三維地震勘探屬性解釋法在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

王 軍

(山西省煤炭地質(zhì)物探測(cè)繪院，山西 晉中 030600)

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三維地震勘探屬性解釋法在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

王 軍

(山西省煤炭地質(zhì)物探測(cè)繪院，山西 晉中 030600)

分析了采空區(qū)的地震響應(yīng)特征，根據(jù)某勘探區(qū)的地質(zhì)條件，從野外數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、資料解釋等方面，闡述了三維地震勘探屬性解釋法在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用，指出該方法可以更加準(zhǔn)確、直觀的圈定勘探區(qū)的采空區(qū)范圍。

采空區(qū)，三維地震勘探，煤層，反射波

0 引言

采空區(qū)主要是指煤礦開采煤層后形成的遺留空間，多以充水、充氣、上覆基巖塌落填充等形式存在。采空區(qū)的存在一方面會(huì)影響正常的采煤作業(yè)，另一方面也會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。由于我國(guó)采煤歷史較長(zhǎng)，且中小煤礦采煤工藝粗放、落后，造成了相當(dāng)面積的采空區(qū)和相當(dāng)數(shù)量煤炭資源的浪費(fèi)。為了有效利用煤炭資源，我國(guó)開始了對(duì)產(chǎn)能較低，工藝落后的中小煤礦的兼并、整合，查明這些小煤礦粗放開采、不合理開采造成的采空區(qū)對(duì)兼并整合礦的正常、安全生產(chǎn)有著重大的意義。

常規(guī)的地震解釋法是利用時(shí)間剖面上煤層反射波的波組特征進(jìn)行異常區(qū)域解釋，主要缺點(diǎn)是受解釋者主觀影響較大，容易遺漏小構(gòu)造，且不夠直觀。地震屬性解釋法是通過數(shù)學(xué)方法將地震數(shù)據(jù)的幾何學(xué)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)以及統(tǒng)計(jì)特征有效度量，并且在一個(gè)面上將這些值表現(xiàn)出來，將異常值區(qū)域進(jìn)行圈閉完成了地質(zhì)異常體的解釋。因此屬性解釋法盡可能減少了解釋者對(duì)解釋成果的主觀影響，因此解釋成果更加準(zhǔn)確、客觀、真實(shí)、直觀的反映煤層發(fā)育情況。

1 采空區(qū)的地震響應(yīng)

煤層有著較好的地震響應(yīng)，地震勘探就是利用煤層的這一物性特點(diǎn)，對(duì)煤層構(gòu)造及產(chǎn)狀進(jìn)行探測(cè)。煤層的地震響應(yīng)主要表現(xiàn)為地震波的傳播時(shí)間、振幅、相位、頻率等物理特性。當(dāng)煤層發(fā)生變化時(shí)，煤層反射波的物理特性也就發(fā)生了變化。采空區(qū)作為煤層中的異常地質(zhì)體，一般多以充水、充氣、上覆基巖塌落填充等形式存在，相比周圍完整煤層，其物理特性發(fā)生變化，反射波穿過時(shí)，地震波的物理特征也隨之發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為頻率雜亂無章，時(shí)間延遲，振幅變?nèi)醯?，同相軸紊亂或者消失。屬性解釋法就是提取地震波中關(guān)于采空區(qū)的敏感屬性，將其特征放大，最終完成采空區(qū)的解釋。

2 實(shí)例分析

2.1 勘探區(qū)地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)地處太行山東部黃土高原，屬中低采空區(qū)山區(qū)，地表經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕，溝谷縱橫，地形較復(fù)雜。本區(qū)最高點(diǎn)海拔為1 548.8 m，最低點(diǎn)海拔為1 278 m，最大相對(duì)高差270.8 m，高差較大。所以本區(qū)相比其他勘探區(qū)，地形復(fù)雜，表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。本區(qū)地表出露有基巖、黃土及河漫灘，所以本區(qū)的淺層地震地質(zhì)條件也較為復(fù)雜。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料可知，本區(qū)主要煤層15號(hào)煤層平均厚度約6.2 m，并且整個(gè)勘探區(qū)較為穩(wěn)定，15號(hào)煤層的頂?shù)装鍨槟鄮r、砂質(zhì)泥巖或砂巖，理學(xué)性質(zhì)與煤層有很大差別，所以煤層與頂?shù)装逯g會(huì)形成顯著的波阻抗差異，因此在進(jìn)行地勘勘探的時(shí)候，15號(hào)煤層會(huì)形成連續(xù)追蹤且波組條件較好的煤層反射波，該組發(fā)射波命名為T15。所以本區(qū)的深層地震地質(zhì)條件依據(jù)煤層氣勘查規(guī)范為復(fù)雜。T15波是本次三維地震勘探的目的波，所有的地質(zhì)解釋都是基于該反射波進(jìn)行的。綜合表層、淺層及深層的地震地質(zhì)條件，本區(qū)為地震地質(zhì)條件復(fù)雜的地震勘探區(qū)。

2.2 野外數(shù)據(jù)采集

野外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的高低是后期采空區(qū)解釋的先決條件，因此要盡量做到激發(fā)巖性的統(tǒng)一及CDP網(wǎng)格均勻。地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮到地質(zhì)任務(wù)、勘探區(qū)的地形特點(diǎn)、目的煤層的賦存狀況及構(gòu)造發(fā)育情況，據(jù)此，本次地震勘探設(shè)了中間放炮、8線8炮的束狀觀測(cè)系統(tǒng)，測(cè)線方向與地層走向垂直,為東西向,CDP網(wǎng)格5 m×10 m(縱5橫10)，最大覆蓋次數(shù)20次。

