基于深度學(xué)習(xí)的地震多屬性融合技術(shù)在導(dǎo)水裂隙帶探測中的應(yīng)用

袁 峰，申 濤，謝曉深，馬 麗，汶小崗,2

(1.自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710026; 2.陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005; 3.陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710065; 4.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054)

煤層開采形成的采空塌陷會造成地表含水層水流失、潰沙等災(zāi)害[1-5]。采空區(qū)中導(dǎo)水裂隙帶是否發(fā)育到地表和含水層對保水采煤至關(guān)重要。因此，有必要對導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度進(jìn)行精確探測[6-7]。

目前，國內(nèi)外導(dǎo)水裂隙帶的探測方法主要有鉆孔沖洗液觀測法、井下鉆孔注水法、相似材料模擬、鉆孔電視法等，探測成本較高，探測結(jié)果僅為離散的鉆孔資料，孔間推測存在誤差[8-10]。三維地震技術(shù)具有數(shù)據(jù)橫向連續(xù)、縱向分辨率較高的特點(diǎn)，在一定程度上能夠彌補(bǔ)鉆孔資料的不足[11-12]。

導(dǎo)水裂隙帶探測的核心是裂隙識別。目前，常用于裂隙識別的地震屬性歸納起來可分為:波形相似類，包括相干體、邊緣檢測和方差體等;構(gòu)造幾何類，包括曲率屬性、傾角屬性等;吸收衰減類，包括振幅屬性、頻率屬性和頻譜屬性等[13-14]。對同一物探手段來說，在實(shí)際生產(chǎn)中需要根據(jù)其適宜性和有效性進(jìn)行選擇，但無論采用何種解釋方法，都存在多解性。綜合以往技術(shù)實(shí)踐可以看出，利用多種解釋方法進(jìn)行綜合解釋，可以提高解釋的精度和可靠性。

筆者采用以漏失量為監(jiān)督數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)方法融合多種地震屬性對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育情況進(jìn)行探測。首先，在鉆孔沖洗液漏失量觀測數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選地震屬性，結(jié)合鉆孔沖洗液漏失量觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行有監(jiān)督的深度學(xué)習(xí)，融合多種屬性信息建立裂隙模型，利用裂隙模型分析確定采動覆巖結(jié)構(gòu)破壞和導(dǎo)水裂隙帶的三維空間范圍、形態(tài)特征、垂向巖石破壞程度定量變化特征及導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，并結(jié)合2個工作面的開采時(shí)間差異性推斷導(dǎo)水裂隙的發(fā)育、閉合規(guī)律。

1 研究區(qū)概況及勘探方案

研究區(qū)位于陜北黃土高原北端，毛烏素沙漠東南緣地帶，地形相對平坦，地貌類型主要為風(fēng)沙灘地地貌。主采3號煤層，3號煤層全區(qū)可采，區(qū)內(nèi)可采煤層厚度9.8～10.2 m，煤層由東南向西北緩傾，傾角約0.5°。該煤層屬厚煤層，采用復(fù)合假頂綜合機(jī)械化采煤法開采，全垮落式管理頂板，分層開采上分層煤層留底煤，開采厚度為5 m。3號煤層底板標(biāo)高+1 100～+1 110 m，煤層埋深250～260 m，頂板巖性以中粒砂巖為主。研究區(qū)位于30101工作面中段，根據(jù)采掘資料，30101工作面煤層已經(jīng)全部采空，該工作面寬300 m，與其西側(cè)相鄰的30102工作面，也已開采完畢，探測范圍的選擇思路是一方面保證完全覆蓋30101，30102工作面，另一方面保證完全覆蓋垮落、裂隙及變形帶，最終確定探測區(qū)為規(guī)則矩形，橫向長1 000 m，縱向?qū)?00 m，探測區(qū)面積0.50 km2，如圖1所示，圖中藍(lán)色范圍為三維地震工作范圍。30101,30102工作面開采時(shí)間不同，30101工作面煤層采掘距本次野外數(shù)據(jù)采集時(shí)間超過18個月，30102工作面采掘距本次野外數(shù)據(jù)采集時(shí)間僅4個月。三維地震工作的同時(shí)，在沿30101工作面走向中心位置布置一條傾向剖面線A，在該剖面線上布置4個鉆孔(H1,H2,H3,H4號鉆孔)。對照鉆孔(H1,H2)布置在30101工作面加風(fēng)巷東未采動區(qū);為了查明導(dǎo)水裂隙帶沿工作面傾向的高度變化特征，在距30101加風(fēng)巷外邊界以內(nèi)25 m處布置1個H3號鉆孔;為了查明導(dǎo)水裂隙帶最大高度，在30101工作面中心位置布置1個H4號鉆孔。所有鉆孔均進(jìn)行抽水試驗(yàn)、沖洗液漏失量觀測。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Position of study area

