韓咀煤礦識(shí)別煤層老采空區(qū)的相對(duì)波阻方法*

郭占峰　程增慶　王建忠　李　忠

(1.山西華晉韓咀煤業(yè)有限責(zé)任公司；2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院)

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韓咀煤礦識(shí)別煤層老采空區(qū)的相對(duì)波阻方法*

郭占峰1程增慶2王建忠1李忠2

(1.山西華晉韓咀煤業(yè)有限責(zé)任公司；2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院)

摘要以韓咀煤礦老采空區(qū)為例，分析了利用相對(duì)波阻抗剖面識(shí)別解譯煤層老采空區(qū)的方法，相對(duì)波阻抗是在偏移處理成果剖面的基礎(chǔ)上對(duì)地震道進(jìn)行積分，其實(shí)質(zhì)是波阻抗剖面的高頻分量。預(yù)測(cè)結(jié)果表明：相對(duì)波阻抗可有效預(yù)測(cè)巷道式采空區(qū)，滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求。

關(guān)鍵詞相對(duì)波阻抗煤層老空區(qū)巷道式采空區(qū)

韓咀煤礦為整合礦井，在該煤礦井田內(nèi)及周邊分布眾多的小煤礦，小煤礦主要是以房式或穿洞式或巷道式進(jìn)行開采。韓咀煤礦開采是在采空區(qū)中進(jìn)行，采空區(qū)給該煤礦的掘進(jìn)和安全生產(chǎn)帶來了較大的安全隱患。相對(duì)波阻抗剖面是介于地震時(shí)間剖面和地質(zhì)剖面之間一種地震剖面，既有地震時(shí)間剖面的信息，又有地質(zhì)剖面的信息，可對(duì)老采空區(qū)進(jìn)行有效識(shí)別[1-2]。為此，本研究利用該方法對(duì)韓咀煤礦的老采空區(qū)進(jìn)行三維地震探測(cè)。

1煤層房柱式老采空區(qū)特點(diǎn)

韓咀煤礦區(qū)地層由老至新依次為奧陶系中統(tǒng)峰峰組，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組、第四系中更新統(tǒng)。發(fā)育的主要煤層為2#，10#煤層，2#煤層埋深100～300 m，煤層位于山西組中部，下距7#煤層17.99～41.61 m，平均31.08 m，煤層厚5.00～7.97 m，平均厚6.47 m，含夾矸0～5層，一般含0～3層夾石，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，頂?shù)装鍘r性多為泥巖或粉砂巖。全區(qū)煤層厚度變化不大，屬穩(wěn)定可采煤層。韓咀煤礦煤層老采空區(qū)是19世紀(jì)小煤窯采用房式或穿洞式或巷道式采煤方式產(chǎn)生的。老采空區(qū)通常表現(xiàn)為巷道、小規(guī)模采空區(qū)等形式，由人工采煤產(chǎn)生的煤層破壞變形在形態(tài)上無規(guī)律，不受任何地質(zhì)條件制約，但各有特點(diǎn)。

2相對(duì)波阻抗處理

2.1相對(duì)波阻抗的基礎(chǔ)處理

相對(duì)波阻抗的基礎(chǔ)處理需采用多域多手段的質(zhì)量監(jiān)控方式，如線性動(dòng)校正檢查屬性、觀測(cè)系統(tǒng)圖、高程平面圖和單炮顯示等。韓咀煤礦地震資料處理的難點(diǎn)是靜校正與初至切除工作，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行反褶積測(cè)試、多次迭代速度分析及最小相位化等工作。利用鉆孔資料擬合偏移速度進(jìn)行迭前時(shí)間偏移處理，得到相對(duì)波阻抗處理的成果。

2.2地震道積分處理

由于韓咀煤礦采空區(qū)分布無規(guī)律可循且無相關(guān)的地質(zhì)資料，三維地震監(jiān)測(cè)的目標(biāo)較小，因而無法通過常規(guī)解譯方法識(shí)別出該類巷道式采空區(qū)。相對(duì)波阻抗信息可最大限度地利用地震資料的相對(duì)變化解譯房式采空區(qū)的細(xì)微變化。目前相對(duì)波阻抗處理為對(duì)地震道進(jìn)行積分處理得到的地震道積分時(shí)間剖面。相對(duì)波阻抗處理輸入為疊前時(shí)間偏移處理成果，輸出為相對(duì)波阻抗剖面成果。煤炭三維地震資料實(shí)際上可表述為地震子波與地層反射系數(shù)的褶積，即通常描述的線性模型。

