三维地震勘探法在煤矿采空区探测中的运用分析

2016-04-14王刚

地球 2016年5期

关键词：波阻抗振幅方差

■王刚

（河北省煤田地质局物测地质队河北邢台054000）

三维地震勘探法在煤矿采空区探测中的运用分析

■王刚

（河北省煤田地质局物测地质队河北邢台054000）

三维地震勘探法是一种集计算机学、数学、物理学等为一体的重要勘探方法，其位置预测的可靠性更高，勘探图像清晰度比较高。在煤矿采空区探测中应用三维地震勘探法，可以准确探测采空区范围和位置，从而有针对性地采取防护措施，保障煤炭开采生产安全。本文简要介绍了煤矿采空区地球物理特性，分析了煤矿采空区应用三维地震勘探法的基本原理，阐述了三维地震勘探法在煤矿采空区探测的具体应用，以供参考。

三维地震勘探法煤矿采空区探测运用

1 煤矿采空区地球物理特性

煤矿采空区是指通过机采、炮采或者镐挖等方法开采部分煤层或者全部煤层以后留下来的空间区域。当部分煤层开采完成以后，煤层上方的地应力无法到保持原有的平衡性，一部分覆岩层会逐渐发生变形或者位移，形成各种不规则裂缝，甚至发生严重的坍塌，出现破碎带、裂隙带和冒落带[1]。不同煤矿的开采时间、开采厚度、煤层厚度和埋深都不同，这也使得煤矿采空区出现不同的存在形式，大多数的煤矿采矿区往往都填充着塌落的覆基岩或者地下水。

2 煤矿采空区应用三维地震勘探法的基本原理

在煤矿采空区应用三维地震勘探法，是基于不同介质，其波阻抗不同的原理，反射波能量和波阻抗差异成正比例关系，不同介质之间的波阻抗差异越大，可以获得更好的勘探效果。煤矿开采之前，煤层具有低频、低密度等特点，周围围岩和煤层之间的波阻抗差异比较大，探测反射波能量非常强。当煤层之间被采空，采空区上覆地层密度比较低，煤层更加疏松，在应用三维地震勘探法时，地震波的频率、速度、能量等都会发生变化，并且通过分析其时间剖面情况，其存在着明显的延时现象，频率较低，波形异常，煤层反射波相位和相轴出现分离不连续[2]。

3 三维地震勘探法在煤矿采空区探测的具体应用

在黄土高原西侧有一个王家岭煤矿，其位于侵蚀较强的中、低山地地貌区域，相对高差可达130m，地形复杂多变，浅表层地球物理特性相对较差，被大面积的黄土所覆盖，煤矿区坡度比较陡。该煤矿地层从下到上包括：石千峰组、下石盒子组、叠统组、中奥陶统组、治里组等。该煤矿勘探区中包含3号和8号煤层，这两个煤层之间的距离约46m，3号煤层平均厚度约6.65m，8号煤层平均厚度约2.45m，适合应用三维地震勘探法进行探测。通过运用三维地震勘探法，全面了解煤矿采空区的构造、目的层发育、地震地质条件等情况。

运用三维地震勘探法在煤矿采空区进行探测时，设置8炮束8线状观测系统，结合200m～400m埋深的煤层特点，偏移距约10m，通过50道进行接收，由于该煤矿区的陡坡悬崖相对比较多、地形复杂多变，无法在正点实施炮检点，适当增加备用道数，用24次覆盖结构，确保煤矿采空区探测数据的全面性。通过噪音偏移和衰减、倾角时差叠加、速度分析、反褶积处理、静校正、高通滤波、真振幅恢复、资料整理和分析等，提高探测数据的分辨率。地震波受到大地滤波影响，其传播能量衰减较多，特别是损失很多的高频成分。同时，检波器震源能量差异会影响有效波振幅，使得振幅变化无法真正反映出地下煤层的相互差异和动力学特性，应运用一致性地表振幅补偿，恢复地震波能量。

以该煤矿区II采空区为例，其时间剖面上显示：T2波相轴中断、下凹，并且T2波具有不连续性，波形杂乱，呈现蚯蚓形状排列，连续性较差，频率很低，同相轴比较粗，中间区域时间延迟[3]。

在该煤矿II采空区运用三维地震勘探法，通过分析方差、相位、频率、波形、振幅等属性，其中方差、弧长和振幅对于该煤矿采空区的探测效果非常明显。

根据该煤矿采空区振幅属性，通过振幅切片可以分析反射波振幅强度，采空区上下岩层的波阻抗存在较大差异，振幅强度可以反映出上下两层的岩性变化情况。这种振幅切片法在很大程度上弥补了传统解释方法的一些问题，具有空间分辨率高、快速解释、直观清晰等优点，结合煤矿采空区的属性特征和地球物理特性，煤矿采空区的地震带振幅比较低，从而探测采空区范围。同时，煤矿采空区的方差属性主要是对三维数据计算方差值，相邻地震道和每个样点的平均主值方差，利用加权归一化，获得求取值。方差属性对于探测煤矿采空区的地层、采空区和断层不连续的效果非常明显，结合平均样点主值和采空区样点值之间的差值，准确分辨和识别煤矿采空区。另外，煤矿采空区弧长属性主要反映了地震波的频率和振幅变化，呈现出地震反射波波形特点，地震波振幅和频率增大，会直接增大弧长值，在煤矿采空区地震反射波频率和振幅变化非常明显，从而确定采空区位置。