三維地震勘探在蒙西某煤礦采空區(qū)查尋中的應(yīng)用楊建軍

楊國敏　毛磊

摘 要：通過常規(guī)地震分析手段及特殊屬性體分析（如順層切片、方差體切片、瞬時振幅、瞬時頻率等）對三維數(shù)據(jù)體進行精細的地質(zhì)解釋。在尋找煤層采空區(qū)方面做了有益的嘗試，取得了較好的效果，為煤礦的建設(shè)和開采起到了一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：三維地震勘探；采空區(qū)；雜亂反射；低頻相位滯后反射；方差體切片 引言

在煤礦開采過程中，經(jīng)常遇到以前小煤窯開采形成的采空區(qū)。由于小煤窯開采的盲目性，造成了小煤窯采空區(qū)位置分布的不規(guī)則性和不確定性。小煤窯采空區(qū)對于煤礦開采的危害主要有：（1）存在大量的老窯水；（2）存在大量的有毒氣體。在巷道掘進中，如果未預(yù)先探測到小煤窯采空區(qū)，往往會由于事故突發(fā)而來不及采取必要的措施，導(dǎo)致發(fā)生煤礦透水或有害氣體中毒事故；（3）由于小煤窯的開采缺乏科學(xué)規(guī)劃，隨意性強，采煤率低，可能存在越界開采的情況，一旦存在越界開采，且未及時發(fā)現(xiàn)，不僅會給煤礦帶來巨大的財產(chǎn)損失，同時也會給礦區(qū)規(guī)劃和安全生產(chǎn)帶來極大的隱患。因此通過三維地震勘探，采用高疊加次數(shù)，高頻檢波器接收，精細資料處理，利用地震反射波的屬性，以及地震波動力學(xué)特征來認真分析解釋，可有效地解決礦區(qū)中小煤窯采空區(qū)的問題。

1 蒙西某煤礦煤層地震地質(zhì)特征

內(nèi)蒙古西部地區(qū)某煤礦所屬煤田為侏羅系陸相含煤建造，主要含煤地層是侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）。其中主要可采煤層為侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）中一層很穩(wěn)定的較厚煤層；煤厚1.37～7.75m，平均5.60m，含有1～4層夾矸，夾矸厚0.02～0.66m。巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖。煤層以厚煤層為主，厚度變化小，規(guī)律明顯，結(jié)構(gòu)簡單，屬穩(wěn)定型煤層。煤層與頂?shù)装宓牟ㄗ杩共町惷黠@，是較理想的地震彈性波反射界面，能獲得較明顯的反射波，其時間剖面反射波可連續(xù)追蹤對比。如圖1煤層反射波在時間剖面上的反映所示。

2 采空區(qū)地震地質(zhì)特征

當(dāng)?shù)叵旅后w局部被采出后，在巖體內(nèi)形成一個有一定規(guī)模的空間，使周圍的應(yīng)力平穩(wěn)狀態(tài)遭受破壞，產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中，采空區(qū)頂板在上覆巖層壓力的作用下，發(fā)生變形、斷裂、位移、冒落，形成的冒落帶、斷裂帶、變形彎曲帶，其影響范圍比原采空區(qū)要大。采空區(qū)與圍巖之間也形成波阻抗界面。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r層采空區(qū)或破碎帶時，地震波速度明顯減小，地震波振幅大為降低。因此，上述波阻抗界面的存在及采空區(qū)塌陷破碎帶特有的波場特征，為應(yīng)用地震反射波法在采空區(qū)的勘測提供了有利的地球物理勘探的前提和應(yīng)用條件。礦區(qū)中以前小煤窯開采形成的采空區(qū)多以沒有塌陷的巷道和坑道的形式存在，地震波很難穿過，固此在采空區(qū)段形成空白或雜亂反射。如圖2煤層采空區(qū)在時間剖面上的反映所示。

3 實際資料的采集、分析和應(yīng)用

本次三維地震勘探采用8線8炮束狀觀測系統(tǒng)，CDP網(wǎng)格5米×10米，覆蓋次數(shù)：20次。所獲原始數(shù)據(jù)在經(jīng)過精細處理后，得到了信噪比和分辨率都較高的三維數(shù)據(jù)體成果資料。通過常規(guī)地震解釋和特殊地震屬性體解釋技術(shù)人員比較準(zhǔn)確地圈定了采空區(qū)范圍。

