利用地震属性圈定XQ煤矿岩溶陷落带

■宗青颖（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘学院北京100083）

利用地震属性圈定XQ煤矿岩溶陷落带

■宗青颖
（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘学院北京100083）

在煤矿井下发现陷落柱,容易造成大面积冒顶、突水及瓦斯突出等事故,严重影响着煤矿的安全生产。在XQ工区的地质及水文地质状况，陷落柱和地震属性的基本理论基础上，结合该工区实例，利用处理给出的偏移数据体，结合陷落柱的地球物理特征，通过GeoFrame软件进行常规解释。常规解释不能准确描述地质体，为了准确控制陷落柱的位置及赋存状态，从数据体中提取瞬时相位、总强度和、平均峰值振幅属性,对各个选取的地震属性选取不同的参数，并且对比他们对于陷落柱显示的效果结合已知的地质资料，选取合适的地震属性。接着，将常规解释和地震属性解释成果综合分析，对工区内的陷落柱及断层进行精细解释。最终，在常规解释的基础上利用地震属性解释的陷落柱与实际情况十分吻合。

陷落柱地震属性常规解释

陷落柱是在一定的地质条件下,在漫长的历史时期中由可溶性岩层溶蚀形成空洞，其上覆非可溶性岩层受到一定的应力作用向下塌陷而形成的地质异常体[1]。陷落柱不仅破坏煤层的连续性，影响巷道的掘进和煤层的开采，而且有可能成为特殊的导水通道，对煤矿生产所造成的危害十分巨大。

煤矿采区三维地震勘探技术虽然取得了较大的发展，但在构造解释方面与煤矿企业的要求还不相适应，其控制精度与安全生产要求尚有差距[9]。通过优选的地震属性可以消除人工解释时的人为因素，进而提高陷落柱的解释精度。

图1　各煤层逐道解释成果

1　地震属性基本理论

通过数学计算推导出的体现地震波的运动学、动力学、统计特征和几何形态特征变化的特征属性值被称为地震属性，先选取瞬时相位、总强度及平均瞬时振幅来进行陷落柱的解释。

1.1瞬时相位

瞬时相位地震属性是根据地震波穿过不同地质体所引起的相位的变化来识别不同地质体的边界。由于反射波遇到陷落柱会发生相位翻转，因而有利于陷落柱的解释。

1.2总强度

高反射强度通常有别于大量发射体的一种反射。总反射强度属性反映地震反射波的反射率，对波阻抗差异较大的岩性界面较为敏感，因此最大反射强度属性能揭示地层岩性的细节，根据陷落柱的地球物理与属性特征，陷落柱所在地段反射率明显变弱，适用于陷落柱的识别与解释。

1.3平均瞬时振幅

平均峰值振幅是对每一道在分析时窗内所有正的振幅值累加，将得到的累加值除以时窗内的正振幅值的总采样点数。在地层变化强烈的地方振幅的变化也会变大。

2　常规解释的基本理论

常规解释方法中，采用人机联作的方法，利用Geoframe地震解释组合体软件（IESX）、可视化软件（GeoViz），解释过程中以偏移数据体为基础，通过纵、横方向的垂直剖面解释为主过反复对比、检查、修改后对层位解释加以确认。整个过程本着从整体到局部，最终加密到5m×5m的细网格。

3　应用实例

3.1XQ矿区概况

XQ井田含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系中下统山西组与石盒子组。其中二叠系中下统山西组与石盒子组为矿井主要含煤地层。井田内有名称的煤层共31层，总厚33.38米，其中可采煤层11层，总厚24.61m，主要可采煤层为13-1、8、4-2、1煤层，总厚为15.48m，各煤层均采用综合机械化开采[12]。