2 研究區(qū)地球物理特征

圖2為A勘探線地震時(shí)間剖面。經(jīng)人工合成記錄標(biāo)定，Tq為一組可連續(xù)追蹤反射波，該波組標(biāo)定為基巖面反射波，在地震時(shí)間剖面中用黃線表示。Tz為一組較連續(xù)反射波，該波組標(biāo)定為直羅底反射波，在地震時(shí)間剖面中用橙線表示。T3為一組連續(xù)性好，能量較強(qiáng)的反射波，該波組標(biāo)定為3號煤層底板反射波，在地震時(shí)間剖面中用藍(lán)線表示。

圖2 地震時(shí)間剖面(變密度顯示)Fig.2 Seismic time profile(variable density display)

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，采動之前地震時(shí)間剖面主要由Tq,Tz,T3等幾組反射波構(gòu)成，剖面以近水平同相軸為主。煤層采空后，其上覆巖石失去支撐而導(dǎo)致平衡破壞，應(yīng)力重新分布，使上覆巖體產(chǎn)生變形、位移和破壞，形成垮落帶、斷裂帶和彎曲變形帶，采空區(qū)內(nèi)往往會表現(xiàn)出有別于正常地層表征的反射波場特征。

垮落帶，巖層破碎、地層完全性被破壞，該帶內(nèi)巖層的波組動力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，波組錯斷、波形凌亂?？迓鋷е蠺3反射波同相軸消失并伴有繞射波和各種散射。

斷裂帶，地層破壞程度小于垮落帶，地層完整性未被完全破壞，地層中發(fā)育的大小不一裂隙使地層連續(xù)性和地震反射波能量(如Tz波)均受到影響。地震波在隙裂帶中傳播后，各頻率成分的能量分布將發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為反射波頻率降低，為研究斷裂帶發(fā)育提供了依據(jù)。斷裂帶上部約110 ms位置處反射波同相軸斷續(xù)出現(xiàn)，雖有一定的能量，但連續(xù)性差，可以用來判斷斷裂帶發(fā)育最大高度。30102工作面內(nèi)斷裂帶反射波呈雜亂狀，該位置裂隙發(fā)育較為劇烈，對反射波的吸收也強(qiáng)烈;同一位置30101工作面有部分反射波發(fā)育，說明經(jīng)歷一定時(shí)間后，部分裂隙發(fā)生了閉合，減少了對反射波的吸收。

變形帶屬于韌性變形，波組連續(xù)性較好和能量較強(qiáng)(如Tq波)。從圖2可以看出，變形帶底部相對煤柱位置出現(xiàn)反射波同相軸彎曲特征。

經(jīng)以上分析，可以對采空區(qū)三帶進(jìn)行大致的劃分，如圖2所示。但單從剖面特征來判斷導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度精度有限，不能滿足生產(chǎn)的要求。

正常地層、30102工作面(開采4個月)、30101工作面(開采18個月)對應(yīng)地層的反射波組特征是不一樣的，其頻率特征如圖3所示。

圖3 采后不同時(shí)間斷裂帶地震響應(yīng)Fig.3 Seismic response of fissure zone at different mining time

從圖3可以看出，正常地層反射波主頻62 Hz;當(dāng)煤層采空后，斷裂帶發(fā)育，對反射波高頻成分吸收嚴(yán)重，開采4個月后反射波的主頻變?yōu)?6 Hz;采動18個月后，隨著地層沉降、壓實(shí)，部分裂隙閉合，減少了對反射波的吸收，反射波主頻有所提高，變?yōu)?8 Hz。

3 基于深度學(xué)習(xí)的地震多屬性融合技術(shù)