由相關(guān)公式推導(dǎo)可知：對(duì)反射系數(shù)進(jìn)行積分相當(dāng)于對(duì)波阻抗計(jì)算自然對(duì)數(shù)，通過該過程即可對(duì)波阻抗進(jìn)行反演(或稱為地震道積分)。相對(duì)波阻抗反演的優(yōu)點(diǎn)是從零時(shí)刻向下遞推，由于處理成果中缺失低頻成分因而遞推時(shí)產(chǎn)生的累計(jì)誤差相對(duì)較小，僅為一個(gè)簡(jiǎn)單的地震道積分，計(jì)算較簡(jiǎn)單，無需通過測(cè)井資料內(nèi)插和外推對(duì)反射系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。

地震道積分反演結(jié)果的精度受地震資料信噪比和分辨率的影響，用于相對(duì)波阻抗反演的地震迭前時(shí)間偏移須為高保真度的地震資料，若三維地震資料未采用保持振幅處理，那么在進(jìn)行地震道積分反演時(shí)，所得到的相對(duì)波阻抗便無法反映地層、煤層采空區(qū)等信息。因此，進(jìn)行地震道積分的三維地震資料應(yīng)該保持高信噪比、高分辨率、高保真度及準(zhǔn)確成像。

3相對(duì)波阻抗剖面及應(yīng)用

因兼并、重組，韓咀煤礦周圍及勘探區(qū)內(nèi)的采空區(qū)分布多、零碎、破壞程度大，給野外資料采集、解釋均帶來了一定的難度。本研究在搜集已知地質(zhì)資料并結(jié)合野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，以三維地震勘探成果為主，結(jié)合瞬變電磁資料進(jìn)行相互解譯驗(yàn)證。

通過地震處理得到相對(duì)波阻抗地震時(shí)間剖面的頻帶寬度為6～120 Hz，地震優(yōu)勢(shì)頻率為50 Hz。在相對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)體上，2#，10#煤層均表現(xiàn)為目的層，2#煤表現(xiàn)為厚煤層的低阻抗特征，其上覆、下伏砂巖表現(xiàn)為相對(duì)較高的阻抗，其上下泥質(zhì)粉砂巖阻抗也高于煤層，地震相對(duì)波阻抗反演數(shù)據(jù)體的地質(zhì)屬性更清晰。從反演剖面看，煤層厚度相對(duì)較穩(wěn)定，2#煤層上覆、下伏地層巖性也表現(xiàn)為穩(wěn)定的特征。通過沿2#煤層底板的時(shí)間相對(duì)波阻抗沿層切片分析，發(fā)現(xiàn)在煤層內(nèi)相對(duì)波阻抗平面變化較大，煤層厚度變化不大而相對(duì)波阻抗變化較大是由房式采空區(qū)的地震反射特征所致，據(jù)此解譯了全區(qū)煤層老采空區(qū)的范圍及邊界。韓咀煤礦采空區(qū)解譯效果表明：相對(duì)波阻抗處理方法是一種煤炭采空區(qū)識(shí)別的有效方法，主要特點(diǎn)：①相對(duì)波阻抗處理的地震道積分無需任何地質(zhì)補(bǔ)充資料及信息而完成的無約束地震反演，反演結(jié)果相當(dāng)于地層的波阻抗高頻成分關(guān)系，是地震純波剖面的積分反演結(jié)果；②相對(duì)波阻抗處理的地震道積分對(duì)煤層房式或穿洞式或巷道式采空區(qū)的預(yù)測(cè)精度取決于地震資料的信噪比和分辨率，因此利用相對(duì)波阻抗處理的地震道積分資料進(jìn)行解譯時(shí)還需利用測(cè)井資料對(duì)煤層波進(jìn)行標(biāo)定。

4結(jié)語(yǔ)

以韓咀煤礦老采空區(qū)為例，討論了房式采空區(qū)地震資料處理技術(shù)及利用三維地震勘探資料的相對(duì)波阻抗資料識(shí)別房式采空區(qū)的模式(地震道積分剖面上房式老采空區(qū)表現(xiàn)為低波阻抗值，利用道積分方法直接求取相對(duì)波阻抗剖面)，對(duì)于老采空區(qū)的地質(zhì)解譯有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李慶忠.走向精確勘探的道路——高分辨率地震勘探系統(tǒng)工程剖析[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

[2]饒河清，李萍軍，黃河，等.寬方位角在煤田三維地震勘探中的研究與應(yīng)用[J].金屬礦山，2014(12):143-146.

(收稿日期2015-11-01)

*中石油物探重大技術(shù)專項(xiàng)(編號(hào)：2011D—3806)。

郭占峰(1966—)，男，高級(jí)工程師，042100 山西省鄉(xiāng)寧縣。