常規(guī)地震解釋中通過對理論模型的研究，煤層與圍巖之間存在較大的物性差異，在地震時間剖面上可以形成很強的反射波。當(dāng)煤層的物理特性發(fā)生變化時，如煤層采空缺失時，此地震反射波的連續(xù)性將會變差，能量也會相應(yīng)變?nèi)?，甚至于出現(xiàn)雜亂反射或無反射。根據(jù)這一理論，可以解釋煤層采空區(qū)的范圍。如圖3煤層采空區(qū)在時間剖面上的反映所示。

特殊地震屬性體解釋中采用煤層順層切片及方差體切片技術(shù)也可圈定煤層采空區(qū)范圍。如圖4煤層采空區(qū)在煤層順層切片體上的反映及圖5煤層采空區(qū)在方差體切片上的反映所示。

地震勘探方法是以均勻介質(zhì)為地質(zhì)模型建立起來的一種勘探手段，地下存在的采空區(qū)以沒有塌陷的巷道和坑道的形式存在時，地震波傳播介質(zhì)的連續(xù)性遭到破壞，地震反射波很難穿過，固此在采空區(qū)段形成空白或雜亂反射。事實上采空區(qū)并非絕對意義上的真空介質(zhì)，在不同的地區(qū)，采空區(qū)均存在一定程度塌陷和積水的充填。特別是在人為回填的情況下，采空區(qū)內(nèi)的疏散填充物和圍巖之間的物性差異更加明顯，反而可形成比正常地震波能量更強的地震反射波，只不過其地震波相位存在明顯的滯后，頻率明顯偏低，采空區(qū)下地層反射波相位也存在滯后。這是由于地震波在過采空區(qū)內(nèi)疏散填充物時速度明顯降低的結(jié)果。采空區(qū)在地震時間剖面上的這兩種反映要加以區(qū)別對待。如圖6煤層采空區(qū)在時間剖面上的反映所示。

4 結(jié)束語

隨著煤田礦山勘查的深入，采空區(qū)等特殊地質(zhì)體的查尋成為地震勘探的地質(zhì)任務(wù)。這就要求進一步提高三維地震勘探的精度，以獲得較高信噪比的地震原始數(shù)據(jù)采集資料；在精細處理的基礎(chǔ)上，通過常規(guī)地震分析手段及特殊屬性體（如順層切片、方差體切片等）進行精細的地質(zhì)解釋。本次三維地震勘探在尋找煤層采空區(qū)方面做了有益的嘗試，取得了較好的效果，為煤礦的建設(shè)和開采起到了一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻

[1]劉革，劉迪新，等.地震勘探方法在采空區(qū)上的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2002，21 （9）.endprint

摘 要：通過常規(guī)地震分析手段及特殊屬性體分析（如順層切片、方差體切片、瞬時振幅、瞬時頻率等）對三維數(shù)據(jù)體進行精細的地質(zhì)解釋。在尋找煤層采空區(qū)方面做了有益的嘗試，取得了較好的效果，為煤礦的建設(shè)和開采起到了一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：三維地震勘探；采空區(qū)；雜亂反射；低頻相位滯后反射；方差體切片 引言

在煤礦開采過程中，經(jīng)常遇到以前小煤窯開采形成的采空區(qū)。由于小煤窯開采的盲目性，造成了小煤窯采空區(qū)位置分布的不規(guī)則性和不確定性。小煤窯采空區(qū)對于煤礦開采的危害主要有：（1）存在大量的老窯水；（2）存在大量的有毒氣體。在巷道掘進中，如果未預(yù)先探測到小煤窯采空區(qū)，往往會由于事故突發(fā)而來不及采取必要的措施，導(dǎo)致發(fā)生煤礦透水或有害氣體中毒事故；（3）由于小煤窯的開采缺乏科學(xué)規(guī)劃，隨意性強，采煤率低，可能存在越界開采的情況，一旦存在越界開采，且未及時發(fā)現(xiàn)，不僅會給煤礦帶來巨大的財產(chǎn)損失，同時也會給礦區(qū)規(guī)劃和安全生產(chǎn)帶來極大的隱患。因此通過三維地震勘探，采用高疊加次數(shù)，高頻檢波器接收，精細資料處理，利用地震反射波的屬性，以及地震波動力學(xué)特征來認真分析解釋，可有效地解決礦區(qū)中小煤窯采空區(qū)的問題。

