利用地震屬性圈定XQ煤礦巖溶陷落帶

■宗青穎（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪學(xué)院北京100083）

利用地震屬性圈定XQ煤礦巖溶陷落帶

■宗青穎
（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪學(xué)院北京100083）

在煤礦井下發(fā)現(xiàn)陷落柱,容易造成大面積冒頂、突水及瓦斯突出等事故,嚴(yán)重影響著煤礦的安全生產(chǎn)。在XQ工區(qū)的地質(zhì)及水文地質(zhì)狀況，陷落柱和地震屬性的基本理論基礎(chǔ)上，結(jié)合該工區(qū)實(shí)例，利用處理給出的偏移數(shù)據(jù)體，結(jié)合陷落柱的地球物理特征，通過GeoFrame軟件進(jìn)行常規(guī)解釋。常規(guī)解釋不能準(zhǔn)確描述地質(zhì)體，為了準(zhǔn)確控制陷落柱的位置及賦存狀態(tài)，從數(shù)據(jù)體中提取瞬時(shí)相位、總強(qiáng)度和、平均峰值振幅屬性,對(duì)各個(gè)選取的地震屬性選取不同的參數(shù)，并且對(duì)比他們對(duì)于陷落柱顯示的效果結(jié)合已知的地質(zhì)資料，選取合適的地震屬性。接著，將常規(guī)解釋和地震屬性解釋成果綜合分析，對(duì)工區(qū)內(nèi)的陷落柱及斷層進(jìn)行精細(xì)解釋。最終，在常規(guī)解釋的基礎(chǔ)上利用地震屬性解釋的陷落柱與實(shí)際情況十分吻合。

陷落柱地震屬性常規(guī)解釋

陷落柱是在一定的地質(zhì)條件下,在漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期中由可溶性巖層溶蝕形成空洞，其上覆非可溶性巖層受到一定的應(yīng)力作用向下塌陷而形成的地質(zhì)異常體[1]。陷落柱不僅破壞煤層的連續(xù)性，影響巷道的掘進(jìn)和煤層的開采，而且有可能成為特殊的導(dǎo)水通道，對(duì)煤礦生產(chǎn)所造成的危害十分巨大。

煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)雖然取得了較大的發(fā)展，但在構(gòu)造解釋方面與煤礦企業(yè)的要求還不相適應(yīng)，其控制精度與安全生產(chǎn)要求尚有差距[9]。通過優(yōu)選的地震屬性可以消除人工解釋時(shí)的人為因素，進(jìn)而提高陷落柱的解釋精度。

圖1　各煤層逐道解釋成果

1　地震屬性基本理論

通過數(shù)學(xué)計(jì)算推導(dǎo)出的體現(xiàn)地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)特征和幾何形態(tài)特征變化的特征屬性值被稱為地震屬性，先選取瞬時(shí)相位、總強(qiáng)度及平均瞬時(shí)振幅來進(jìn)行陷落柱的解釋。

1.1瞬時(shí)相位

瞬時(shí)相位地震屬性是根據(jù)地震波穿過不同地質(zhì)體所引起的相位的變化來識(shí)別不同地質(zhì)體的邊界。由于反射波遇到陷落柱會(huì)發(fā)生相位翻轉(zhuǎn)，因而有利于陷落柱的解釋。

1.2總強(qiáng)度

高反射強(qiáng)度通常有別于大量發(fā)射體的一種反射。總反射強(qiáng)度屬性反映地震反射波的反射率，對(duì)波阻抗差異較大的巖性界面較為敏感，因此最大反射強(qiáng)度屬性能揭示地層巖性的細(xì)節(jié)，根據(jù)陷落柱的地球物理與屬性特征，陷落柱所在地段反射率明顯變?nèi)?，適用于陷落柱的識(shí)別與解釋。

1.3平均瞬時(shí)振幅

平均峰值振幅是對(duì)每一道在分析時(shí)窗內(nèi)所有正的振幅值累加，將得到的累加值除以時(shí)窗內(nèi)的正振幅值的總采樣點(diǎn)數(shù)。在地層變化強(qiáng)烈的地方振幅的變化也會(huì)變大。

2　常規(guī)解釋的基本理論

常規(guī)解釋方法中，采用人機(jī)聯(lián)作的方法，利用Geoframe地震解釋組合體軟件（IESX）、可視化軟件（GeoViz），解釋過程中以偏移數(shù)據(jù)體為基礎(chǔ)，通過縱、橫方向的垂直剖面解釋為主過反復(fù)對(duì)比、檢查、修改后對(duì)層位解釋加以確認(rèn)。整個(gè)過程本著從整體到局部，最終加密到5m×5m的細(xì)網(wǎng)格。

3　應(yīng)用實(shí)例

3.1XQ礦區(qū)概況

XQ井田含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系中下統(tǒng)山西組與石盒子組。其中二疊系中下統(tǒng)山西組與石盒子組為礦井主要含煤地層。井田內(nèi)有名稱的煤層共31層，總厚33.38米，其中可采煤層11層，總厚24.61m，主要可采煤層為13-1、8、4-2、1煤層，總厚為15.48m，各煤層均采用綜合機(jī)械化開采[12]。

