利用三維地震資料探測(cè)煤層采空區(qū)

師紅權(quán) 程增慶

【摘 要】煤層被采空后就形成了煤層采空區(qū)，煤層采空區(qū)的地震探測(cè)是利用地震波的動(dòng)力學(xué)特征和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。地震波在煤層采空區(qū)的響應(yīng)特征是：煤層波的中斷、消失，下層反射波表現(xiàn)出下拉的現(xiàn)象，沿層屬性分析表現(xiàn)為能量的變?nèi)醯?。本文給出了一個(gè)實(shí)例說(shuō)明三維地震資料探測(cè)煤層采空區(qū)的實(shí)用性和有效性。

【關(guān)鍵詞】煤炭；三維地震；煤層；探測(cè)；采空區(qū)

0.引言

地震勘探自問(wèn)世以來(lái)，在構(gòu)造勘探上取得了巨大的成功，現(xiàn)在煤炭生產(chǎn)基本上均在采用三維地震勘探技術(shù)和其成果，在地震地質(zhì)條件適合的地區(qū)，三維地震勘探技術(shù)基本上可以查明落差大于5m的斷層。但是對(duì)于采空區(qū)的探測(cè)是三維地震勘探的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，尤其是在老空區(qū)、采空區(qū)的探測(cè)中，顯示了三維地震勘探的強(qiáng)大生命力和高精度。

煤炭主要賦存于中生界和中生界地層中，這種地層結(jié)構(gòu)對(duì)地震波的傳播是有利的。

1.采空區(qū)的地質(zhì)地球物理特征

1.1采空區(qū)的地質(zhì)特征

煤礦采煤工作面內(nèi)的煤層回采后，煤層上覆地層失去下部煤層的支持就要形成采空區(qū)，煤層采空區(qū)就要產(chǎn)生巖石的冒落，產(chǎn)生我們所說(shuō)三帶：冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶和巖石位移變形帶，在三帶區(qū)的上覆巖層隨之下沉，地面常能看到采空區(qū)下沉的痕跡，地面下沉一般表現(xiàn)為橢圓形凹陷。

1.2采空區(qū)的地震地質(zhì)模型特征

煤層采空區(qū)產(chǎn)生的三帶，三帶巖石產(chǎn)生垮落與松動(dòng)后，巖石孔隙度增加致使地震波速度下降，在三帶區(qū)與冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶和巖石位移變形帶形成對(duì)應(yīng)的煤層速度變小區(qū)。在采空區(qū)上方形成一個(gè)速度下降區(qū)，在煤層下方是高速區(qū)。在煤層上下方地震波速度形成一個(gè)低中高的速度變化區(qū)。

1.3采空區(qū)的地震時(shí)間場(chǎng)特征

對(duì)于一個(gè)水平的地質(zhì)模型，煤層采空區(qū)產(chǎn)生的三帶致使地震波速度下降后，在冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶和巖石位移變形帶形成對(duì)應(yīng)的煤地震反射時(shí)間增加就是地層速度變小所產(chǎn)生的結(jié)果。

1.4采空區(qū)的地震波場(chǎng)特征

采空區(qū)的地震波場(chǎng)特征認(rèn)識(shí)是大同礦區(qū)煤炭三維地震所要解決的重要前提。采空區(qū)在時(shí)間場(chǎng)上表現(xiàn)為采空區(qū)的時(shí)間下拉，在地震振幅特征上表現(xiàn)為政府變?nèi)趸蚩瞻?。在時(shí)間剖面上表現(xiàn)為采空區(qū)同相軸的中端、錯(cuò)斷或消失，在水平切片上表現(xiàn)為振幅值的減弱、反相等。

2.煤層采空區(qū)實(shí)例研究

煤層采空區(qū)產(chǎn)生煤層上覆巖層的坍塌產(chǎn)生上覆地層垮落、破碎和彎曲變形，地震波在采空區(qū)上覆地層傳播過(guò)程中的由于速度減小、巖石孔隙增加而致使地震波的傳播能量損失，在采空區(qū)的地震波往往呈現(xiàn)為零亂反射，采空區(qū)反射波的同相軸中斷、錯(cuò)斷或消失是其主要特征，由于采空區(qū)的速度變低使得反射波時(shí)間場(chǎng)出現(xiàn)下拉和延遲現(xiàn)象，一般情況下由于采空的影響時(shí)間向下延遲5-15ms。這些特征就是我們識(shí)別和解釋采空區(qū)的依據(jù)，在研究區(qū)一個(gè)工作面的四周煤層沒(méi)有采空，工作面內(nèi)的反射波出現(xiàn)凌亂反射，反射波同相軸出現(xiàn)中斷。從垂直地震剖面上，煤系地層、煤層等產(chǎn)生的地震波組均出現(xiàn)上述變化特征：反射波同相軸的突然中斷、小時(shí)、延遲等。圖2為煤層反射波的沿層振幅屬性切片，根據(jù)圖1和2，同時(shí)利用前述采空特征對(duì)本區(qū)地質(zhì)地質(zhì)成果進(jìn)行了綜合解釋?zhuān)褐胁看嬖诿簩右粋€(gè)煤層采空區(qū)，解釋的依據(jù)是在地震時(shí)間剖面的同相軸突然中斷，在沿層振幅屬性切片存在連片的弱振幅分布特征。

3.結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)煤炭采空區(qū)地震解釋的實(shí)例研究顯示的采空區(qū)反射特征及三維地震解釋采空區(qū)的應(yīng)用表明，三維地震資料解釋煤炭采空區(qū)效果顯著。實(shí)際解釋利用多種數(shù)據(jù)體的研究表明，相對(duì)波阻抗的地震道積分剖面更加有利于解釋采空區(qū)，以三維可視化解釋技術(shù)為主的多屬性分析技術(shù)可以提高解釋成果的精度。結(jié)合測(cè)井資料和地震資料的地震反演數(shù)據(jù)體，進(jìn)行地震多屬性分析技術(shù)，是提高三維地震勘探構(gòu)造解釋精度的手段，充分利用三維數(shù)據(jù)體的地層信息結(jié)合與鉆井資料、測(cè)井資料及巷道實(shí)見(jiàn)資料綜合研究礦井地質(zhì)資料可以進(jìn)一步提高煤礦地質(zhì)成果的精度，為煤礦開(kāi)采提供高精度的地質(zhì)成果，實(shí)現(xiàn)煤礦的高產(chǎn)高效及礦山的地質(zhì)安全及安全生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]羅春喜，程增慶等.利用地震道積分技術(shù)識(shí)別三維地震解釋的陷阱[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，2007，1.