煤礦隱蔽致災(zāi)因素地震勘探現(xiàn)狀與發(fā)展方向

羅忠琴，劉 鵬，唐建益，劉最亮

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北省涿州市，072750；2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局，北京市海淀區(qū)，100038；3.華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司，山西省陽(yáng)泉市，045000)

煤炭長(zhǎng)期以來(lái)為我國(guó)能源安全穩(wěn)定供應(yīng)提供了有力保障。我國(guó)煤炭主要產(chǎn)自石炭系、二疊系、侏羅系，少部分產(chǎn)自第三系。煤礦的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，煤層的穩(wěn)定性也較差，給開(kāi)發(fā)開(kāi)采帶來(lái)了諸多困難。我國(guó)東中部地區(qū)的大型綜合機(jī)械化采煤工作面常受地質(zhì)構(gòu)造影響導(dǎo)致采掘接替失調(diào)，一些基建礦井由于地質(zhì)構(gòu)造沒(méi)有調(diào)查清楚，造成設(shè)計(jì)進(jìn)行重大修改或重新調(diào)整采區(qū)設(shè)計(jì)或增加井巷工程量或巷道報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。然而用鉆井加密的方法精細(xì)地探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造成本高、周期長(zhǎng)甚至無(wú)法完成。

地震勘探技術(shù)在我國(guó)煤炭工業(yè)中的應(yīng)用已有60多年(1955年至今)歷史[1]，特別是20世紀(jì)末以來(lái)，煤炭地震的技術(shù)概念與內(nèi)涵、技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用不斷趨于完善，高分辨率三維地震技術(shù)作為煤礦采前勘探服務(wù)不可或缺的地球物理手段得到了大規(guī)模推廣應(yīng)用。目前煤炭高分辨率三維地震技術(shù)已成為我國(guó)目前各大中型、特大型煤礦區(qū)高效開(kāi)采和安全生產(chǎn)地質(zhì)保障的重要技術(shù)手段之一。但是，隨著煤礦機(jī)械化水平不斷提高，煤礦智能采區(qū)不斷推進(jìn)，復(fù)雜地質(zhì)條件煤層智能綜采、智能化煤礦建設(shè)等給煤礦安全開(kāi)采地質(zhì)保障提出了更高的地質(zhì)需求[2]。筆者綜合分析了我國(guó)煤炭地震勘探所面臨的諸多挑戰(zhàn)，提出在未來(lái)幾年我國(guó)煤炭地震勘探需要加強(qiáng)的10個(gè)方面的新技術(shù)新方法研究，以形成一套我國(guó)煤炭地震勘探高精度解決我國(guó)煤礦復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)系列，進(jìn)而大幅提高地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)能力和空間定位精度、巖性識(shí)別解釋精度和隱蔽地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)能力，為我國(guó)各大中型、特大型礦區(qū)綠色開(kāi)發(fā)、智能化煤礦建設(shè)發(fā)展服務(wù)。

1 我國(guó)煤炭地震勘探技術(shù)現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代煤礦采區(qū)三維地震勘探主要在我國(guó)東部煤礦區(qū)實(shí)施，21世紀(jì)初我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展重點(diǎn)逐步向中、西部煤炭資源豐富、煤質(zhì)優(yōu)良的礦區(qū)轉(zhuǎn)移，然而這些礦區(qū)大部分地質(zhì)條件都十分復(fù)雜。20多年來(lái)各煤炭物探單位，會(huì)同有關(guān)煤業(yè)、礦業(yè)集團(tuán)公司針對(duì)煤炭開(kāi)采的主要地質(zhì)需求和中西部礦區(qū)黃土塬、山地、沙漠、戈壁等復(fù)雜地震地質(zhì)條件區(qū)域的三維地震數(shù)據(jù)采集、處理、解釋技術(shù)方面的諸多難題，分段持續(xù)開(kāi)展了相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的地震技術(shù)方法攻關(guān)，攻關(guān)重點(diǎn)放在提高地震信噪比、分辨率和地震成像空間定位精度方面，以提高煤礦地質(zhì)構(gòu)造的勘探能力，特別是提高中、小斷層的探測(cè)能力和符合率等方面，使得在不同條件地區(qū)均可以利用三維地震進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造探查，不同地區(qū)煤礦采區(qū)三維地震勘探首次應(yīng)用具體情況見(jiàn)表1，通過(guò)多年研究，逐步形成五大煤炭地震技術(shù)體系[3-4]：平原、丘陵煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)體系；黃土塬煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)體系；山地煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)體系；沙漠、戈壁煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)體系；淺海、湖泊煤礦三維地震勘探技術(shù)體系。

表1 煤礦采區(qū)三維地震勘探首次應(yīng)用礦區(qū)

注：資料引自《黃土塬煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)》

20世紀(jì)，我國(guó)煤炭二維、三維地震技術(shù)主要應(yīng)用于勘探地質(zhì)構(gòu)造。近10多來(lái)開(kāi)始注重煤礦隱蔽災(zāi)害地質(zhì)體與巖性三維地震綜合勘探技術(shù)的研究和應(yīng)用。目前，煤炭三維地震勘探基本解決了煤層起伏形態(tài)、向背斜軸、斷層產(chǎn)狀及其延展情況、撓曲及其延展情況、陷落柱、沖刷變薄帶、采空區(qū)、巖漿侵入?yún)^(qū)等影響煤礦安全、高效生產(chǎn)的主要地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題[2,5]，即使在地震地質(zhì)條件差的黃土塬區(qū)也實(shí)現(xiàn)了利用三維地震探查煤層及其頂?shù)装鍘r性。該方法的精度和能力得到業(yè)界的普遍認(rèn)可，是采區(qū)準(zhǔn)備前構(gòu)造勘探的首選技術(shù)手段，已得到廣泛應(yīng)用[6]。

2 煤礦隱蔽致災(zāi)因素地震勘探能力與效果

2.1 地震法探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造的能力和效果

歷經(jīng)多年的發(fā)展，煤礦采區(qū)三維地震構(gòu)造勘探形成了以下流程。

(1)根據(jù)野外踏勘與探查目的設(shè)計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)；

(2)野外生產(chǎn)采用安全綠色勘探管理，實(shí)行“兩寬一高”(寬頻帶、寬方位、高覆蓋)質(zhì)量要求，實(shí)行同步資料處理質(zhì)控；

