韓咀煤礦識別煤層老采空區(qū)的相對波阻方法*

郭占峰　程增慶　王建忠　李　忠

(1.山西華晉韓咀煤業(yè)有限責(zé)任公司；2.中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院)

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韓咀煤礦識別煤層老采空區(qū)的相對波阻方法*

郭占峰1程增慶2王建忠1李忠2

(1.山西華晉韓咀煤業(yè)有限責(zé)任公司；2.中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院)

摘要以韓咀煤礦老采空區(qū)為例，分析了利用相對波阻抗剖面識別解譯煤層老采空區(qū)的方法，相對波阻抗是在偏移處理成果剖面的基礎(chǔ)上對地震道進(jìn)行積分，其實質(zhì)是波阻抗剖面的高頻分量。預(yù)測結(jié)果表明：相對波阻抗可有效預(yù)測巷道式采空區(qū)，滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求。

關(guān)鍵詞相對波阻抗煤層老空區(qū)巷道式采空區(qū)

韓咀煤礦為整合礦井，在該煤礦井田內(nèi)及周邊分布眾多的小煤礦，小煤礦主要是以房式或穿洞式或巷道式進(jìn)行開采。韓咀煤礦開采是在采空區(qū)中進(jìn)行，采空區(qū)給該煤礦的掘進(jìn)和安全生產(chǎn)帶來了較大的安全隱患。相對波阻抗剖面是介于地震時間剖面和地質(zhì)剖面之間一種地震剖面，既有地震時間剖面的信息，又有地質(zhì)剖面的信息，可對老采空區(qū)進(jìn)行有效識別[1-2]。為此，本研究利用該方法對韓咀煤礦的老采空區(qū)進(jìn)行三維地震探測。

1煤層房柱式老采空區(qū)特點

韓咀煤礦區(qū)地層由老至新依次為奧陶系中統(tǒng)峰峰組，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組、第四系中更新統(tǒng)。發(fā)育的主要煤層為2#，10#煤層，2#煤層埋深100～300 m，煤層位于山西組中部，下距7#煤層17.99～41.61 m，平均31.08 m，煤層厚5.00～7.97 m，平均厚6.47 m，含夾矸0～5層，一般含0～3層夾石，結(jié)構(gòu)較簡單，頂?shù)装鍘r性多為泥巖或粉砂巖。全區(qū)煤層厚度變化不大，屬穩(wěn)定可采煤層。韓咀煤礦煤層老采空區(qū)是19世紀(jì)小煤窯采用房式或穿洞式或巷道式采煤方式產(chǎn)生的。老采空區(qū)通常表現(xiàn)為巷道、小規(guī)模采空區(qū)等形式，由人工采煤產(chǎn)生的煤層破壞變形在形態(tài)上無規(guī)律，不受任何地質(zhì)條件制約，但各有特點。

2相對波阻抗處理

2.1相對波阻抗的基礎(chǔ)處理

相對波阻抗的基礎(chǔ)處理需采用多域多手段的質(zhì)量監(jiān)控方式，如線性動校正檢查屬性、觀測系統(tǒng)圖、高程平面圖和單炮顯示等。韓咀煤礦地震資料處理的難點是靜校正與初至切除工作，同時應(yīng)進(jìn)行反褶積測試、多次迭代速度分析及最小相位化等工作。利用鉆孔資料擬合偏移速度進(jìn)行迭前時間偏移處理，得到相對波阻抗處理的成果。

2.2地震道積分處理

由于韓咀煤礦采空區(qū)分布無規(guī)律可循且無相關(guān)的地質(zhì)資料，三維地震監(jiān)測的目標(biāo)較小，因而無法通過常規(guī)解譯方法識別出該類巷道式采空區(qū)。相對波阻抗信息可最大限度地利用地震資料的相對變化解譯房式采空區(qū)的細(xì)微變化。目前相對波阻抗處理為對地震道進(jìn)行積分處理得到的地震道積分時間剖面。相對波阻抗處理輸入為疊前時間偏移處理成果，輸出為相對波阻抗剖面成果。煤炭三維地震資料實際上可表述為地震子波與地層反射系數(shù)的褶積，即通常描述的線性模型。