1 蒙西某煤礦煤層地震地質(zhì)特征

內(nèi)蒙古西部地區(qū)某煤礦所屬煤田為侏羅系陸相含煤建造，主要含煤地層是侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）。其中主要可采煤層為侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）中一層很穩(wěn)定的較厚煤層；煤厚1.37～7.75m，平均5.60m，含有1～4層夾矸，夾矸厚0.02～0.66m。巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖。煤層以厚煤層為主，厚度變化小，規(guī)律明顯，結(jié)構(gòu)簡單，屬穩(wěn)定型煤層。煤層與頂?shù)装宓牟ㄗ杩共町惷黠@，是較理想的地震彈性波反射界面，能獲得較明顯的反射波，其時間剖面反射波可連續(xù)追蹤對比。如圖1煤層反射波在時間剖面上的反映所示。

2 采空區(qū)地震地質(zhì)特征

當(dāng)?shù)叵旅后w局部被采出后，在巖體內(nèi)形成一個有一定規(guī)模的空間，使周圍的應(yīng)力平穩(wěn)狀態(tài)遭受破壞，產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中，采空區(qū)頂板在上覆巖層壓力的作用下，發(fā)生變形、斷裂、位移、冒落，形成的冒落帶、斷裂帶、變形彎曲帶，其影響范圍比原采空區(qū)要大。采空區(qū)與圍巖之間也形成波阻抗界面。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r層采空區(qū)或破碎帶時，地震波速度明顯減小，地震波振幅大為降低。因此，上述波阻抗界面的存在及采空區(qū)塌陷破碎帶特有的波場特征，為應(yīng)用地震反射波法在采空區(qū)的勘測提供了有利的地球物理勘探的前提和應(yīng)用條件。礦區(qū)中以前小煤窯開采形成的采空區(qū)多以沒有塌陷的巷道和坑道的形式存在，地震波很難穿過，固此在采空區(qū)段形成空白或雜亂反射。如圖2煤層采空區(qū)在時間剖面上的反映所示。

3 實際資料的采集、分析和應(yīng)用

本次三維地震勘探采用8線8炮束狀觀測系統(tǒng)，CDP網(wǎng)格5米×10米，覆蓋次數(shù)：20次。所獲原始數(shù)據(jù)在經(jīng)過精細處理后，得到了信噪比和分辨率都較高的三維數(shù)據(jù)體成果資料。通過常規(guī)地震解釋和特殊地震屬性體解釋技術(shù)人員比較準(zhǔn)確地圈定了采空區(qū)范圍。

常規(guī)地震解釋中通過對理論模型的研究，煤層與圍巖之間存在較大的物性差異，在地震時間剖面上可以形成很強的反射波。當(dāng)煤層的物理特性發(fā)生變化時，如煤層采空缺失時，此地震反射波的連續(xù)性將會變差，能量也會相應(yīng)變?nèi)?，甚至于出現(xiàn)雜亂反射或無反射。根據(jù)這一理論，可以解釋煤層采空區(qū)的范圍。如圖3煤層采空區(qū)在時間剖面上的反映所示。

特殊地震屬性體解釋中采用煤層順層切片及方差體切片技術(shù)也可圈定煤層采空區(qū)范圍。如圖4煤層采空區(qū)在煤層順層切片體上的反映及圖5煤層采空區(qū)在方差體切片上的反映所示。