(3)資料處理按照“三高”(高信噪比、高分辨率、高保真度)要求進(jìn)行質(zhì)控；

(4)通過(guò)合成地震記錄對(duì)地震反射波進(jìn)行標(biāo)定，在此基礎(chǔ)上，以連井剖面為參照，并結(jié)合波組關(guān)系，進(jìn)行目的層位追蹤與構(gòu)造解釋；在構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波的基礎(chǔ)上，開(kāi)展多屬性分析與三維可視化對(duì)比，利用此技術(shù)對(duì)進(jìn)一步甄別異常、精細(xì)構(gòu)造解釋與斷點(diǎn)組合有極大幫助。最后進(jìn)行成圖與誤差校正，獲得目的層底板等高線圖。淮北桃園礦某采區(qū)82號(hào)煤層三維地震屬性分析與三維可視化立體如圖1所示。

圖1 淮北桃園礦某采區(qū)82號(hào)煤層三維地震屬性分析與三維可視化立體

目前，三維地震解釋煤層底板標(biāo)高的誤差一般約為1.0%，能解釋落差大于3 m的斷層[7-8]。高密度三維地震可以將斷層分辨率從落差3～5 m提高到2 m[7]。10余年來(lái)，三維地震數(shù)據(jù)二次精細(xì)處理解釋(疊前時(shí)間偏移、多屬性分析解釋+三維可視化)對(duì)提高一次地震解釋的地質(zhì)成果可靠性十分有效，實(shí)用性強(qiáng)；三次處理解釋(井巷約束疊前深度偏移、深度域?qū)傩苑治?三維可視化、巖性反演)逐漸發(fā)展，對(duì)進(jìn)一步提高地震的地質(zhì)成果精度與地震勘探應(yīng)用范圍的廣度提供了新的方向。

2.2 地震法探測(cè)煤礦陷落柱的能力和效果

煤礦陷落柱主要分布在我國(guó)北方石炭系、二疊系煤礦區(qū)，尤以汾河兩岸、太行山兩側(cè)煤礦為多。巖溶陷落柱密實(shí)程度變化大，比圍巖強(qiáng)度低，與圍巖的聯(lián)結(jié)也較脆弱，故巖溶陷落柱對(duì)煤層開(kāi)采有明顯影響，其含水、導(dǎo)水陷落柱往往會(huì)造成重大水害。然而，陷落柱發(fā)育具有隨機(jī)性與不確定性，其預(yù)測(cè)定位定量化難度大且預(yù)測(cè)精度不高[9]。目前，陷落柱的定位主要采取逐次精確的辦法：利用地質(zhì)、構(gòu)造、采礦、鉆探、排水、化探手段，綜合分析陷落柱靶區(qū)；應(yīng)用三維地震精細(xì)勘探初步圈定異常區(qū)；有針對(duì)性地開(kāi)展放水、連通試驗(yàn)，進(jìn)一步查明陷落柱范圍與導(dǎo)水性；以鉆探驗(yàn)證陷落柱存在與否，并確定其導(dǎo)水性[10-11]。

從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始，地球物理工作者就開(kāi)始探索利用地震勘探探查巖溶陷落柱的方法，通過(guò)模型分析和山西晉城鳳凰山礦綜合物探探查陷落柱野外試驗(yàn)，其中反射波地震法取得了效果[12-13]。隨后，通過(guò)對(duì)野外采集、資料處理解釋技術(shù)的全面改進(jìn)，形成了適用于陷落柱探查的煤炭高分辨率地震勘探技術(shù)。1997年，在潞安礦區(qū)高河礦井高分辨率三維地震勘探中發(fā)現(xiàn)了直徑40～350 m的陷落柱多個(gè)，總結(jié)出陷落柱在地震剖面上的特征：標(biāo)準(zhǔn)反射波中斷或消失；繞射波、延遲繞射波、側(cè)面波等異常波出現(xiàn)；反射波動(dòng)力學(xué)特征突變[14]。巖溶陷落柱在地震剖面上典型特征如圖2所示。1998年，江蘇煤田地質(zhì)局物測(cè)隊(duì)在陽(yáng)泉礦務(wù)局五礦的山區(qū)(山坡坡度>60°，最大高差167 m)三維地震勘探工作中，在1.35 km2范圍探查出27個(gè)陷落柱，圈定0.8 km2可采掘面積，對(duì)該礦達(dá)產(chǎn)起到了重大作用[13]。

圖2 巖溶陷落柱典型地震剖面

為了更加精細(xì)探測(cè)陷落柱發(fā)育位置與形狀，探查其賦水性，眾多地球物理工作者探索出了聯(lián)合勘探方法：地面地震與井下地震聯(lián)合、地震與瞬變電磁聯(lián)合、地震與CSAMT聯(lián)合、地震與礦井TEM聯(lián)合[15-18]。高精度三維地震勘探探查巖溶陷落柱的分布狀況及其可能的突水通道和富水空間；直流電法、瞬變電磁、CSAMT、礦井TEM預(yù)測(cè)可能的低阻異常區(qū)，如果陷落柱異常與低阻區(qū)在空間上重合，則需要特別注意該陷落柱突水隱患。山西晉城趙莊二號(hào)井3號(hào)煤層地震與電法聯(lián)合探查斷層陷落柱富水性效果如圖3所示，圖中彩色底圖為主成分融合屬性，融合屬性值越高，代表賦水性越強(qiáng)。圖中地質(zhì)構(gòu)造為三維地震解釋成果，依據(jù)融合屬性值對(duì)構(gòu)造進(jìn)行賦水性判定，藍(lán)色構(gòu)造表示賦水性強(qiáng)，紫色構(gòu)造代表賦水性弱。

圖3 地震與電法聯(lián)合探查斷層陷落柱富水性

地震資料處理與解釋預(yù)測(cè)陷落柱方面也取得長(zhǎng)足進(jìn)步，在“兩寬一高”資料基礎(chǔ)上，基于炮檢距向量片技術(shù)(OVT)處理，以及多屬性融合分析，提高解釋陷落柱的精度[19]。

(1)OVT域疊前偏移處理；

(2)分方位、分角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

(3)利用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波、優(yōu)勢(shì)頻譜帶通濾波等技術(shù)，提高不同方位、不同角度觀測(cè)陷落柱形態(tài)的能力；

(4)提取巖層或?qū)娱g屬性，包括相干、方差、曲率、波形相似、波形差異、混沌體等屬性；

(5)進(jìn)行敏感屬性主成分分析融合，使陷落柱在平面上的邊界更加清晰；

(6)結(jié)合井巷、地震剖面、屬性剖面、屬性平面進(jìn)行陷落柱綜合解釋。

地震精細(xì)屬性分析識(shí)別煤礦采區(qū)陷落柱如圖4所示。

圖4 地震精細(xì)屬性分析識(shí)別煤礦采區(qū)陷落柱

煤炭三維地震采用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)相結(jié)合的方法，查明陷落柱吻合率在淮南礦區(qū)和永城礦區(qū)大于89%，在其他地區(qū)大于78%[7]。

