地震波形差异技术在山西ky矿预测陷落柱中的应用

李文花

（1.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州072750）

地震波形差异技术在山西ky矿预测陷落柱中的应用

李文花

（1.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州072750）

地震波形差异主要表现在陷落柱边界部位的差异、不连续/间断的异常特征。在地震时间剖面分辨率不能满足陷落柱精细解释时，依靠地震波形差异属性特征值的空间变化，可以有效地刻画出陷落柱在各煤层中的发育边界及高度。以山西ky矿为例，在陷落柱的解释中，对三维地震勘探技术中的常规时间剖面、波形差异属性雕刻技术、方差体切片等进行对比分析，结果表明利用地震时间剖面解释陷落柱的边界及高度误差较大，而地震波形差异属性可以精细刻画出陷落柱的边界及冒落高度。通过地震波形差异技术在该区的运用，圈定陷落柱7处，其结果经矿方实际采掘验证，效果较好。

陷落柱；属性；波形差异；时间剖面

三维地震勘探在解决煤层底板、断层、煤厚、煤层冲刷带、无煤带及陷落柱等方面已经取得了很好的效果，为矿井的安全生产提供了强有力的技术支持，近些年来对陷落柱的认识也在逐渐加强，通过常规解释、水平切片、振幅切片，各种属性特征来解释陷落柱也取得了较好的效果。本文基于陷落柱的地质发育规律，通过地震时间剖面反射波特征来识别陷落柱，然后通过地震波形差异的技术来解释陷落柱的区域，可有效查明陷落柱的分布范围，为提高矿井优化设计，满足巷道施工和回采工作面，实现安全生产提供了很好的技术支持。

1陷落柱的地质特征

陷落柱在煤系中的发育特征如图1所示，在平面上多表现为椭圆形、圆形，少量呈不规则形态；在剖面上呈上小下大的圆柱状、筒状、斜塔状、不规则形状，其直径大小从几十米至数百米不等，陷落柱从灰岩顶面到柱体顶端的高度一般一百米到数百米，最大可达500～600 m，陷落柱下部一般插入灰岩内数十米，陷落柱内的堆积物往往是逐次陷落形成，其下部堆积物的陷落深度较大（与原生岩层相比），而往上则陷落深度较小。陷落柱内岩块杂乱无章，排列紊乱，菱角明显，胶结程度不一；塌陷堆积物密度差异变化较大，相比围岩其强度较低，孔隙度较好，陷落柱的周边与围岩的联结也较脆弱，其外侧的岩层通常裂隙也较发育。

2陷落柱在地震资料上的响应特征

2.1在时间剖面上的响应特征

图1　几种典型的煤矿陷落柱示意图Figure 1 A schematic diagram of some typical coalmine subsided columns

由于陷落柱内塌陷物呈无序、杂乱无章的分布，其胶结程度不一，密度差异变化较大。因而，较大的陷落柱的地震响应在属性剖面上特征表现为：标准反射波的中断；而较小的陷落柱的地震响应在属性剖面上特征表现为：在陷落柱发育的部位受陷落柱边棱绕射不能完全偏移归位的影响，仍然有绕射波残余的存在，但比正常标准反射能量弱。从图2陷落柱在地震时间剖面及地震波形差异剖面切片上的反映分析可知，用地震时间剖面难于对陷落柱在各煤层中的发育高度与发育边界进行精细解释，而用波形差异技术则可大大提高对陷落柱发育高度及发育边界的识别。

2.2地震波形差异技术

图2　陷落柱在地震时间剖面及属性切片上的反映Figure 2 Subsided column reflections on seismic time section and attribute slice

地震波形差异体属性属地震相似类属性之一，它是计算时窗中心道和指定的相邻道差异系数的数学方法。由于地震波在穿越地质异常体时会出现地震波散射产生的明显差异，能够获得比传统属性分析更清晰的成像，地震波形差异技术就是提取了三维数据体里面某一层位的各个点的地震特性值，通过加工计算，从而获得了对陷落柱特性敏感的数据源，形成了具有地质特征的地震响应值。

地震波形差异属性分析的成果表现为：在正常煤系部位（即陷落柱边界两侧正常沉积煤/岩层），表现为连续/不间断的波形相似层序，而在陷落柱发育边界部位则表现出差异、不连续/间断的异常特征，该特征可用于精细刻画陷落柱发育的高度及发育边界。

从图3中可以看出对地震体进行波形差异属性分析陷落柱边界部位差异特征扰动带明显，为下一步精细分析解释陷落柱的发育边界及发育高度奠定了基础。

图3　正常地层沉积序列地震时间剖面（左）、波形差异属性剖面（右）对比图Figure 3 Comparison of normal strata sedimentary sequence seismic time section（left）and waveform difference attribute section（right）

