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    利用地震屬性圈定XQ煤礦巖溶陷落帶

    2016-09-06 07:06:25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
    地球 2016年1期
    關(guān)鍵詞:時(shí)窗同相軸振幅

    ■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.

    [4]王開燕,徐清彥,張桂芳,等.地震屬性分析技術(shù)綜述[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2013,28(2):815-822.

    P315[文獻(xiàn)碼]B

    1000-405X(2016)-1-168-2

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