2.3 地震法探測(cè)煤層厚度的能力和效果

煤厚變化對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響主要有以下幾個(gè)方面。

(1)影響礦井開(kāi)采工程布置。例如煤層厚度很大，過(guò)去采用分層開(kāi)采，因?yàn)槊簩油蝗蛔儽?，被迫改為單層開(kāi)采，這樣就要重新調(diào)整巷道布置；開(kāi)采的煤層突然變薄造成大面積不能回采，使整個(gè)采區(qū)的布置受到影響。

(2)影響計(jì)劃生產(chǎn)，造成工作被動(dòng)。

(3)增加掘進(jìn)巷道數(shù)量。例如煤層分叉變薄，可能巷道掘進(jìn)到分叉帶、尖滅帶時(shí)會(huì)造成廢巷。另外，還有古河流沖刷問(wèn)題等使煤層突然變薄[7]。

20世紀(jì)80年代初，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)朱華榮在地震剖面上發(fā)現(xiàn)煤層反射，并用煤層反射的調(diào)諧振幅法預(yù)測(cè)出煤層厚度變化趨勢(shì)。1985年安徽省淮南礦區(qū)中日合作劉莊井田精查高分辨率二維地震勘探中，對(duì)所獲地震資料作波阻抗反演處理，證實(shí)13-1號(hào)煤層在地震反演剖面上為低波阻抗條帶[20]。20世紀(jì)90年代初以來(lái)，山東省、安徽省、江蘇省、陜西省、河南省煤炭物探測(cè)量隊(duì)和中國(guó)煤炭地質(zhì)總局物探研究院、煤炭科學(xué)研究總院西安研究院等單位，陸續(xù)開(kāi)始用鉆井、測(cè)井資料作約束地震反演研究煤層厚度。

近年來(lái)，重點(diǎn)研究和應(yīng)用地震多屬性、約束稀疏脈沖地震反演、疊前彈性參數(shù)反演、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)隨機(jī)反演、多參數(shù)巖性地震反演等技術(shù)預(yù)測(cè)煤層厚度。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)發(fā)展，目前三維地震對(duì)較厚-厚煤層煤厚的預(yù)測(cè)誤差在1.0 m左右[7]。地震反演預(yù)測(cè)的煤層厚度剖面如圖5所示。

圖5 地震反演預(yù)測(cè)的煤層厚度剖面

2.4 地震法探測(cè)煤層頂、底板突水災(zāi)害的能力與效果

煤礦水害是與瓦斯、火災(zāi)、粉塵、動(dòng)力地質(zhì)災(zāi)害并列的煤礦建設(shè)與生產(chǎn)過(guò)程中的五大安全災(zāi)害之一。煤礦水害產(chǎn)生的三大要素是水源、水量、導(dǎo)水通道[21]，起決定性作用的是含水層及其補(bǔ)給和排泄條件，水源具有區(qū)域性和面狀分布的特點(diǎn)，而導(dǎo)水通道(斷層、裂縫、不良封閉鉆孔等)具有極強(qiáng)的局部性和難以預(yù)測(cè)性。

大多數(shù)災(zāi)害性突水源于導(dǎo)水通道的不可預(yù)知性。據(jù)以往的煤礦突水事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)煤礦突水災(zāi)害最為嚴(yán)重、突水因素最為隱蔽、最為普遍、水害安全最難預(yù)知的屬華北型石炭二疊煤系煤層底板奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙水，通過(guò)斷層、陷落柱或隱伏陷落柱突水或底鼓突水易造成水害事故。從已有的文獻(xiàn)介紹來(lái)看，也有許多煤礦存在頂板水害隱患，但其對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響遠(yuǎn)不如前者。實(shí)際情況表明，在我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展中，頂、底板水害問(wèn)題都是亟待研究解決的重要問(wèn)題[21-22]。

2.4.1 煤層頂板突水災(zāi)害地震預(yù)測(cè)技術(shù)

煤層頂板包括偽頂、直接頂和基本頂。偽頂很薄一般僅十到幾十厘米，多為泥巖，分布極不均一，有的塊段沒(méi)有偽頂；直接頂是位于煤層上方的一層或幾層相近的巖層，直接頂?shù)暮穸扔写笥行。虻囟悾换卷斒侵苯禹斏戏綄?duì)采場(chǎng)礦壓有明顯影響的巖層平衡結(jié)構(gòu)，基本頂可能形成裂縫帶，基本頂也可能形成“三帶”中的垮落帶。煤層未被采動(dòng)前，煤層及其頂、底板巖層均處于靜力平衡狀態(tài)。

近年來(lái)，在煤層頂板突水災(zāi)害地震預(yù)測(cè)中，僅側(cè)重于研究頂板賦水層，并開(kāi)展煤層頂板巖性、頂板巖體裂縫發(fā)育帶的預(yù)測(cè)，應(yīng)用的技術(shù)包括以下幾方面。

(1)地震反演預(yù)測(cè)煤層頂板巖性技術(shù)；

(2)煤層頂板賦水帶預(yù)測(cè)技術(shù)，主要采用疊前同時(shí)地震反演、頂板巖層孔隙率反演、自然電位地震反演、地震多屬性分析；

(3)裂隙發(fā)育帶地震預(yù)測(cè)技術(shù)，主要采用譜分解的螞蟻?zhàn)粉櫡ㄗR(shí)別、OVT域地震屬性分析等。

孔隙率地震反演連井剖面如圖6所示。圖中可得出砂體厚度和砂體孔隙度；對(duì)于砂體厚度大且孔隙度高的區(qū)域，如圖中N35井附近，可以推斷該砂體在該區(qū)域?yàn)楦缓畢^(qū)。

圖6 孔隙率地震反演連井剖面

2.4.2 煤層底板突水災(zāi)害地震預(yù)測(cè)技術(shù)