3.1 研究思路

研究區(qū)測井資料受斷裂帶影響，數(shù)據(jù)采集并不理想，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度主要靠鉆孔沖洗液漏失量觀測確定，此為判斷導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的直接依據(jù)。從三維地震反射波特征來看，單從剖面特征來判斷導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度較為困難。筆者在鉆孔、抽水試驗(yàn)、沖洗液漏失量觀測等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上選擇對裂隙變化敏感的地震屬性，以沖洗液漏失量觀測數(shù)據(jù)為監(jiān)督樣本，對三維地震頻譜分解、相干、螞蟻?zhàn)粉櫟葘傩詳?shù)據(jù)進(jìn)行有監(jiān)督的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，得到基于三維地震的精細(xì)裂隙模型對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育情況進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測流程如圖4所示。

圖4 導(dǎo)水裂隙帶預(yù)測流程Fig.4 Flow chart of water diversion fracture zone prediction

3.2 地震屬性提取、優(yōu)選

目前，常用于裂隙預(yù)測的地震屬性歸納起來可分為:波形相似類，包括相干體、邊緣檢測和方差體等;幾何特征類，包括曲率屬性、傾角屬性等;吸收衰減類，包括振幅屬性、頻率屬性和頻譜屬性等。

為了從各種地震屬性中優(yōu)選出與漏失量觀測數(shù)據(jù)密切相關(guān)的地震屬性，提取了井旁地震道的15種地震屬性數(shù)據(jù)。利用式(1)求取地震屬性S與漏失量q之間相關(guān)系數(shù)，選擇與漏失量相關(guān)性較好的屬性。

(1)

表1為地震屬性與漏失量相關(guān)系數(shù)。從表1可見地震屬性與漏失量相關(guān)系數(shù)最大者為相干屬性，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.54，而最小者為方位傾角，相關(guān)系數(shù)僅為0.04。

表1 地震屬性與漏失量相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficient between seismic attributes and leakage

根據(jù)不同屬性的特點(diǎn)及與漏失量的相關(guān)性，提取相干體屬性、地層傾角屬性、最大曲率屬性、譜分解30 Hz數(shù)據(jù)體、螞蟻體、瞬時(shí)振幅屬性、瞬時(shí)頻率進(jìn)行裂隙預(yù)測，地震屬性如圖5所示，從圖5可以看出，不同地震屬性對裂隙所表現(xiàn)的敏感程度是不同的。

圖5 地震屬性剖面Fig.5 Seismic attribute profile

3.3 深度學(xué)習(xí)地震多屬性融合技術(shù)

由表1可以看出，單一地震屬性與鉆孔沖洗液漏失量的相關(guān)性較低，為了更好地研究裂隙，本次采用深度前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DFNN)技術(shù)進(jìn)行屬性融合。

深度前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一種典型的深度學(xué)習(xí)模型[15-17]。其目的是當(dāng)某個近似函數(shù)f信息經(jīng)過x的函數(shù)，定義f期間的計(jì)算過程，最終到達(dá)輸出y。模型的輸出與模型自身沒有反饋連接，如圖6所示。輸入訓(xùn)練樣本為7維列向量T[x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7]，其表示為地震屬性。訓(xùn)練過程中，對輸入訓(xùn)練數(shù)據(jù)和經(jīng)過神經(jīng)元輸出的結(jié)果，采用Xavier方法初始化，隨機(jī)產(chǎn)生對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)w和偏置項(xiàng)b。

圖6 DFNN的工作流程示意Fig.6 DFNN schematic workflow

神經(jīng)元由一個非線性Sigmoid邏輯函數(shù)構(gòu)成，其表達(dá)形式為

(2)

在向前傳播的過程中，數(shù)據(jù)以加權(quán)平均和的形式作為邏輯函數(shù)輸入到第1個隱藏層中的神經(jīng)元中。第1個隱藏層中7個神經(jīng)元的輸入數(shù)據(jù)分別為

(3)

經(jīng)過非線性邏輯函數(shù)處理，會得到3個輸出結(jié)果，分別為f1(z1)，f2(z2)，f3(z3)，它們加權(quán)平均的結(jié)果將作為第2個隱藏層中神經(jīng)元的輸入。第2個隱藏層中2個神經(jīng)元的輸入數(shù)據(jù)分別為

