利用地震屬性圈定XQ煤礦巖溶陷落帶

■宗青穎（中國礦業(yè)大學（北京）地球科學與測繪學院北京100083）

利用地震屬性圈定XQ煤礦巖溶陷落帶

■宗青穎
（中國礦業(yè)大學（北京）地球科學與測繪學院北京100083）

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,嚴重影響著煤礦的安全生產。在XQ工區(qū)的地質及水文地質狀況，陷落柱和地震屬性的基本理論基礎上，結合該工區(qū)實例，利用處理給出的偏移數(shù)據(jù)體，結合陷落柱的地球物理特征，通過GeoFrame軟件進行常規(guī)解釋。常規(guī)解釋不能準確描述地質體，為了準確控制陷落柱的位置及賦存狀態(tài)，從數(shù)據(jù)體中提取瞬時相位、總強度和、平均峰值振幅屬性,對各個選取的地震屬性選取不同的參數(shù)，并且對比他們對于陷落柱顯示的效果結合已知的地質資料，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，對工區(qū)內的陷落柱及斷層進行精細解釋。最終，在常規(guī)解釋的基礎上利用地震屬性解釋的陷落柱與實際情況十分吻合。

陷落柱地震屬性常規(guī)解釋

陷落柱是在一定的地質條件下,在漫長的歷史時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力作用向下塌陷而形成的地質異常體[1]。陷落柱不僅破壞煤層的連續(xù)性，影響巷道的掘進和煤層的開采，而且有可能成為特殊的導水通道，對煤礦生產所造成的危害十分巨大。

煤礦采區(qū)三維地震勘探技術雖然取得了較大的發(fā)展，但在構造解釋方面與煤礦企業(yè)的要求還不相適應，其控制精度與安全生產要求尚有差距[9]。通過優(yōu)選的地震屬性可以消除人工解釋時的人為因素，進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)學計算推導出的體現(xiàn)地震波的運動學、動力學、統(tǒng)計特征和幾何形態(tài)特征變化的特征屬性值被稱為地震屬性，先選取瞬時相位、總強度及平均瞬時振幅來進行陷落柱的解釋。

1.1瞬時相位

瞬時相位地震屬性是根據(jù)地震波穿過不同地質體所引起的相位的變化來識別不同地質體的邊界。由于反射波遇到陷落柱會發(fā)生相位翻轉，因而有利于陷落柱的解釋。

1.2總強度

高反射強度通常有別于大量發(fā)射體的一種反射。總反射強度屬性反映地震反射波的反射率，對波阻抗差異較大的巖性界面較為敏感，因此最大反射強度屬性能揭示地層巖性的細節(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弱，適用于陷落柱的識別與解釋。

1.3平均瞬時振幅

平均峰值振幅是對每一道在分析時窗內所有正的振幅值累加，將得到的累加值除以時窗內的正振幅值的總采樣點數(shù)。在地層變化強烈的地方振幅的變化也會變大。

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，通過縱、橫方向的垂直剖面解釋為主過反復對比、檢查、修改后對層位解釋加以確認。整個過程本著從整體到局部，最終加密到5m×5m的細網(wǎng)格。

3　應用實例

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械化開采[12]。

3.2常規(guī)解釋

此對次11-2煤，8煤及1煤進行逐道解釋。其中11-2煤位于最上層，8煤位于中間而1煤為于最底層。

通過對不同層位的時間剖面進行觀察、分析，確定了大陷落柱的空間特征，主要表現(xiàn)為:上窄下寬，水平方向呈近似長條狀，切割了區(qū)內煤層。其展布方為西北到東南方向。

3.3屬性解釋

3.3.1瞬時相位

上下各開15ms時窗提取瞬時相位屬性。

從圖2可以看到,時間剖面對整個陷落柱比較明確的反映,煤層反射波在陷落柱下方明顯變弱,但根據(jù)偏移時間剖面準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。在瞬時相位剖面上的每一個層位都可以同偏移時間剖面中的層位相對應，即同實際的地層相對應。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，所以相位剖面對陷落柱和陷落柱邊界則有明確和清晰的反映。

3.3.2總強度

總強度屬性屬于層屬性，由于8煤的反射波同相軸連續(xù)性較好，先僅8煤為例進行分析。如圖3，此次共選取0.5T，1.0T，1.25T及1.5T進行分析。其中T是指8煤反射波同相軸的周期，約為40ms。

圖2　偏移時間剖面與瞬時相位剖面對比圖

圖3　不同時窗總強度屬性順層切片對比圖

從圖3可以看出，在大陷落的邊界其最大強度明顯低于其圍巖，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。當時窗增大到1.25T時，其邊界已經模糊；小陷落柱表現(xiàn)為低于圍巖的異常，但是對于所選擇的參數(shù)而言，很難區(qū)分其邊界，相對而言在時窗取1T時小陷落與圍巖的總強度差異最大；在總強度屬性的切片上對小斷層的顯示十分不明顯。總上，時窗取1T時，更加有利于兩個陷落柱的識別。

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煤為例進行分析。如圖4，此次共選取0.25T，0。75T，1.25T及1.5T進行分析。其中T是指8煤反射波同相軸的周期，約為40ms。

圖4　不同時窗平均峰值振幅屬性順層切片對比圖

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。在取時窗為0.25T，0.75T，，時，整個大陷落柱的形態(tài)表現(xiàn)清晰；可是當時窗增大為1.25T及1.5T時，整個大陷落柱同圍巖的異常差異變小，整個陷落柱的形態(tài)呈現(xiàn)不再那么明顯。

4　結論

通過對工區(qū)XQ的三維數(shù)據(jù)體進行總強度、順時相位及平均峰值振幅屬性的提取可得如下結論：

（1）瞬時相位在識別陷落柱陷落點十分突出，確定陷落柱的邊界范圍，尤其是在振幅相對較弱的區(qū)域，有較好的優(yōu)勢。通過相位的不連續(xù)來對斷裂進行辨別，很少受到其他干擾，同時又有明確的物理意義。

（2）時窗大小的選取直接關系到總強度屬性及平均峰值振幅屬性對陷落柱對于陷落柱顯示的好壞。當時窗選取為1T時，總強度屬性對于大陷落柱顯示明顯；陷落柱在平均峰值振幅屬性時窗選擇小于1.25T時，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].中國煤炭地質，2009,21（6）：59-70.

[2]尹奇峰，潘冬明，于景邨，等.煤礦陷落柱地震識別技術研究[J].地球物理學進展，2012,27（5）：2168-2174.

[3]郭華軍,劉慶成.地震屬性技術的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].物探與化探，2008,32（1）：19-21.

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

P315[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-168-2