(1)煤層底板突水是一個(gè)受多種因素影響的非常復(fù)雜的問(wèn)題，以往大量實(shí)際資料研究顯示，控制煤層底板突水直接因素包括：煤層底板下伏含水層的水頭壓力及富水性；礦山壓力；煤層底板與下伏含水層頂板之間的相對(duì)隔水層厚度、強(qiáng)度及巖石性質(zhì)是否足以抵抗下伏含水層的水頭壓力及礦山壓力，當(dāng)隔水層厚度越厚、巖石越硬、強(qiáng)度越大、越完整時(shí)，則抵抗水壓力及礦山壓力的能力越強(qiáng)，反之則越易發(fā)生突水；地質(zhì)構(gòu)造是決定突水具體地點(diǎn)的最重要的因素之一，底板突水絕大多數(shù)都發(fā)生在斷層及其附近，另一些突水點(diǎn)是先發(fā)生底鼓，然后節(jié)理面張開(kāi)裂縫并冒水冒泡，向斜軸部、傾伏背斜的端點(diǎn)以及斷層的交叉點(diǎn)也易發(fā)生突水；巖溶陷落柱可高達(dá)數(shù)十米至數(shù)百米，巖體強(qiáng)度要比正常巖體的強(qiáng)度小很多，較易突水[21]。

(2)煤層底板突水災(zāi)害地震預(yù)測(cè)技術(shù)難度大，研究起步很早但成功實(shí)例不多，近年重點(diǎn)研究應(yīng)用了以下技術(shù)：頻譜特征分析，根據(jù)煤層底板灰?guī)r區(qū)地震縱波“低頻高值，高頻低值，主頻低值”的屬性特征，判別煤層底板突水的可能性[7]；地震多屬性反演獲取與巖層富水性相關(guān)的物性參數(shù)，利用“三低一高”(視電阻率值低、人工伽馬(或補(bǔ)償密度)值低、自然伽馬值低、孔隙度值高)預(yù)測(cè)煤層底板的水害[22]；綜合物探方法，利用高分辨率三維地震解釋預(yù)測(cè)構(gòu)造發(fā)育位置，然后利用瞬變電磁和井下高密度二維、三維電法勘探進(jìn)行煤層底板水情探測(cè)，通過(guò)突水系數(shù)、突水指數(shù)或主成分分析進(jìn)行突水評(píng)價(jià)及危險(xiǎn)性分區(qū)[21,23]。

利用多屬性反演主成分分析預(yù)測(cè)煤層底板的富水性分布，如圖7所示。由圖7可以清晰判定賦水性強(qiáng)弱，同時(shí)也可以辨識(shí)發(fā)育于該層段斷層的賦水性強(qiáng)弱。

圖7 多屬性反演預(yù)測(cè)富水性分布

2.5 地震法探測(cè)煤與瓦斯突出災(zāi)害的能力與效果

煤與瓦斯突出嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益，隨著礦井開(kāi)采深度的增加，煤與瓦斯突出發(fā)生的可能性和危害性也日趨嚴(yán)重。有關(guān)研究表明，發(fā)生煤與瓦斯突出的部位都發(fā)育有一定厚度的構(gòu)造煤(即破碎煤、碎粒煤和糜棱煤)，構(gòu)造煤的賦存和分布是發(fā)生煤與瓦斯突出的主要地質(zhì)因素[24-25]。

近年來(lái)，相關(guān)研究表明，瓦斯富集常伴隨煤體結(jié)構(gòu)與厚度、煤體密度、頻譜特征、能量特征、縱/橫波速度、泊松比等彈性參數(shù)的變化而變化，可以利用地震勘探資料中振幅、頻率、相位、時(shí)間、速度、波形、波阻抗、能量以及衍生的復(fù)合屬性等豐富彈性波信息，研究瓦斯富集地球物理特征。多次試驗(yàn)表明以下相關(guān)地震勘探技術(shù)可以用于瓦斯富集區(qū)的預(yù)測(cè)[26]。

(1)瓦斯富集區(qū)地震勘探以反射波方法為主，主要采用縱波勘探、橫波勘探或多波勘探；

(2)地震資料處理要求做到煤層反射波的高保真、高分辨率、高信噪比處理；

(3)地震資料解釋可以綜合振幅、頻率、相位等屬性及其復(fù)合屬性(如“低頻高值、高頻低值”)和地震微相特征分析，綜合辨識(shí)構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)；

(4)通過(guò)疊前、疊后多屬性聯(lián)合反演，利用反演的波阻抗、彈性參數(shù)等綜合辨識(shí)構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)；

(5)基于橫向各向同性介質(zhì)的方位AVO技術(shù)分析與基于各向同性/異性介質(zhì)理論的AVO技術(shù)分析預(yù)測(cè)瓦斯富集區(qū)。

陽(yáng)泉礦區(qū)寺家莊礦中央盤曲采區(qū)15號(hào)煤層地震微相分析預(yù)測(cè)構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)如圖8所示。經(jīng)采掘驗(yàn)證，西南部掘進(jìn)煤巷(圖中紅色巷道處)，自東向西揭露構(gòu)造煤厚度由0.1 m逐漸變?yōu)?.6 m，預(yù)測(cè)趨勢(shì)與實(shí)見(jiàn)構(gòu)造煤分布相吻合[27]。

圖8 陽(yáng)泉礦區(qū)寺家莊礦中央盤區(qū)15號(hào)煤層地震微預(yù)測(cè)構(gòu)造煤分布

2.6 其他

煤炭三維地震勘探除上述應(yīng)用外，在預(yù)測(cè)已采掘巷道、采空區(qū)、煤層沖刷變薄帶、巖漿巖侵入?yún)^(qū)等方面也取得不錯(cuò)成果。煤炭三維地震應(yīng)用成果如圖9所示。

(1)1993-1994年淮南礦區(qū)謝橋煤礦首采區(qū)高分辨三維地震勘探資料，利用斷棱檢測(cè)技術(shù)，在460 m深度上清楚分辨3.2 m×3.8 m相互平行的、相距50 m的石門巷道[7]，如圖9(a)所示。

(2)淮北礦區(qū)祁南煤礦采用巖性反演、屬性分析技術(shù)、聚類分析技術(shù)，提高利用地震資料預(yù)測(cè)巖漿巖侵入煤層的范圍，如圖9(b)所示，28個(gè)鉆孔位置，27個(gè)孔預(yù)測(cè)結(jié)果與鉆孔吻合，符合度達(dá)96%[5]。

(3)采空區(qū)在地震剖面上表現(xiàn)為煤層反射波中斷、能量降低、反射波紊亂等特征，典型地震剖面如圖9(c)所示。

(4)山西晉城趙莊二號(hào)井應(yīng)用PCA融合屬性分析劃分了3號(hào)煤層的古河流沖刷帶，如圖9(d)所示，且融合屬性值與煤層厚度呈近似線性關(guān)系，判定系數(shù)達(dá)0.888 9，即表示可用融合屬性值較為準(zhǔn)確地回歸預(yù)測(cè)出煤層厚度[28]。山東省濟(jì)寧礦區(qū)濟(jì)寧二號(hào)煤礦二采區(qū)北部三維地震圈定煤層沖刷缺失區(qū)270 m，實(shí)際揭露無(wú)煤段長(zhǎng)度240 m，誤差僅30 m，其3301工作面地震解釋無(wú)煤區(qū)面積2.8萬(wàn)m2，實(shí)際揭露無(wú)煤區(qū)面積3.5萬(wàn)m2[29]。