3.2常規(guī)解釋

此對(duì)次11-2煤，8煤及1煤進(jìn)行逐道解釋。其中11-2煤位于最上層，8煤位于中間而1煤為于最底層。

通過對(duì)不同層位的時(shí)間剖面進(jìn)行觀察、分析，確定了大陷落柱的空間特征，主要表現(xiàn)為:上窄下寬，水平方向呈近似長(zhǎng)條狀，切割了區(qū)內(nèi)煤層。其展布方為西北到東南方向。

3.3屬性解釋

3.3.1瞬時(shí)相位

上下各開15ms時(shí)窗提取瞬時(shí)相位屬性。

從圖2可以看到,時(shí)間剖面對(duì)整個(gè)陷落柱比較明確的反映,煤層反射波在陷落柱下方明顯變?nèi)?但根據(jù)偏移時(shí)間剖面準(zhǔn)確劃分陷落柱和未陷落柱邊界則幾乎是不可能的；而由于瞬時(shí)相位剝離了振幅及頻率的影響，而主要與同相軸的連續(xù)性有關(guān)。在瞬時(shí)相位剖面上的每一個(gè)層位都可以同偏移時(shí)間剖面中的層位相對(duì)應(yīng)，即同實(shí)際的地層相對(duì)應(yīng)。沿著反射的同相軸追蹤，因此在圖上可以明顯看出陷落柱的陷落點(diǎn)，所以相位剖面對(duì)陷落柱和陷落柱邊界則有明確和清晰的反映。

3.3.2總強(qiáng)度

總強(qiáng)度屬性屬于層屬性，由于8煤的反射波同相軸連續(xù)性較好，先僅8煤為例進(jìn)行分析。如圖3，此次共選取0.5T，1.0T，1.25T及1.5T進(jìn)行分析。其中T是指8煤反射波同相軸的周期，約為40ms。

圖2　偏移時(shí)間剖面與瞬時(shí)相位剖面對(duì)比圖

圖3　不同時(shí)窗總強(qiáng)度屬性順層切片對(duì)比圖

從圖3可以看出，在大陷落的邊界其最大強(qiáng)度明顯低于其圍巖，在圖中大陷落柱的條帶狀特征明顯。但是隨著視窗的增大，這種差異也在逐漸減小。當(dāng)時(shí)窗增大到1.25T時(shí)，其邊界已經(jīng)模糊；小陷落柱表現(xiàn)為低于圍巖的異常，但是對(duì)于所選擇的參數(shù)而言，很難區(qū)分其邊界，相對(duì)而言在時(shí)窗取1T時(shí)小陷落與圍巖的總強(qiáng)度差異最大；在總強(qiáng)度屬性的切片上對(duì)小斷層的顯示十分不明顯?？偵?，時(shí)窗取1T時(shí)，更加有利于兩個(gè)陷落柱的識(shí)別。

3.3.3平均峰值振幅

平均峰值振幅屬性屬于層屬性，同樣以8煤為例進(jìn)行分析。如圖4，此次共選取0.25T，0。75T，1.25T及1.5T進(jìn)行分析。其中T是指8煤反射波同相軸的周期，約為40ms。

圖4　不同時(shí)窗平均峰值振幅屬性順層切片對(duì)比圖

從圖4可以看出在8煤層的大陷落柱在平均峰值振幅屬性上表現(xiàn)為為低于圍巖的異常。在取時(shí)窗為0.25T，0.75T，，時(shí)，整個(gè)大陷落柱的形態(tài)表現(xiàn)清晰；可是當(dāng)時(shí)窗增大為1.25T及1.5T時(shí)，整個(gè)大陷落柱同圍巖的異常差異變小，整個(gè)陷落柱的形態(tài)呈現(xiàn)不再那么明顯。

4　結(jié)論

通過對(duì)工區(qū)XQ的三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行總強(qiáng)度、順時(shí)相位及平均峰值振幅屬性的提取可得如下結(jié)論：

（1）瞬時(shí)相位在識(shí)別陷落柱陷落點(diǎn)十分突出，確定陷落柱的邊界范圍，尤其是在振幅相對(duì)較弱的區(qū)域，有較好的優(yōu)勢(shì)。通過相位的不連續(xù)來對(duì)斷裂進(jìn)行辨別，很少受到其他干擾，同時(shí)又有明確的物理意義。

（2）時(shí)窗大小的選取直接關(guān)系到總強(qiáng)度屬性及平均峰值振幅屬性對(duì)陷落柱對(duì)于陷落柱顯示的好壞。當(dāng)時(shí)窗選取為1T時(shí)，總強(qiáng)度屬性對(duì)于大陷落柱顯示明顯；陷落柱在平均峰值振幅屬性時(shí)窗選擇小于1.25T時(shí)，可以明顯的表現(xiàn)出來。但是，小斷層在這兩種屬性沿順層切片均無法表現(xiàn)出來。

[1]師素珍，方惠明，郝海波，等.煤礦巖溶陷落柱的地震資料解釋[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2009,21（6）：59-70.

[2]尹奇峰，潘冬明，于景邨，等.煤礦陷落柱地震識(shí)別技術(shù)研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2012,27（5）：2168-2174.

[3]郭華軍,劉慶成.地震屬性技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].物探與化探，2008,32（1）：19-21.

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P315[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-168-2