煤层气,是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体,是煤的伴生矿产资源,属非常规天然气,是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。双相介质是指由两种具有不同相态的物质所组成的介质,其表现形式常为固—液相、固—气相两种,例如,岩石骨架与孔隙中的水、石油或天然气等所构成的介质。煤层气与其围岩构成的介质属于典型的双相介质,而以单相层状介质模型为基础的正演模拟已经不能满足实际的要求了,因此引入双相介质理论来建立模型。本论文中的地震模型是根据沁水盆地实测的地震资料、测井资料和地质资料等相结合,考虑到研究区域地下的地质构造情况所建立的,通过对这些模型的正演模拟,可为增加煤层气的开采量和减少在开采过程中钻井的误钻和错钻提供技术参考。在建立模型前做了大量的调研工作确定了研究区域各种岩性在建模软件中所需的10个参数,为模型的建立提供保障。首先,说明了选题的目的和意义,简单介绍了工区概况,从双相介质理论和双相介质数值模拟两方面概述了国内外研究现状。其次,以双相介质的几何方程、运动平衡方程、应力应变方程为基础推导出了双相介质波动方程,又推导出了双相介质的交错网格有限差分格式。讨论了双相介质完全匹配层边界条件并确定了本论文所选用的衰减因子,分析了双相介质中的稳定性条件和频散问题。根据双相介质理论和推导的带有完全匹配层吸收边界条件的离散表达式,并根据此离散表达式完成了双相介质正演模拟软件的编写。再次,通过对均匀介质模型的建立和正演模拟,验证了正演模拟软件的正确性和可行性,并且证明了胀缩震源只能激发出纵波,垂直震源和水平震源能激发出纵波和横波,双相介质中纵波会分裂成快纵波和慢纵波,通过双层介质模型证明了当入射波不是垂直入射到介质分界面后,会产生波的转换。为了提高模型计算效率,通过线型震源正演模拟结果和单点震源逐个正演模拟结果的对比,证明了线型震源的正演模拟结果能够模拟地震自激自收记录,这为以后建立的地震模型进行正演模拟时节约了大量时间。然后,通过研究区域的实测数据和相关文献确定了正演模拟软件中所需参数的具体数值,并根据区域的地质情况建立了煤层分叉、煤层厚度变化模型,煤层深度变化、薄互层模型,煤层含夹矸、煤层含构造煤模型,煤层顶底板岩性变化模型,煤层顶底板厚度变化模型,陷落柱四周有破碎带、陷落柱四周无破碎带模型,小断层断距变化模型,煤层含气量变化模型和煤层褶皱模型,为正演模拟的顺利进行奠定了基础。最后,对煤层气双相介质典型地震模型进行了正演模拟,分析了自激自收地震记录中目标层反射波同相轴,发现煤层分叉模型不能从煤层反射波同相轴上分辨出分叉;煤层厚度变化模型中,只能从煤层反射波同相轴判定第五个模型煤层的厚度在横向有变化;小断层模型中,只有断层断距足够大时才能从同相轴上分辨出来。