地震勘探方法是以均勻介質(zhì)為地質(zhì)模型建立起來的一種勘探手段，地下存在的采空區(qū)以沒有塌陷的巷道和坑道的形式存在時，地震波傳播介質(zhì)的連續(xù)性遭到破壞，地震反射波很難穿過，固此在采空區(qū)段形成空白或雜亂反射。事實上采空區(qū)并非絕對意義上的真空介質(zhì)，在不同的地區(qū)，采空區(qū)均存在一定程度塌陷和積水的充填。特別是在人為回填的情況下，采空區(qū)內(nèi)的疏散填充物和圍巖之間的物性差異更加明顯，反而可形成比正常地震波能量更強的地震反射波，只不過其地震波相位存在明顯的滯后，頻率明顯偏低，采空區(qū)下地層反射波相位也存在滯后。這是由于地震波在過采空區(qū)內(nèi)疏散填充物時速度明顯降低的結(jié)果。采空區(qū)在地震時間剖面上的這兩種反映要加以區(qū)別對待。如圖6煤層采空區(qū)在時間剖面上的反映所示。

4 結(jié)束語

隨著煤田礦山勘查的深入，采空區(qū)等特殊地質(zhì)體的查尋成為地震勘探的地質(zhì)任務(wù)。這就要求進一步提高三維地震勘探的精度，以獲得較高信噪比的地震原始數(shù)據(jù)采集資料；在精細處理的基礎(chǔ)上，通過常規(guī)地震分析手段及特殊屬性體（如順層切片、方差體切片等）進行精細的地質(zhì)解釋。本次三維地震勘探在尋找煤層采空區(qū)方面做了有益的嘗試，取得了較好的效果，為煤礦的建設(shè)和開采起到了一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻

[1]劉革，劉迪新，等.地震勘探方法在采空區(qū)上的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2002，21 （9）.endprint

摘 要：通過常規(guī)地震分析手段及特殊屬性體分析（如順層切片、方差體切片、瞬時振幅、瞬時頻率等）對三維數(shù)據(jù)體進行精細的地質(zhì)解釋。在尋找煤層采空區(qū)方面做了有益的嘗試，取得了較好的效果，為煤礦的建設(shè)和開采起到了一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：三維地震勘探；采空區(qū)；雜亂反射；低頻相位滯后反射；方差體切片 引言

在煤礦開采過程中，經(jīng)常遇到以前小煤窯開采形成的采空區(qū)。由于小煤窯開采的盲目性，造成了小煤窯采空區(qū)位置分布的不規(guī)則性和不確定性。小煤窯采空區(qū)對于煤礦開采的危害主要有：（1）存在大量的老窯水；（2）存在大量的有毒氣體。在巷道掘進中，如果未預(yù)先探測到小煤窯采空區(qū)，往往會由于事故突發(fā)而來不及采取必要的措施，導(dǎo)致發(fā)生煤礦透水或有害氣體中毒事故；（3）由于小煤窯的開采缺乏科學(xué)規(guī)劃，隨意性強，采煤率低，可能存在越界開采的情況，一旦存在越界開采，且未及時發(fā)現(xiàn)，不僅會給煤礦帶來巨大的財產(chǎn)損失，同時也會給礦區(qū)規(guī)劃和安全生產(chǎn)帶來極大的隱患。因此通過三維地震勘探，采用高疊加次數(shù)，高頻檢波器接收，精細資料處理，利用地震反射波的屬性，以及地震波動力學(xué)特征來認真分析解釋，可有效地解決礦區(qū)中小煤窯采空區(qū)的問題。

1 蒙西某煤礦煤層地震地質(zhì)特征

內(nèi)蒙古西部地區(qū)某煤礦所屬煤田為侏羅系陸相含煤建造，主要含煤地層是侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）。其中主要可采煤層為侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）中一層很穩(wěn)定的較厚煤層；煤厚1.37～7.75m，平均5.60m，含有1～4層夾矸，夾矸厚0.02～0.66m。巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖。煤層以厚煤層為主，厚度變化小，規(guī)律明顯，結(jié)構(gòu)簡單，屬穩(wěn)定型煤層。煤層與頂?shù)装宓牟ㄗ杩共町惷黠@，是較理想的地震彈性波反射界面，能獲得較明顯的反射波，其時間剖面反射波可連續(xù)追蹤對比。如圖1煤層反射波在時間剖面上的反映所示。