圖9 煤炭三維地震應(yīng)用成果

3 煤炭地震前沿技術(shù)攻關(guān)進(jìn)展

3.1 煤礦采區(qū)全數(shù)字高密度三維地震勘探技術(shù)進(jìn)展

2000年，新加坡石油地學(xué)服務(wù)公司(PGS公司)在海上地震勘探中推出一項(xiàng)精細(xì)地震勘探技術(shù)——高密度三維地震勘探技術(shù)。主要通過(guò)縮小接收線距、道距、炮線距、炮點(diǎn)距實(shí)現(xiàn)高密度空間采樣，獲得更高分辨率的地下成像。

目前國(guó)際上有兩類代表性高密度三維地震勘探技術(shù)：一類是小道距高成像道密度，如PGS公司的HD3D技術(shù)和地球物理服務(wù)公司(CGG公司)的Eye-D技術(shù)，所用面元是常規(guī)面元的一半；另一類單點(diǎn)接收室內(nèi)數(shù)字組合高密度，如斯倫貝謝公司的Q技術(shù)。Q技術(shù)在中東、非州等地區(qū)已規(guī)?；瘧?yīng)用。Eye-D技術(shù)在中東卡搭爾采用了3.75 m×3.75 m面元24 000道接收、500次覆蓋，可使鹽丘及鹽下構(gòu)造成像更加清楚[30]。

鑒于煤礦采區(qū)常規(guī)三維地震技術(shù)能力、地質(zhì)成果精度與煤礦井下綜合機(jī)械化采煤工作面的地質(zhì)需求的差距，需進(jìn)一步提高地震法對(duì)煤礦小斷層、小幅度褶曲的地震識(shí)別能力與地質(zhì)體空間定位精度以及地震技術(shù)預(yù)測(cè)煤礦隱蔽地質(zhì)災(zāi)害的能力問(wèn)題等。對(duì)此2006年淮南礦業(yè)(集團(tuán))公司與中國(guó)石油東方地球物理公司合作，在安徽省淮南礦區(qū)丁集煤礦西部首采區(qū)應(yīng)用煤礦采區(qū)全數(shù)字高密度三維地震勘探技術(shù)(我國(guó)首塊應(yīng)用此技術(shù)的煤礦)，及小面元、高成像道密度試驗(yàn)和生產(chǎn)，滿覆蓋面積2.5 km2。采用以提高地震分辨率為前提的高空間采樣率采集與數(shù)字檢波器接收為主的采集方法，接收道數(shù)2 560道，面元尺寸5 m×5 m，覆蓋次數(shù)64次，取得了高品質(zhì)、高分辨率的地震數(shù)據(jù)。對(duì)所獲地震數(shù)據(jù)通過(guò)地表一致性處理和疊前去噪處理、保持振幅處理、提高分辨率處理、疊前時(shí)間偏移處理以及高精度鉆孔間地層對(duì)比、正演模型、相干、譜分解等多項(xiàng)地震解釋技術(shù)。本次煤礦采區(qū)全數(shù)字高密度三維地震勘探使所獲地震資料縱橫向識(shí)別能力大幅提高，解釋出斷層46條、新發(fā)現(xiàn)斷層21條(其中2 m落差的小斷層18條)、否定原解釋斷層10條。地震識(shí)別井下巷道、煤層厚度變化的能力均有較大幅度提高。

2010年，淮南礦業(yè)集團(tuán)公司潘北煤礦針對(duì)采空塌陷積水區(qū)陡傾斜煤層、多組斷層密集切割復(fù)雜的地質(zhì)條件，開(kāi)展了第二塊高密度三維地震精細(xì)勘探技術(shù)研究，同樣也獲得了較好的地震勘探成果。2014年，淮北礦業(yè)集團(tuán)公司開(kāi)始在淮北礦區(qū)推廣應(yīng)用煤礦采區(qū)全數(shù)字高密度三維地震勘探技術(shù)，截至2018年，勘探面積達(dá)124 km2。此間，各有關(guān)煤炭物探單位陸續(xù)在陜西省彬長(zhǎng)礦區(qū)，山西省長(zhǎng)治礦區(qū)、晉城礦區(qū)、大同礦區(qū)、潞安礦區(qū)和遼寧省鐵法礦區(qū)等多個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了高密度三維地震勘探，均獲得較好的地質(zhì)成果，典型的高密度三維地震時(shí)間剖面如圖10所示。

圖10 淮南煤田丁集礦高密度三維地震時(shí)間剖面

我國(guó)煤礦采區(qū)應(yīng)用高密度三維地震采集方法有兩類：一類是采用模擬檢波器接收輸出模擬信號(hào)到數(shù)字地震儀系統(tǒng)記錄；另一類是數(shù)字檢波器接收，從檢波器直接輸出數(shù)字地震數(shù)據(jù)到數(shù)字地震儀記錄系統(tǒng)，屬全數(shù)字采集記錄過(guò)程。目前，利用高密度三維地震技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建一套高精度地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)與煤礦地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)綜合技術(shù)體系還在不斷攻關(guān)完善中。

煤礦采區(qū)高密度三維地震勘探成本費(fèi)用較高，一般為常規(guī)地震勘探的1.5～2.5倍，因此，全面推廣該技術(shù)進(jìn)度緩慢。如果從新技術(shù)集成創(chuàng)新入手，以高精度的地質(zhì)成果提高礦方的投資回報(bào)率，讓更多的煤礦用得起采區(qū)高密度三維地震勘探手段，比以往任何發(fā)展階段都更為緊迫。

3.2 井巷約束下實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)疊前深度偏移成像處理解釋技術(shù)進(jìn)展

