王 军

(山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600)



三维地震勘探属性解释法在采空区探测中的应用

王 军

(山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600)

分析了采空区的地震响应特征，根据某勘探区的地质条件，从野外数据采集、数据处理、资料解释等方面，阐述了三维地震勘探属性解释法在采空区探测中的应用，指出该方法可以更加准确、直观的圈定勘探区的采空区范围。

采空区，三维地震勘探，煤层，反射波

0 引言

采空区主要是指煤矿开采煤层后形成的遗留空间，多以充水、充气、上覆基岩塌落填充等形式存在。采空区的存在一方面会影响正常的采煤作业，另一方面也会对安全生产带来严重威胁。由于我国采煤历史较长，且中小煤矿采煤工艺粗放、落后，造成了相当面积的采空区和相当数量煤炭资源的浪费。为了有效利用煤炭资源，我国开始了对产能较低，工艺落后的中小煤矿的兼并、整合，查明这些小煤矿粗放开采、不合理开采造成的采空区对兼并整合矿的正常、安全生产有着重大的意义。

常规的地震解释法是利用时间剖面上煤层反射波的波组特征进行异常区域解释，主要缺点是受解释者主观影响较大，容易遗漏小构造，且不够直观。地震属性解释法是通过数学方法将地震数据的几何学、动力学、运动学以及统计特征有效度量，并且在一个面上将这些值表现出来，将异常值区域进行圈闭完成了地质异常体的解释。因此属性解释法尽可能减少了解释者对解释成果的主观影响，因此解释成果更加准确、客观、真实、直观的反映煤层发育情况。

1 采空区的地震响应

煤层有着较好的地震响应，地震勘探就是利用煤层的这一物性特点，对煤层构造及产状进行探测。煤层的地震响应主要表现为地震波的传播时间、振幅、相位、频率等物理特性。当煤层发生变化时，煤层反射波的物理特性也就发生了变化。采空区作为煤层中的异常地质体，一般多以充水、充气、上覆基岩塌落填充等形式存在，相比周围完整煤层，其物理特性发生变化，反射波穿过时，地震波的物理特征也随之发生变化，具体表现为频率杂乱无章，时间延迟，振幅变弱等，同相轴紊乱或者消失。属性解释法就是提取地震波中关于采空区的敏感属性，将其特征放大，最终完成采空区的解释。

2 实例分析

2.1 勘探区地震地质条件

勘探区地处太行山东部黄土高原，属中低采空区山区，地表经长期风化剥蚀，沟谷纵横，地形较复杂。本区最高点海拔为1 548.8 m，最低点海拔为1 278 m，最大相对高差270.8 m，高差较大。所以本区相比其他勘探区，地形复杂，表层地震地质条件复杂。本区地表出露有基岩、黄土及河漫滩，所以本区的浅层地震地质条件也较为复杂。

据区域地质资料可知，本区主要煤层15号煤层平均厚度约6.2 m，并且整个勘探区较为稳定，15号煤层的顶底板为泥岩、砂质泥岩或砂岩，理学性质与煤层有很大差别，所以煤层与顶底板之间会形成显著的波阻抗差异，因此在进行地勘勘探的时候，15号煤层会形成连续追踪且波组条件较好的煤层反射波，该组发射波命名为T15。所以本区的深层地震地质条件依据煤层气勘查规范为复杂。T15波是本次三维地震勘探的目的波，所有的地质解释都是基于该反射波进行的。综合表层、浅层及深层的地震地质条件，本区为地震地质条件复杂的地震勘探区。

2.2 野外数据采集

野外数据采集质量的高低是后期采空区解释的先决条件，因此要尽量做到激发岩性的统一及CDP网格均匀。地震勘探观测系统的设计要考虑到地质任务、勘探区的地形特点、目的煤层的赋存状况及构造发育情况，据此，本次地震勘探设了中间放炮、8线8炮的束状观测系统，测线方向与地层走向垂直,为东西向,CDP网格5 m×10 m(纵5横10)，最大覆盖次数20次。