2 采空區(qū)地震地質(zhì)特征

當(dāng)?shù)叵旅后w局部被采出后，在巖體內(nèi)形成一個有一定規(guī)模的空間，使周圍的應(yīng)力平穩(wěn)狀態(tài)遭受破壞，產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中，采空區(qū)頂板在上覆巖層壓力的作用下，發(fā)生變形、斷裂、位移、冒落，形成的冒落帶、斷裂帶、變形彎曲帶，其影響范圍比原采空區(qū)要大。采空區(qū)與圍巖之間也形成波阻抗界面。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r層采空區(qū)或破碎帶時，地震波速度明顯減小，地震波振幅大為降低。因此，上述波阻抗界面的存在及采空區(qū)塌陷破碎帶特有的波場特征，為應(yīng)用地震反射波法在采空區(qū)的勘測提供了有利的地球物理勘探的前提和應(yīng)用條件。礦區(qū)中以前小煤窯開采形成的采空區(qū)多以沒有塌陷的巷道和坑道的形式存在，地震波很難穿過，固此在采空區(qū)段形成空白或雜亂反射。如圖2煤層采空區(qū)在時間剖面上的反映所示。

3 實際資料的采集、分析和應(yīng)用

本次三維地震勘探采用8線8炮束狀觀測系統(tǒng)，CDP網(wǎng)格5米×10米，覆蓋次數(shù)：20次。所獲原始數(shù)據(jù)在經(jīng)過精細處理后，得到了信噪比和分辨率都較高的三維數(shù)據(jù)體成果資料。通過常規(guī)地震解釋和特殊地震屬性體解釋技術(shù)人員比較準(zhǔn)確地圈定了采空區(qū)范圍。

常規(guī)地震解釋中通過對理論模型的研究，煤層與圍巖之間存在較大的物性差異，在地震時間剖面上可以形成很強的反射波。當(dāng)煤層的物理特性發(fā)生變化時，如煤層采空缺失時，此地震反射波的連續(xù)性將會變差，能量也會相應(yīng)變?nèi)?，甚至于出現(xiàn)雜亂反射或無反射。根據(jù)這一理論，可以解釋煤層采空區(qū)的范圍。如圖3煤層采空區(qū)在時間剖面上的反映所示。

特殊地震屬性體解釋中采用煤層順層切片及方差體切片技術(shù)也可圈定煤層采空區(qū)范圍。如圖4煤層采空區(qū)在煤層順層切片體上的反映及圖5煤層采空區(qū)在方差體切片上的反映所示。

地震勘探方法是以均勻介質(zhì)為地質(zhì)模型建立起來的一種勘探手段，地下存在的采空區(qū)以沒有塌陷的巷道和坑道的形式存在時，地震波傳播介質(zhì)的連續(xù)性遭到破壞，地震反射波很難穿過，固此在采空區(qū)段形成空白或雜亂反射。事實上采空區(qū)并非絕對意義上的真空介質(zhì)，在不同的地區(qū)，采空區(qū)均存在一定程度塌陷和積水的充填。特別是在人為回填的情況下，采空區(qū)內(nèi)的疏散填充物和圍巖之間的物性差異更加明顯，反而可形成比正常地震波能量更強的地震反射波，只不過其地震波相位存在明顯的滯后，頻率明顯偏低，采空區(qū)下地層反射波相位也存在滯后。這是由于地震波在過采空區(qū)內(nèi)疏散填充物時速度明顯降低的結(jié)果。采空區(qū)在地震時間剖面上的這兩種反映要加以區(qū)別對待。如圖6煤層采空區(qū)在時間剖面上的反映所示。

4 結(jié)束語

隨著煤田礦山勘查的深入，采空區(qū)等特殊地質(zhì)體的查尋成為地震勘探的地質(zhì)任務(wù)。這就要求進一步提高三維地震勘探的精度，以獲得較高信噪比的地震原始數(shù)據(jù)采集資料；在精細處理的基礎(chǔ)上，通過常規(guī)地震分析手段及特殊屬性體（如順層切片、方差體切片等）進行精細的地質(zhì)解釋。本次三維地震勘探在尋找煤層采空區(qū)方面做了有益的嘗試，取得了較好的效果，為煤礦的建設(shè)和開采起到了一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻

[1]劉革，劉迪新，等.地震勘探方法在采空區(qū)上的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2002，21 （9）.endprint