2.3基于地震波形差异技术解释陷落柱的基本思路

陷落柱解释的基本思路是，首先通过陷落柱理论模型正演研究，分析几种典型陷落柱在地震剖面上的可识别程度；对于直径大于20 m的陷落柱，以时间剖面、结合地震属性沿层切片为指引，结合三维可视化技术，在二维、三维窗口联动解释；对于小于20 m的陷落柱，建立了以地震波形差异属性切片为主，结合Semblance时间属性剖面图以及Difference属性剖面图综合分析为辅助的识别方法。从图4对地震体进行波形差异属性分析中可以看出，在陷落柱边界及顶部形成的属性差异特征扰动带可解释陷落柱的发育边界及发育高度，提高了陷落柱发育边界及发育高度的识别能力。

通过以上的分析，结合ky矿实际特征，发现类似以上特征煤层波发育区，据此认为本区存在陷落柱异常范围。

3应用实例效果

图4　波形差异属性清晰显示出陷落柱发育边界及发育高度Figure 4 Waveform difference attribute clearly shown subsided column development boundary and height

山西ky矿位于位于沁水煤田西北部，属掩盖-半掩盖区，新生界广泛分布，基岩零星出露于沟谷之内，西部区域基岩大面积裸露。井田内主要含煤地层为山西组和太原组，共含煤17层，本区主要可采煤层为3、6、8、9、15、15下号煤层，其余煤层均为局部或零星赋存的不可采煤层。可采范围分布于全井田，结构简单，但在实际开采中遇到了大量的陷落柱，影响了开掘进度，造成了巨大损失。为了完成“圈定9#煤层陷落柱范围”这一地质任务，我们研究了“陷落柱”构造在地震剖面上的表现特征，并结合山西矿区“陷落柱”成因前人的研究成果。总结了“陷落柱”构造的地震特征：在地震属性剖面上表现为地震波同相轴的紊乱，在沿层振幅切片上则表现为振幅弱异常，在三维可视化解释成果上表现为小的振幅，地震波形差异切片时具体表现为椭圆或不规则条带状异常。

通过图5对陷落柱在地震时间剖面上的反应及波形差异属性解释结果对比可以看出：利用地震时间剖面解释陷落柱的边界及高度误差较大，而利用地震波形差异属性可以精细刻画出陷落柱的边界及冒落高度。

据此解释原则对全区进行了解释，本勘探区内共解释9#煤层中有7个疑似陷落柱存在。见图6为9#煤层在常规属性切片及地震波形差异切片上的陷落柱显示。

经过矿方后期的采掘验证，可知本次三维地震的地震波形差异技术效果良好，为矿方的后期巷道的设计及采掘面的布设提供了很好的技术借鉴。

图5　陷落柱三维地震多属性识别Figure 5 3D seismic multiattribute discrimination of subsided column

图6　9#煤层陷落柱显示图Figure 6 Display of subsided column in coal No.9

4结论

从实例分析可以看出地震波形差异属性从另一个角度反映了分析对象的地震地质特性特征。通过对陷落柱的地质特征的分析，及其地震响应特征，以地震属性剖面特征的认识，结合常规地震属性的切片的优点，运用地震波形差异技术的刻画，能够很好的解决陷落柱分布范围，解决了常规地震属性技术在分辨率上的缺陷。由于地震属性的多解性，在实际应用中要根据研究地质目的的不同来选择参与计算波形比较的道数及时间分析窗口。

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Application of Seismic Waveform Difference Technology in Shanxi KY Coalmine Subsided Column Prediction

Li Wenhua
（Geophysical Prospecting and Research Institute，CNACG，Zhuozhou，Hebei 072750）

The seismic waveform difference is mainly marked by subsided column boundary part differences，discontinuous/interrupted anomalous features.If seismic time section resolution can not satisfy fine interpretation of subsided column，rely on seismic waveform difference attribute eigenvalue spatial variation can effectively depict subsided column development boundary and height in coal seams.Taking the KY coalmine in Shanxi as example，in subsided column interpretation，comparatively analyzed 3D seismic prospecting traditional time section，waveform difference attribute engraving technology，variance cube slice etc.The result has shown that through seismic time section to interpret subsided column boundary and height will cause larger errors；while the seismic waveform difference attribute can finely depict subsided column boundary and caving height.Trough the technology，7 subsided columns have been delineated in the coalmine，after mining validation，the good effect is proved.

subsided column；attribute；waveform difference；time section

P631.4

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.08.17

1674-1803（2016）08-0078-05

李文花（1985—），女，山西朔州人，工程师，太原理工大学计算机科学与技术专业毕业，学士学位，主要从事煤田地震勘探生产与理论研究工作。

2016-07-20

责任编辑：孙常长