同理，可以得到第2隱藏層中每個神經(jīng)元的輸出結(jié)果，分別為f4(z4)，f5(z5)，它們的加權(quán)平均之和會作為輸出層神經(jīng)元的輸入，即

z6=w(4,6)f4(z4)+w(5,6)f5(z5)+b6

經(jīng)過輸出層之后，將得到最終的預(yù)測結(jié)果f6(z6)。由于采用的代價(jià)函數(shù)是非線性，通過其求解的方程不能實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果。所以，必須利用數(shù)值優(yōu)化進(jìn)行求解。本文采用梯度下降法進(jìn)行優(yōu)化求解。梯度下降法從初始點(diǎn)采用一階線性逼近，沿著負(fù)梯度方向移動，后回到原函數(shù)，反復(fù)迭代至收斂[18]。利用梯度下降法對w和b進(jìn)行優(yōu)化，為了滿足梯度為0的一階最優(yōu)條件，需要使目標(biāo)函數(shù)為凸函數(shù)，但是，目標(biāo)函數(shù)實(shí)際上為非線性函數(shù)，不屬于凸函數(shù)。因此，在計(jì)算中利用正則項(xiàng)為L1范數(shù)來緩解。當(dāng)達(dá)到1 000次迭代時(shí)，終止數(shù)值優(yōu)化。

從圖7可以看出，通過深度學(xué)習(xí)地震屬性融合，融合后的地震屬性與漏失量的相關(guān)系數(shù)r達(dá)到95%，預(yù)測結(jié)果如圖8所示。

圖7 相似系數(shù)Fig.7 Similarity coefficient

圖8 多屬性融合剖面(過孔垂直工作面剖面)Fig.8 Multi-attribute fusion profile

通過單屬性和多屬性融合剖面比較(圖5,8)可以看出，多屬性融合是單一屬性的綜合，集合了各個屬性的優(yōu)點(diǎn)，如瞬時(shí)頻率、相干體對大裂隙反映較好，瞬時(shí)振幅對斷裂帶整體形態(tài)反映較好，螞蟻?zhàn)粉檶?xì)微裂隙反映較好，30 Hz譜分解數(shù)據(jù)對保留煤柱反映較好。多屬性融合數(shù)據(jù)通過多種屬性的融合降低了地震解釋的多解性。深度學(xué)習(xí)結(jié)果與多元回歸、概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比(圖9)，深度學(xué)習(xí)預(yù)測結(jié)果與漏失量數(shù)據(jù)吻合度最高，預(yù)測結(jié)果也符合地質(zhì)規(guī)律，而概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)果在垮落帶附近發(fā)生連續(xù)跳躍(如圖9藍(lán)色方框內(nèi))，不符合力學(xué)特征。

多屬性融合體值域與漏失量相同，值在0～4，值越大代表裂隙越發(fā)育。從圖9可以看出，從垂直方向看裂隙發(fā)育呈高角度狀，斷裂帶自上而下分為紫色部分(值在0～1)、藍(lán)色部分(值在1～2)、綠色部分(值在2～4)、黃、紅色部分(值在3～4)，代表裂隙從弱到強(qiáng)，越靠近煤層，裂隙越發(fā)育。

圖9 H3孔多方法裂隙預(yù)測比較Fig.9 Comparison of multi-method fracture prediction

通過多屬性融合一方面大大提高了三維地震的成像精度，消除多解性;另一方面使得地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成沖洗液漏失量觀測數(shù)據(jù),漏失量觀測數(shù)據(jù)大小和裂縫發(fā)育強(qiáng)度是呈正相關(guān)的[5,19-20]，根據(jù)這一原理可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)水裂隙帶的半定量預(yù)測。多屬性融合結(jié)合了不同地震屬性的優(yōu)點(diǎn)，其解釋結(jié)果較為客觀。通過與漏失量數(shù)據(jù)對比分析認(rèn)為，融合數(shù)據(jù)中數(shù)值在0～0.5為裂隙不發(fā)育區(qū)，劃分為變形帶和正常區(qū);數(shù)值在0.5～3.5劃分為斷裂帶;數(shù)值>3.5劃分為垮落帶。

4 斷裂帶發(fā)育特征及評價(jià)

4.1 裂隙發(fā)育特征

利用深度學(xué)習(xí)融合的數(shù)據(jù)進(jìn)行斷裂帶、垮落帶解釋，結(jié)合鉆孔擬合時(shí)深轉(zhuǎn)換公式:

Hd=0.006 9t2-3.784 8t+464.1

(6)