由相關(guān)公式推導(dǎo)可知：對反射系數(shù)進(jìn)行積分相當(dāng)于對波阻抗計算自然對數(shù)，通過該過程即可對波阻抗進(jìn)行反演(或稱為地震道積分)。相對波阻抗反演的優(yōu)點是從零時刻向下遞推，由于處理成果中缺失低頻成分因而遞推時產(chǎn)生的累計誤差相對較小，僅為一個簡單的地震道積分，計算較簡單，無需通過測井資料內(nèi)插和外推對反射系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。

地震道積分反演結(jié)果的精度受地震資料信噪比和分辨率的影響，用于相對波阻抗反演的地震迭前時間偏移須為高保真度的地震資料，若三維地震資料未采用保持振幅處理，那么在進(jìn)行地震道積分反演時，所得到的相對波阻抗便無法反映地層、煤層采空區(qū)等信息。因此，進(jìn)行地震道積分的三維地震資料應(yīng)該保持高信噪比、高分辨率、高保真度及準(zhǔn)確成像。

3相對波阻抗剖面及應(yīng)用

因兼并、重組，韓咀煤礦周圍及勘探區(qū)內(nèi)的采空區(qū)分布多、零碎、破壞程度大，給野外資料采集、解釋均帶來了一定的難度。本研究在搜集已知地質(zhì)資料并結(jié)合野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，以三維地震勘探成果為主，結(jié)合瞬變電磁資料進(jìn)行相互解譯驗證。

通過地震處理得到相對波阻抗地震時間剖面的頻帶寬度為6～120 Hz，地震優(yōu)勢頻率為50 Hz。在相對波阻抗數(shù)據(jù)體上，2#，10#煤層均表現(xiàn)為目的層，2#煤表現(xiàn)為厚煤層的低阻抗特征，其上覆、下伏砂巖表現(xiàn)為相對較高的阻抗，其上下泥質(zhì)粉砂巖阻抗也高于煤層，地震相對波阻抗反演數(shù)據(jù)體的地質(zhì)屬性更清晰。從反演剖面看，煤層厚度相對較穩(wěn)定，2#煤層上覆、下伏地層巖性也表現(xiàn)為穩(wěn)定的特征。通過沿2#煤層底板的時間相對波阻抗沿層切片分析，發(fā)現(xiàn)在煤層內(nèi)相對波阻抗平面變化較大，煤層厚度變化不大而相對波阻抗變化較大是由房式采空區(qū)的地震反射特征所致，據(jù)此解譯了全區(qū)煤層老采空區(qū)的范圍及邊界。韓咀煤礦采空區(qū)解譯效果表明：相對波阻抗處理方法是一種煤炭采空區(qū)識別的有效方法，主要特點：①相對波阻抗處理的地震道積分無需任何地質(zhì)補充資料及信息而完成的無約束地震反演，反演結(jié)果相當(dāng)于地層的波阻抗高頻成分關(guān)系，是地震純波剖面的積分反演結(jié)果；②相對波阻抗處理的地震道積分對煤層房式或穿洞式或巷道式采空區(qū)的預(yù)測精度取決于地震資料的信噪比和分辨率，因此利用相對波阻抗處理的地震道積分資料進(jìn)行解譯時還需利用測井資料對煤層波進(jìn)行標(biāo)定。

4結(jié)語

以韓咀煤礦老采空區(qū)為例，討論了房式采空區(qū)地震資料處理技術(shù)及利用三維地震勘探資料的相對波阻抗資料識別房式采空區(qū)的模式(地震道積分剖面上房式老采空區(qū)表現(xiàn)為低波阻抗值，利用道積分方法直接求取相對波阻抗剖面)，對于老采空區(qū)的地質(zhì)解譯有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1]李慶忠.走向精確勘探的道路——高分辨率地震勘探系統(tǒng)工程剖析[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

[2]饒河清，李萍軍，黃河，等.寬方位角在煤田三維地震勘探中的研究與應(yīng)用[J].金屬礦山，2014(12):143-146.

(收稿日期2015-11-01)

*中石油物探重大技術(shù)專項(編號：2011D—3806)。

郭占峰(1966—)，男，高級工程師，042100 山西省鄉(xiāng)寧縣。