為解決地層橫向速度劇烈變化區(qū)域的偏移問(wèn)題，20世紀(jì)70年代，克萊鮑特(CLAERBOUT)首次提出將波動(dòng)方程引入到地震波場(chǎng)偏移成像中，由于波場(chǎng)外推算子可描述復(fù)雜波場(chǎng)的傳播過(guò)程，因此可解決橫向變速劇烈條件下的地震波成像問(wèn)題，但該方法計(jì)算的穩(wěn)定性及精度差，且存在受傾角限制的問(wèn)題[31]。隨后施耐德(SCHNEIDER W J)提出基于波動(dòng)方程積分解的克?；舴蚍e分法，該方法具有更為高效的計(jì)算效率與更高的穩(wěn)定性；因此目前生產(chǎn)中疊前深度偏移應(yīng)用該方法最為廣泛，但該方法也存在精度下降與對(duì)算子假頻敏感的問(wèn)題。1983年，貝塞爾(BASSEL E)、科索爾夫(KOSOLF D)提出了逆時(shí)偏移法，由于該方法采用雙程旅行時(shí)成像，介質(zhì)橫向速度變化、陡傾角構(gòu)造不會(huì)對(duì)反射波成像產(chǎn)生影響，回轉(zhuǎn)波、多次波甚至可用來(lái)正確成像，但是逆時(shí)偏移主要難點(diǎn)是運(yùn)算量大[31-32]，受限于計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力，未能推廣使用。

20世紀(jì)90年代初，我國(guó)就引進(jìn)了深度偏移技術(shù)，但直至1995年，大慶油田遇到深層火山巖構(gòu)造區(qū)成像難和構(gòu)造畸變等問(wèn)題，興城北、徐家圍子等地區(qū)的地震資料才嘗試使用疊前深度偏移處理方法。該方法壓制多次波同時(shí)突出了深層反射，相比疊前時(shí)間偏移地震剖面具有更高的信噪比和分辨率，疊前深度偏移資料基本查清了斷層軌跡、火山巖分布與氣柱等問(wèn)題[33-34]。此后，疊前深度偏移技術(shù)在東部深層地層勘探中漸漸走向規(guī)?；?。

目前我國(guó)疊前深度偏移處理技術(shù)已逐步完整，在很多油田勘探區(qū)取得明顯的應(yīng)用效果，該技術(shù)的作用逐漸受到高度重視。2019年，中國(guó)煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院研發(fā)了井、巷道等多信息約束的疊前深度偏移速度建模方法，進(jìn)一步提高了速度模型建立的精度，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深度偏移的成果與真實(shí)地質(zhì)情況更加接近。

淮南礦區(qū)顧橋礦疊前時(shí)間偏移與疊前深度偏移(克?；舴蚍e分法)的地震剖面對(duì)比如圖11所示。由圖11可以看出，疊前深度偏移通過(guò)精細(xì)速度建模，消除了第三系地層隆起對(duì)下部煤層反射波成像的影響，提高了主采煤層起伏形態(tài)的控制情況，且第三系與二疊系、石炭系不整合界面的成像也更加清晰。

圖11 疊前時(shí)間偏移與疊前深度偏移地震對(duì)比剖面

4 我國(guó)煤炭地震勘探技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

我國(guó)煤炭地震勘探技術(shù)促進(jìn)了煤礦安全高效地質(zhì)保障系統(tǒng)建設(shè)的逐步成熟，但從智能化采掘工作面以及綜合機(jī)械化工作面逐步向深部推進(jìn)的地質(zhì)需求上看，現(xiàn)有煤炭地震技術(shù)還存在很大差距[34]，在為煤礦采前勘探服務(wù)領(lǐng)域面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

(1)面臨如何大幅度提高探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造的精度和能力。從已有文獻(xiàn)[7,5,29]統(tǒng)計(jì)來(lái)看，礦井井田邊界大斷層，探采對(duì)比結(jié)果可靠，斷層擺動(dòng)誤差10～30 m；井田采區(qū)內(nèi)落差5 m以上斷層的準(zhǔn)確率在70%左右；落差3～5 m的斷層準(zhǔn)確率小于34%～51.61%。必須提高探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造的精度和能力。

(2)面臨提高煤層厚度預(yù)測(cè)精度的難題。厚度5.5～11.6 m的厚煤層，地震預(yù)測(cè)煤層厚度絕對(duì)誤差一般在0.1～3.1 m[35]；對(duì)厚度小于1.3 m的薄煤層，目前地震預(yù)測(cè)難以做到較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其厚度。顯然距離智能化采掘工作面的地質(zhì)需求差距較大。

(3)面臨煤與瓦斯突出地質(zhì)災(zāi)害高精度預(yù)測(cè)的地質(zhì)需求。需要在查明煤層厚度變化的基礎(chǔ)上，圈定出構(gòu)造煤發(fā)育帶及煤層裂縫發(fā)育帶的空間展布，確定的構(gòu)造煤發(fā)育帶和裂縫發(fā)育帶的平面位置誤差小于10 m；查明煤層直接頂板巖層巖性和頂板巖層厚度變化，巖性解釋符合率大于90%，厚度變化解釋誤差小于5%～10%[36-37]。本項(xiàng)研究起步很早，但進(jìn)展較慢，離上述要求還有相當(dāng)差距。

(4)面臨煤層頂板突水災(zāi)害防治工程方面的高精度預(yù)測(cè)的地質(zhì)需求。主要涉及以下幾個(gè)方面：構(gòu)建精細(xì)的煤層頂板巖層(巖性)三維地質(zhì)模型，要求精細(xì)劃分出粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、礫巖、泥巖及其厚度變化，巖性解釋符合率90%以上，巖層厚度解釋誤差小于20%；查出煤層頂板裂縫發(fā)育帶分布范圍、相對(duì)密度、裂縫方向及其與頂板富水帶的關(guān)系；查明頂板富含水層分布及水的流向；構(gòu)建工區(qū)水文地質(zhì)模型。模型中包括含水層、富含水層、隔水層以及與煤層間的空間關(guān)系；預(yù)測(cè)煤層直接頂板的巖石抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等演示力學(xué)參數(shù)。我國(guó)煤炭地質(zhì)勘探技術(shù)在上述很多方面的研究至今尚處于試驗(yàn)階段。

(5)面臨煤層底板突水災(zāi)害防治工程方面的高精度預(yù)測(cè)地質(zhì)需求。主要涉及以下幾個(gè)方面：構(gòu)建精細(xì)的煤層底板巖層(巖性)三維地質(zhì)模型，要求劃分出粗砂巖、細(xì)砂巖、泥巖、石灰?guī)r4種巖層及其厚度變化，巖性解釋符合率大于80%，巖層厚度解釋誤差小于10%～20%；煤層底板突水通道及煤層底板隔水層厚度高精度預(yù)測(cè)；奧陶系頂部剝蝕面形態(tài)及剝蝕面下200 m內(nèi)巖溶洞縫發(fā)育帶預(yù)測(cè)；查明太原組灰?guī)r巖溶洞縫發(fā)育帶分布；斷裂系統(tǒng)的空間展布及其對(duì)礦井水的封堵導(dǎo)水性。然而上述各項(xiàng)研究在我國(guó)煤炭地震系統(tǒng)剛開(kāi)始起步。