2.3 数据处理

分辨率高、信噪比高的数据体是采空区准确解释的基础条件，所以必须做好静校正、反褶积、叠加、去噪、速度偏移等处理环节。

在充分分析了本区的地形特点及野外数据的采集状况后，认为本区资料处理应在以下几点加大力度：1)空间属性建立，保证炮检点关系的准确；2)静校正，消除因地形带来的时差对数据叠加造成的影响；3)反褶积，展宽数据主频宽度，提高数据的分辨率；4)速度分析，保证地震资料的同相叠加；5)三维地表一致性剩余静校正TDSAT，消除剩余校正量对CMP道集叠加的影响；6)保幅叠加，使地震波的频率、相位、振幅等波要素更加准确，从而使地震波能够更真实反映煤层的赋存情况；7)叠后去噪，消除随机噪声，从而使地震剖面更加真实自然；8)偏移，使反射道能正确的归位，消除地层倾角对地震波的影响，从而使地震波能够更加真实的揭露地下煤层的构造位置。

2.4 资料解释

资料解释的过程就是将地震成果转变为地质成果的过程。这一过程的实现采用的一种方法是通过在时间剖面上识别地质异常体在煤层反射波的反映特征来实现，另一种方法就是文中说的属性解释法。

采空区在地震时间剖面上表现为反射波组中断，层位不能连续追踪;反射波频率发生变化，频率降低；能量衰减，波形不稳定，发生扭曲甚至是畸变(见图1)。

利用属性进行解释采空区，第一步是要进行属性的优选，地震属性可分为层面属性、层间属性及体属性，各类别属性又包含着若干属性，通过与已揭露采空区进行对比，优选出对采空区敏感度最高的属性是采空区属性解释中最关键也是最基础的环节。

通过对比发现振幅及频率属性对采空区的敏感度最高，是解释采空区最合适的两种地震属性。

采空区内由于反射波能量减弱，所以振幅值会降低，而正常区域振幅值会比较稳定，在属性切片上会表现为属性异常值的圈闭(见图2)。

频率属性是另外一种对采空区敏感度高的属性。采空区内或有水或有气体或有坍塌物，因此采空区发反射波的频率会出现异常、不稳定，在频率属性切片上，采空区表现为频率值杂乱无章、无一定规律的异常圈闭，而正常区域频率值则较稳定(见图3)。

通过振幅及频率属性参考采空在时间剖面上的表现特征，很快圈定该勘探区有一较大的采空区。并且经过实际验证，范围大小也符合实际揭露情况。

3 结语

1)在煤层被采空区，煤层的地球物理特征的变化，这种物性差异是采用地震方法探测采空区的物性基础。2)属性解释法相比传统地震解释法更加准确、直观。3)在各种属性中振幅属性及频率属性更适合解释采空区。

[1] 宗志刚.地震勘探方法在探测煤矿采空区中的应用研究[M].北京：中国地质大学，2006.

[2] 王永刚,乐友喜,张军华.地震属性分析技术[M].青岛:中国石油大学出版社,2007.

[3] 申有义,刘海平.地震属性方法在煤矿采空区解释上的应用[A].煤矿采空区地球物理勘查技术暨第五届工程物探疑难问题研讨会论文集[C].2012.

On application of three-dimension seismic attribute analysis in exploration of goaf areas

Wang Jun

(ShanxiProvinceCoalGeologyGeophysicalProspectingandSurveyingandMappingInstitute,Jinzhong030600,China)

The paper analyzes the seismic response features of the goaf, illustrates the application of the three-dimension seismic attribute analysis in exploration of goaf areas from the field data acquisition, data process, and document interpretation according to the geological conditions for some survey areas, and points out the method is more accurate to identify the goaf scopes of the survey areas.

goaf area, three-dimension seismic survey, coal stratum, reflected wave

1009-6825(2016)26-0093-02

2016-07-08

王 军(1980- )，男，工程师

P631.4

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