將地震時(shí)間域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為深度域數(shù)據(jù)。經(jīng)計(jì)算，30101工作面斷裂帶發(fā)育最大高度為120 m，30102工作面斷裂帶發(fā)育最大高度為133 m。對單個工作面來說，工作面中部斷裂帶發(fā)育高度達(dá)到最大，向兩側(cè)采空邊界處斷裂帶發(fā)育高度逐漸減小，保護(hù)煤柱附近斷裂帶發(fā)育高度約為70 m。從圖10可以看出，隨著埋深增加，裂隙發(fā)育程度不斷加大，在垮落帶附近裂隙發(fā)育程度達(dá)到最大。單個工作面斷裂帶發(fā)育形態(tài)為“拱形”，裂隙特征表現(xiàn)為密集的網(wǎng)狀分布，同一深度下30102工作面裂隙發(fā)育程度大于30101工作面。

圖10 裂隙發(fā)育平面特征Fig.10 Plane characteristics of fissure development

通過對融合后的三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行裂隙自動提取，共解釋出裂隙200多個，如圖11(a)所示。裂隙餅狀圖如圖11(b)所示，圖11中半徑大小表示傾角，徑線方向表示方位角。由于地震分辨率、信噪比和裂隙組合的原因，追蹤出的裂隙數(shù)量不代表實(shí)際裂隙的數(shù)量，但可反映區(qū)內(nèi)裂隙的整體發(fā)育程度。

圖11 提取裂隙及裂隙統(tǒng)計(jì)特征Fig.11 Predict cracks and their statistical characteristics

從圖11(b)可以看出裂隙走向主要以平行和垂直巷道兩個方向?yàn)橹?裂隙傾角多為高角度，一般大于70°。圖11(c)為采動裂隙傾角分布圖，傾角小于30°的裂隙占8%，傾角為30°～50°的裂隙占12%，傾角為50°～60°的裂隙占9%，傾角為60°～70°的裂隙占17%，傾角為70°～80°的裂隙占18%，傾角為80°～90°的裂隙占36%。煤層開采后在巖層中形成兩類裂隙，一類為離層裂隙，另一類為豎向破裂裂隙[21]。限于裂隙自動提取精度，本文將傾角小于30°的裂隙劃分成離層裂隙?？梢钥闯霾蓜恿严兑愿呓嵌壬踔链怪睅r層層面的裂隙為主。

4.2 裂隙探測結(jié)果評價(jià)

4.2.1斷裂帶發(fā)育高度預(yù)測評價(jià)

將過井地震融合數(shù)據(jù)與鉆探數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如圖12所示。

圖12 鉆孔綜合成果圖(部分層段)Fig.12 Comprehensive results of drilling(part of the layer)

H1號鉆孔:在基巖段單位時(shí)間沖洗液消耗量變化為0.062～0.180 L/s，平均值0.329 L/s。在整個觀測過程中，沖洗液消耗量沒有隨著鉆孔孔深增加而增加，沖洗液循環(huán)正常，沒有出現(xiàn)中斷或全部漏失的現(xiàn)象。過井地震融合數(shù)據(jù)數(shù)值在0～0.3。根據(jù)3.3節(jié)判斷依據(jù)認(rèn)為沒有采動裂隙發(fā)育，與鉆探判斷結(jié)果一致。

H3號鉆孔:孔深135.16 m時(shí)沖洗液消耗量突然增大，從135.16 m以淺的0.062 L/s，增大至2.622 L/s，增大了42倍，比對比鉆孔同層位消耗量(0.077 1)增大了34倍，鉆孔水位呈緩慢下降趨勢;結(jié)合巖芯編錄判定導(dǎo)水裂隙帶頂界位置孔深為135.16 m處。過井地震融合數(shù)據(jù)在深度138 m時(shí)數(shù)值增大，達(dá)到0.5,根據(jù)3.3節(jié)判斷依據(jù)認(rèn)為導(dǎo)水裂隙帶頂界位置為138 m處。

H4號鉆孔:孔深為125.20 m時(shí)鉆孔沖洗液突然漏失，循環(huán)中斷，繼續(xù)鉆進(jìn)2.0 m時(shí)沖洗液又開始循環(huán)，并且漏失量呈忽大忽小的寬幅度震蕩。結(jié)合巖芯編錄判定導(dǎo)水?dāng)嗔褞ы斀缥恢每咨顬?25.20 m處。過井地震融合數(shù)據(jù)在深度129 m時(shí)數(shù)值增大，達(dá)到0.5,根據(jù)3.3節(jié)判斷依據(jù)認(rèn)為導(dǎo)水裂隙帶頂界位置為129 m處。

4.2.2斷裂帶傾角預(yù)測評價(jià)