3.2常规解释

此对次11-2煤，8煤及1煤进行逐道解释。其中11-2煤位于最上层，8煤位于中间而1煤为于最底层。

通过对不同层位的时间剖面进行观察、分析，确定了大陷落柱的空间特征，主要表现为:上窄下宽，水平方向呈近似长条状，切割了区内煤层。其展布方为西北到东南方向。

3.3属性解释

3.3.1瞬时相位

上下各开15ms时窗提取瞬时相位属性。

从图2可以看到,时间剖面对整个陷落柱比较明确的反映,煤层反射波在陷落柱下方明显变弱,但根据偏移时间剖面准确划分陷落柱和未陷落柱边界则几乎是不可能的；而由于瞬时相位剥离了振幅及频率的影响，而主要与同相轴的连续性有关。在瞬时相位剖面上的每一个层位都可以同偏移时间剖面中的层位相对应，即同实际的地层相对应。沿着反射的同相轴追踪，因此在图上可以明显看出陷落柱的陷落点，所以相位剖面对陷落柱和陷落柱边界则有明确和清晰的反映。

3.3.2总强度

总强度属性属于层属性，由于8煤的反射波同相轴连续性较好，先仅8煤为例进行分析。如图3，此次共选取0.5T，1.0T，1.25T及1.5T进行分析。其中T是指8煤反射波同相轴的周期，约为40ms。

图2　偏移时间剖面与瞬时相位剖面对比图

图3　不同时窗总强度属性顺层切片对比图

从图3可以看出，在大陷落的边界其最大强度明显低于其围岩，在图中大陷落柱的条带状特征明显。但是随着视窗的增大，这种差异也在逐渐减小。当时窗增大到1.25T时，其边界已经模糊；小陷落柱表现为低于围岩的异常，但是对于所选择的参数而言，很难区分其边界，相对而言在时窗取1T时小陷落与围岩的总强度差异最大；在总强度属性的切片上对小断层的显示十分不明显。总上，时窗取1T时，更加有利于两个陷落柱的识别。

3.3.3平均峰值振幅

平均峰值振幅属性属于层属性，同样以8煤为例进行分析。如图4，此次共选取0.25T，0。75T，1.25T及1.5T进行分析。其中T是指8煤反射波同相轴的周期，约为40ms。

图4　不同时窗平均峰值振幅属性顺层切片对比图

从图4可以看出在8煤层的大陷落柱在平均峰值振幅属性上表现为为低于围岩的异常。在取时窗为0.25T，0.75T，，时，整个大陷落柱的形态表现清晰；可是当时窗增大为1.25T及1.5T时，整个大陷落柱同围岩的异常差异变小，整个陷落柱的形态呈现不再那么明显。

4　结论

通过对工区XQ的三维数据体进行总强度、顺时相位及平均峰值振幅属性的提取可得如下结论：

（1）瞬时相位在识别陷落柱陷落点十分突出，确定陷落柱的边界范围，尤其是在振幅相对较弱的区域，有较好的优势。通过相位的不连续来对断裂进行辨别，很少受到其他干扰，同时又有明确的物理意义。

（2）时窗大小的选取直接关系到总强度属性及平均峰值振幅属性对陷落柱对于陷落柱显示的好坏。当时窗选取为1T时，总强度属性对于大陷落柱显示明显；陷落柱在平均峰值振幅属性时窗选择小于1.25T时，可以明显的表现出来。但是，小断层在这两种属性沿顺层切片均无法表现出来。

[1]师素珍，方惠明，郝海波，等.煤矿岩溶陷落柱的地震资料解释[J].中国煤炭地质，2009,21（6）：59-70.

[2]尹奇峰，潘冬明，于景邨，等.煤矿陷落柱地震识别技术研究[J].地球物理学进展，2012,27（5）：2168-2174.

[3]郭华军,刘庆成.地震属性技术的历史、现状及发展趋势[J].物探与化探，2008,32（1）：19-21.

[4]王开燕，徐清彦，张桂芳，等.地震属性分析技术综述[J].地球物理学进展，2013,28(2)：815-822.

P315[文献码]B

1000-405X（2016）-1-168-2