5 我國(guó)煤炭地震勘探的發(fā)展方向

基于我國(guó)煤炭地震技術(shù)所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，特別是如何大幅度提高探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造和煤層厚度的的精度和能力、煤層頂?shù)装逋凰疄?zāi)害與瓦斯突出災(zāi)害預(yù)測(cè)的精度和能力。未來(lái)幾年我國(guó)煤炭地震技術(shù)的發(fā)展，必須做好針對(duì)性的技術(shù)攻關(guān)，采用系統(tǒng)集成創(chuàng)新的技術(shù)思路，下大力氣研發(fā)以突破上述領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸，大幅度提升對(duì)我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展的地質(zhì)保障能力，力爭(zhēng)在“十四五”期間基本形成一套適合于我國(guó)大中型、特大型煤礦采煤技術(shù)升級(jí)改造的我國(guó)煤炭地震新的技術(shù)體系，為此一定要作好以下幾方面研究工作。

(1)強(qiáng)化地震巖石物理分析方法研究。巖石物理分析方法研究被認(rèn)為是促進(jìn)常規(guī)地震勘探從定性走向半定量乃至定量的最重要途徑。地震巖石物理分析早已成為國(guó)內(nèi)外油氣勘探地球物理研究熱點(diǎn)，其重要性主要體現(xiàn)在可有效提高地震巖性識(shí)別能力、提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)能力和流體檢測(cè)精度與可靠性上。

目前，我國(guó)煤炭物探系統(tǒng)在地震巖石物理研究方面處于剛起步階段，一直是煤炭地震技術(shù)領(lǐng)域的“第一短板”，更談不上深入實(shí)驗(yàn)研究、理論模型分析、實(shí)際地震巖石物理應(yīng)用。煤炭地震巖石物理研究的主要難點(diǎn)是各煤礦測(cè)井資料的問(wèn)題很多，如井田內(nèi)各鉆孔間測(cè)井資料的時(shí)間跨度太長(zhǎng)，最短也都在10多年以上，測(cè)井儀器、方法、參數(shù)以及標(biāo)定等都存在多種問(wèn)題。盡快扭轉(zhuǎn)目前這種被動(dòng)局面，只有加快速度因地制宜地學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外油氣勘探地球物理方面的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，通過(guò)建設(shè)煤炭地震巖石物理分析院所，專門從事煤炭地震巖石物理分析研究，集中優(yōu)勢(shì)技術(shù)能力有針對(duì)性進(jìn)行關(guān)鍵性技術(shù)攻關(guān)，盡快形成生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)煤炭地震巖石物理分析技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。

(2)優(yōu)化煤礦采區(qū)高密度三維地震勘探技術(shù)。從10多年來(lái)各地煤礦采區(qū)高密度三維地震實(shí)施的情況來(lái)看，小道距、單點(diǎn)、高次覆蓋、全方位、寬方位三維地震勘探獨(dú)特優(yōu)勢(shì)已初步顯現(xiàn)，地震分辨率提高、深層反射信息增強(qiáng)、弱反射信號(hào)更加豐富，反射信號(hào)連續(xù)性、信噪比也更好一些，地震地質(zhì)效果明顯提升，但仍有多方面優(yōu)化空間，研究完善的重點(diǎn)：一是優(yōu)化野外觀測(cè)系統(tǒng)；二是采集中如何保護(hù)低頻信息、拓寬頻帶；三是逐漸由單波段向縱橫波聯(lián)合勘探轉(zhuǎn)變，獲得全波地震記錄；四是處理如何做好保幅，完善高密度三維壓噪、高精度靜校正、分方位角處理，完善井巷約束疊前深度偏移技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)高精度地震空間歸位成像，完善OVT域處理與OVT解釋等技術(shù)；五是強(qiáng)化井震融合反演等。以大幅度提高探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造的精度和能力，提高煤層厚度預(yù)測(cè)精度，提高煤與瓦斯突出地質(zhì)災(zāi)害高精度的預(yù)測(cè)能力。

從新技術(shù)集成創(chuàng)新入手，以高精度的地質(zhì)成果進(jìn)一步提高煤礦采區(qū)高密度三維地震勘探的成本投入產(chǎn)出比，讓更多的煤礦用得起和喜歡用煤礦采區(qū)高密度三維地震勘探手段。

(3)創(chuàng)造條件開(kāi)展VSP測(cè)井，發(fā)揮井筒地震在地面地震資料處理和解釋中的作用。從油氣地震經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，VSP測(cè)井在井控處理中存在以下明顯優(yōu)勢(shì)：由于井筒資料分辨率較高，可以通過(guò)約束提高地面地震處理結(jié)果的分辨率；通過(guò)井控地震資料處理進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)井震資料的一致性，為井震融合解釋提供基礎(chǔ)；用于地面地震資料處理或參數(shù)標(biāo)定，提高地面地震資料參數(shù)選取的可靠性和準(zhǔn)確性，使處理結(jié)果與井地質(zhì)資料達(dá)到最佳匹配；用于提高保幅處理質(zhì)量[38]。20世紀(jì)80年代到90年代，我國(guó)煤炭系統(tǒng)曾在多個(gè)地區(qū)進(jìn)行過(guò)VSP測(cè)井，主要用于層位標(biāo)定和速度求取，后來(lái)由于多種原因而終止。

(4)推動(dòng)疊前深度偏移處理地震成像技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。疊前深度偏移是指疊加前的地震記錄在深度域進(jìn)行偏移，使反射波歸位、繞射波收斂。疊前深度偏移技術(shù)是以波動(dòng)方程描述地震波在地下傳播的情況，充分考慮了波在地下傳播時(shí)由于介質(zhì)不均勻而彎曲折射的客觀現(xiàn)象，可以偏移聚焦成像良好[32]。目前，在油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域地震疊前深度偏移成像的基本方法已經(jīng)比較成熟。而煤炭勘探開(kāi)采領(lǐng)域由于各方面的原因，開(kāi)展疊前深度偏移則剛起步不久，針對(duì)煤礦開(kāi)采中井巷數(shù)據(jù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，2018-2019年首次進(jìn)行井巷約束下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)礦井三維地震數(shù)據(jù)體高精度疊前深度偏移成像技術(shù)研究與應(yīng)用，取得較好效果。應(yīng)推動(dòng)疊前深度偏移處理地震成像技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，吸取油氣地震的經(jīng)驗(yàn)，未來(lái)的發(fā)展方向：一是要特別注意采集中采用較高覆蓋次數(shù)、增大排列長(zhǎng)度，以滿足速度分析和偏移孔徑的要求；二是通過(guò)試驗(yàn)選擇適合于工區(qū)地質(zhì)情況的疊前深度偏移方法；三是采用適合于煤礦采區(qū)三維地震新的速度建模技術(shù)和井巷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化速度場(chǎng)，使速度場(chǎng)更加逼近真實(shí)的地下地震速度場(chǎng)，進(jìn)一步提高偏移成像質(zhì)量和地質(zhì)目標(biāo)的空間定位精度。