本區(qū)進(jìn)行了部分電視測井，將電視測井與過井地震融合數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如圖13,14所示。從圖13可以看出，H3孔電視測井中在134.50 m開始出現(xiàn)垂向裂隙，延伸較短，隨著孔深增大，裂隙密度增加，且裂隙延伸增大;144.10～146.10 m為1條長2.0 m的斜向破壞裂隙，裂隙傾角約87°。截取相同深度地震融合數(shù)據(jù)可以看出，在135～145 m間有裂隙，裂隙傾角約80°與電視測井結(jié)論接近。

圖13 H3號鉆孔電視測井圖像Fig.13 H3 borehole TV logging image

從圖14可以看出，H4孔電視測井中在128.60 m開始出現(xiàn)斜向裂隙，延伸較短，隨著孔深增大，裂隙密度增加，以斜向裂隙為主，且裂隙延伸較短，裂隙傾角約45°。截取相同深度地震融合數(shù)據(jù)可以看出，在125～130 m間有裂隙，裂隙傾角20°～60°角度較小與電視測井結(jié)論接近。

圖14 H4號鉆孔電視測井圖像Fig.14 H4 borehole TV logging image

從以上分析可以看出基于深度學(xué)習(xí)的地震屬性融合技術(shù)導(dǎo)水裂隙帶預(yù)測效果較好，精度較高。

5 裂隙演化規(guī)律

研究區(qū)煤層穩(wěn)定，工作面布設(shè)及開采方式相同，因此可以將30102工作面采動情況看作是30101工作面14個月前的狀態(tài)。本次研究采用類比法將采集的地震數(shù)據(jù)按照采動時(shí)間進(jìn)行分類，研究裂隙生成、發(fā)育、閉合情況。

為了比較2個工作面裂隙發(fā)育情況，以深度學(xué)習(xí)后融合的地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別提取30101,30102工作面范圍內(nèi)裂隙，并統(tǒng)計(jì)其規(guī)律如圖15所示。

圖15 不同時(shí)間開采后裂隙餅狀圖Fig.15 Pie chart of cracks after mining at different times

從圖15可以看出，煤層開采18個月后(30101工作面)裂隙比煤層開采4個月(30102工作面)有所減少，經(jīng)比較認(rèn)為減少了約21%，其中低角度離層裂隙(傾角0°～30°)減少了50%。

隨著采后時(shí)間推移，除裂隙數(shù)量有所減少之外，斷裂帶發(fā)育最大高度也有所降低，經(jīng)計(jì)算認(rèn)為30101工作面斷裂帶最大高度比30102工作面斷裂帶最大高度減小了約13 m。通過2個工作面比較可以看出距煤層頂板較遠(yuǎn)巖體中裂隙發(fā)育強(qiáng)度較小，裂隙閉合較好;距煤層頂板較近巖體中裂隙發(fā)育強(qiáng)度大，裂隙未能完全閉合。工作面中部裂隙發(fā)育強(qiáng)度變化較大，裂隙閉合較好;工作面邊緣裂隙發(fā)育強(qiáng)度變化較小，裂隙閉合較差。

6 結(jié) 論

(1)煤層采動過程中其上覆巖層變形與破壞受到多種因素影響，其中煤層采高、采厚、采速、覆巖類型及埋深等參數(shù)對導(dǎo)水裂隙帶高度發(fā)育起到主導(dǎo)作用。巖層破壞在地震剖面中根據(jù)其振幅、頻率的時(shí)空變化可以分辨出結(jié)構(gòu)破壞及裂隙發(fā)育。探測應(yīng)用表明，基于深度學(xué)習(xí)的地震屬性融合技術(shù)對煤層采動引起的巖層破壞規(guī)律探測具有針對性，其精度能滿足生產(chǎn)需要，費(fèi)用低，是一種有效探測技術(shù)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

(2)研究表明30101工作面斷裂帶發(fā)育最大高度為120 m，30102工作面斷裂帶發(fā)育最大高度為133 m，以高角度裂隙為主，主要沿垂直、平行工作面方向發(fā)育。導(dǎo)水裂隙帶的裂隙發(fā)育是先增大后降低，斷裂帶上部裂隙閉合較好，斷裂帶下部和工作面邊緣裂隙閉合較差，采動后18個月裂隙比采動后4個月減少了21%，離層裂隙減少了50%。

(3)本次研究受原始資料所限，采用漏失量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，今后研究中可采用其他更好表征裂隙特征的數(shù)據(jù)如裂隙密度數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，可以提高預(yù)測精度。