2.3 數(shù)據(jù)處理

分辨率高、信噪比高的數(shù)據(jù)體是采空區(qū)準(zhǔn)確解釋的基礎(chǔ)條件，所以必須做好靜校正、反褶積、疊加、去噪、速度偏移等處理環(huán)節(jié)。

在充分分析了本區(qū)的地形特點(diǎn)及野外數(shù)據(jù)的采集狀況后，認(rèn)為本區(qū)資料處理應(yīng)在以下幾點(diǎn)加大力度：1)空間屬性建立，保證炮檢點(diǎn)關(guān)系的準(zhǔn)確；2)靜校正，消除因地形帶來的時(shí)差對(duì)數(shù)據(jù)疊加造成的影響；3)反褶積，展寬數(shù)據(jù)主頻寬度，提高數(shù)據(jù)的分辨率；4)速度分析，保證地震資料的同相疊加；5)三維地表一致性剩余靜校正TDSAT，消除剩余校正量對(duì)CMP道集疊加的影響；6)保幅疊加，使地震波的頻率、相位、振幅等波要素更加準(zhǔn)確，從而使地震波能夠更真實(shí)反映煤層的賦存情況；7)疊后去噪，消除隨機(jī)噪聲，從而使地震剖面更加真實(shí)自然；8)偏移，使反射道能正確的歸位，消除地層傾角對(duì)地震波的影響，從而使地震波能夠更加真實(shí)的揭露地下煤層的構(gòu)造位置。

2.4 資料解釋

資料解釋的過程就是將地震成果轉(zhuǎn)變?yōu)榈刭|(zhì)成果的過程。這一過程的實(shí)現(xiàn)采用的一種方法是通過在時(shí)間剖面上識(shí)別地質(zhì)異常體在煤層反射波的反映特征來實(shí)現(xiàn)，另一種方法就是文中說的屬性解釋法。

采空區(qū)在地震時(shí)間剖面上表現(xiàn)為反射波組中斷，層位不能連續(xù)追蹤;反射波頻率發(fā)生變化，頻率降低；能量衰減，波形不穩(wěn)定，發(fā)生扭曲甚至是畸變(見圖1)。

利用屬性進(jìn)行解釋采空區(qū)，第一步是要進(jìn)行屬性的優(yōu)選，地震屬性可分為層面屬性、層間屬性及體屬性，各類別屬性又包含著若干屬性，通過與已揭露采空區(qū)進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)選出對(duì)采空區(qū)敏感度最高的屬性是采空區(qū)屬性解釋中最關(guān)鍵也是最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)振幅及頻率屬性對(duì)采空區(qū)的敏感度最高，是解釋采空區(qū)最合適的兩種地震屬性。

采空區(qū)內(nèi)由于反射波能量減弱，所以振幅值會(huì)降低，而正常區(qū)域振幅值會(huì)比較穩(wěn)定，在屬性切片上會(huì)表現(xiàn)為屬性異常值的圈閉(見圖2)。

頻率屬性是另外一種對(duì)采空區(qū)敏感度高的屬性。采空區(qū)內(nèi)或有水或有氣體或有坍塌物，因此采空區(qū)發(fā)反射波的頻率會(huì)出現(xiàn)異常、不穩(wěn)定，在頻率屬性切片上，采空區(qū)表現(xiàn)為頻率值雜亂無章、無一定規(guī)律的異常圈閉，而正常區(qū)域頻率值則較穩(wěn)定(見圖3)。

通過振幅及頻率屬性參考采空在時(shí)間剖面上的表現(xiàn)特征，很快圈定該勘探區(qū)有一較大的采空區(qū)。并且經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，范圍大小也符合實(shí)際揭露情況。

3 結(jié)語

1)在煤層被采空區(qū)，煤層的地球物理特征的變化，這種物性差異是采用地震方法探測(cè)采空區(qū)的物性基礎(chǔ)。2)屬性解釋法相比傳統(tǒng)地震解釋法更加準(zhǔn)確、直觀。3)在各種屬性中振幅屬性及頻率屬性更適合解釋采空區(qū)。

[1] 宗志剛.地震勘探方法在探測(cè)煤礦采空區(qū)中的應(yīng)用研究[M].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2006.

[2] 王永剛,樂友喜,張軍華.地震屬性分析技術(shù)[M].青島:中國(guó)石油大學(xué)出版社,2007.

[3] 申有義,劉海平.地震屬性方法在煤礦采空區(qū)解釋上的應(yīng)用[A].煤礦采空區(qū)地球物理勘查技術(shù)暨第五屆工程物探疑難問題研討會(huì)論文集[C].2012.

On application of three-dimension seismic attribute analysis in exploration of goaf areas

Wang Jun

(ShanxiProvinceCoalGeologyGeophysicalProspectingandSurveyingandMappingInstitute,Jinzhong030600,China)

The paper analyzes the seismic response features of the goaf, illustrates the application of the three-dimension seismic attribute analysis in exploration of goaf areas from the field data acquisition, data process, and document interpretation according to the geological conditions for some survey areas, and points out the method is more accurate to identify the goaf scopes of the survey areas.

goaf area, three-dimension seismic survey, coal stratum, reflected wave

1009-6825(2016)26-0093-02

2016-07-08

王 軍(1980- )，男，工程師

P631.4

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