异,探测曲线振幅变化的差异也较大。　　(8)为能通过天然源超低频电磁探测结果估算煤储层含量,针对天然源超低频电磁探测输出为“深度——振幅"曲线的特点,论文对探测数据曲线进行了特征分析,提取了与煤层气相关的监测指标,并建立了煤储层含气量的估算模型,并通过模型的估算,定量的分析了胡底煤矿HD008井、HD010井、HD011井以及HD024井储层含气量的变化情况。　　(9)论文结合各煤层气排采井在不同探测时间上的工作状态,对估算的含量进行了对比分析。结果表明,在煤层气井处于排采过程中时,论文含气量的估算结果变化较大、,变化率较快;而在排采井处于为工作状态时,其含气量变化较小,变化率也较低。