(5)開(kāi)展OVT域疊前時(shí)間偏移。在OVT域進(jìn)行地震資料處理的一大優(yōu)勢(shì)是其空間采樣的均勻性。在傳統(tǒng)域噪聲可能產(chǎn)生高度假頻，特別是在聯(lián)絡(luò)線方向往往采樣不充分，而在OVT偏移域無(wú)論是主測(cè)線或是聯(lián)絡(luò)線方向采集都很充分，易于將信號(hào)和假頻噪聲分開(kāi)。另外OVT域偏移后的CRP道集整體能量均衡，近、中、遠(yuǎn)道集上能量趨于一致，能更好地保存炮檢距和方位角信息，有利于進(jìn)行方位各向異性分析、疊前反演和裂縫預(yù)測(cè)[39-40]。OVT偏移與常規(guī)方法沒(méi)有什么差別，只是輸入OVT道集，既可輸入單個(gè)OVT道集，也可輸入可互換OVT道集(2個(gè)OVT)進(jìn)行偏移?？苫QOVT道集組成2次覆蓋的數(shù)據(jù)子集，互補(bǔ)了彼此的照明使偏移后采集腳印影響降低[39]。從上述分析來(lái)看，用煤礦采區(qū)高密度三維地震資料作OVT域疊前時(shí)間偏移預(yù)測(cè)煤層頂板裂縫方向與裂縫密度是重要的發(fā)展方向，并可在復(fù)雜地震成像和煤層頂板裂縫描述中發(fā)揮更大作用。當(dāng)然也應(yīng)注意OVT域的疊前深度偏移的試驗(yàn)研究，因?yàn)镺VT域道集內(nèi)各道炮檢距和方位角相對(duì)恒定，它也是疊前深度偏移的理想數(shù)據(jù)。

(6)提高地震巖性識(shí)別能力和巖層厚度變化預(yù)測(cè)精度。20年來(lái)，為了用地震法獲得煤層頂?shù)装鍘r層巖性、厚度變化，煤炭系統(tǒng)有關(guān)物探單位做了大量研究，但至今未取得突破性進(jìn)展，主要難在石炭二疊紀(jì)煤系和侏羅紀(jì)煤系屬于致密碎屑巖層粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖間波阻抗差異不明顯，且存在多個(gè)交叉帶，再加之在橫向上的相變，地震法區(qū)分識(shí)別起來(lái)非常困難，符合率低。學(xué)習(xí)油氣地震的經(jīng)驗(yàn)，未來(lái)努力方向：一是發(fā)揮測(cè)井和地震資料各自的橫向、縱向優(yōu)勢(shì)，二者密切結(jié)合優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，其中關(guān)鍵在于強(qiáng)化研究解決地震與測(cè)井資料自動(dòng)匹配，做好井震一致性處理與校正；二是做好巖石物理分析[40]；三是根據(jù)采區(qū)的地質(zhì)情況優(yōu)選反演方法；四是注意測(cè)井資料在地震的反演中如何做好有效約束。

(7)強(qiáng)化煤層頂板巖體裂縫發(fā)育帶地震預(yù)測(cè)技術(shù)研究。用地震技術(shù)預(yù)測(cè)煤層頂板巖體裂縫發(fā)育帶未來(lái)發(fā)展方向；一是根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)條件優(yōu)選適應(yīng)本區(qū)的識(shí)別裂縫的技術(shù)方法，注意采用融合技術(shù)提高地質(zhì)成果精度；二是推廣高密度三維地震勘探方法，從OVT域處理和解釋入手，尋求提高預(yù)測(cè)裂縫的精度。

(8)開(kāi)展震、電聯(lián)合勘探，強(qiáng)化煤層頂、底板富水帶地震預(yù)測(cè)技術(shù)研究，盡快形成高精度煤層頂、底板富水帶地震預(yù)測(cè)技術(shù)體系。目前該技術(shù)系列還在不斷完善中，主要是還不能排除反演結(jié)果解釋的多解性。下一步發(fā)展重點(diǎn)是強(qiáng)化地震與鉆井、測(cè)井資料相結(jié)合的疊前同時(shí)反演、泊松阻抗等多種流體檢測(cè)技術(shù)綜合研究。

(9)強(qiáng)化大幅度提高煤層厚度預(yù)測(cè)精度技術(shù)研究，以及大幅度提高煤與瓦斯突出地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)精度技術(shù)研究。

(10)煤炭地震技術(shù)與三維地質(zhì)建模技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建精細(xì)三維地質(zhì)模型、水文地質(zhì)模型、瓦斯地質(zhì)模型、地應(yīng)力模型，為煤礦智能開(kāi)采提供更為精細(xì)的綜合數(shù)據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)煤炭地震勘探最初僅限于煤炭資源勘探領(lǐng)域，20世紀(jì)90年代后期逐步轉(zhuǎn)向?yàn)榇?、中、特大型煤礦采前勘探服務(wù)，絕大部分采區(qū)勘探項(xiàng)目都采用的是高分辨率三維地震技術(shù)，近10多年高密度三維地震技術(shù)也正在由我國(guó)的東部平原煤礦區(qū)投入生產(chǎn)，逐步向中西部復(fù)雜地形的山區(qū)、黃土塬煤礦區(qū)推廣應(yīng)用，并取得了很好的地質(zhì)效果和很高的投資回報(bào)率。為了適應(yīng)煤礦開(kāi)采向智能化發(fā)展的地質(zhì)需求，我國(guó)煤炭地震技術(shù)的發(fā)展最重要的是要下大力氣注重提高地質(zhì)目標(biāo)的定性和空間定位精度，根據(jù)不同地區(qū)地質(zhì)情況研究采用集成創(chuàng)新優(yōu)選的地震技術(shù)系列，逐步解決長(zhǎng)期以來(lái)在煤礦安全開(kāi)采中應(yīng)用地震法存在的技術(shù)“瓶頸”，提高煤礦安全高效地質(zhì)保障系統(tǒng)能力，盡快形成一套煤礦地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)探測(cè)高精度定位和煤礦隱蔽地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)綜合的地震技術(shù)體系，降低煤礦井下頂?shù)装逋凰疄?zāi)害和煤與瓦斯突出災(zāi)害事故發(fā)生率。