韓咀煤礦識別煤層老采空區的相對波阻方法*

郭占峰　程增慶　王建忠　李　忠

(1.山西華晉韓咀煤業有限責任公司；2.中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院)

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韓咀煤礦識別煤層老采空區的相對波阻方法*

郭占峰1程增慶2王建忠1李忠2

(1.山西華晉韓咀煤業有限責任公司；2.中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院)

摘要以韓咀煤礦老采空區為例，分析了利用相對波阻抗剖面識別解譯煤層老采空區的方法，相對波阻抗是在偏移處理成果剖面的基礎上對地震道進行積分，其實質是波阻抗剖面的高頻分量。預測結果表明：相對波阻抗可有效預測巷道式采空區，滿足煤礦安全生產的要求。

關鍵詞相對波阻抗煤層老空區巷道式采空區

韓咀煤礦為整合礦井，在該煤礦井田內及周邊分布眾多的小煤礦，小煤礦主要是以房式或穿洞式或巷道式進行開采。韓咀煤礦開采是在采空區中進行，采空區給該煤礦的掘進和安全生產帶來了較大的安全隱患。相對波阻抗剖面是介于地震時間剖面和地質剖面之間一種地震剖面，既有地震時間剖面的信息，又有地質剖面的信息，可對老采空區進行有效識別[1-2]。為此，本研究利用該方法對韓咀煤礦的老采空區進行三維地震探測。

1煤層房柱式老采空區特點

韓咀煤礦區地層由老至新依次為奧陶系中統峰峰組，石炭系中統本溪組、上統太原組，二疊系下統山西組、下石盒子組、上統上石盒子組、第四系中更新統。發育的主要煤層為2#，10#煤層，2#煤層埋深100～300 m，煤層位于山西組中部，下距7#煤層17.99～41.61 m，平均31.08 m，煤層厚5.00～7.97 m，平均厚6.47 m，含夾矸0～5層，一般含0～3層夾石，結構較簡單，頂底板巖性多為泥巖或粉砂巖。全區煤層厚度變化不大，屬穩定可采煤層。韓咀煤礦煤層老采空區是19世紀小煤窯采用房式或穿洞式或巷道式采煤方式產生的。老采空區通常表現為巷道、小規模采空區等形式，由人工采煤產生的煤層破壞變形在形態上無規律，不受任何地質條件制約，但各有特點。

2相對波阻抗處理

2.1相對波阻抗的基礎處理

相對波阻抗的基礎處理需采用多域多手段的質量監控方式，如線性動校正檢查屬性、觀測系統圖、高程平面圖和單炮顯示等。韓咀煤礦地震資料處理的難點是靜校正與初至切除工作，同時應進行反褶積測試、多次迭代速度分析及最小相位化等工作。利用鉆孔資料擬合偏移速度進行迭前時間偏移處理，得到相對波阻抗處理的成果。

2.2地震道積分處理

由于韓咀煤礦采空區分布無規律可循且無相關的地質資料，三維地震監測的目標較小，因而無法通過常規解譯方法識別出該類巷道式采空區。相對波阻抗信息可最大限度地利用地震資料的相對變化解譯房式采空區的細微變化。目前相對波阻抗處理為對地震道進行積分處理得到的地震道積分時間剖面。相對波阻抗處理輸入為疊前時間偏移處理成果，輸出為相對波阻抗剖面成果。煤炭三維地震資料實際上可表述為地震子波與地層反射系數的褶積，即通常描述的線性模型。

由相關公式推導可知：對反射系數進行積分相當于對波阻抗計算自然對數，通過該過程即可對波阻抗進行反演(或稱為地震道積分)。相對波阻抗反演的優點是從零時刻向下遞推，由于處理成果中缺失低頻成分因而遞推時產生的累計誤差相對較小，僅為一個簡單的地震道積分，計算較簡單，無需通過測井資料內插和外推對反射系數進行標定。

地震道積分反演結果的精度受地震資料信噪比和分辨率的影響，用于相對波阻抗反演的地震迭前時間偏移須為高保真度的地震資料，若三維地震資料未采用保持振幅處理，那么在進行地震道積分反演時，所得到的相對波阻抗便無法反映地層、煤層采空區等信息。因此，進行地震道積分的三維地震資料應該保持高信噪比、高分辨率、高保真度及準確成像。

3相對波阻抗剖面及應用

因兼并、重組，韓咀煤礦周圍及勘探區內的采空區分布多、零碎、破壞程度大，給野外資料采集、解釋均帶來了一定的難度。本研究在搜集已知地質資料并結合野外調查的基礎上，以三維地震勘探成果為主，結合瞬變電磁資料進行相互解譯驗證。

通過地震處理得到相對波阻抗地震時間剖面的頻帶寬度為6～120 Hz，地震優勢頻率為50 Hz。在相對波阻抗數據體上，2#，10#煤層均表現為目的層，2#煤表現為厚煤層的低阻抗特征，其上覆、下伏砂巖表現為相對較高的阻抗，其上下泥質粉砂巖阻抗也高于煤層，地震相對波阻抗反演數據體的地質屬性更清晰。從反演剖面看，煤層厚度相對較穩定，2#煤層上覆、下伏地層巖性也表現為穩定的特征。通過沿2#煤層底板的時間相對波阻抗沿層切片分析，發現在煤層內相對波阻抗平面變化較大，煤層厚度變化不大而相對波阻抗變化較大是由房式采空區的地震反射特征所致，據此解譯了全區煤層老采空區的范圍及邊界。韓咀煤礦采空區解譯效果表明：相對波阻抗處理方法是一種煤炭采空區識別的有效方法，主要特點：①相對波阻抗處理的地震道積分無需任何地質補充資料及信息而完成的無約束地震反演，反演結果相當于地層的波阻抗高頻成分關系，是地震純波剖面的積分反演結果；②相對波阻抗處理的地震道積分對煤層房式或穿洞式或巷道式采空區的預測精度取決于地震資料的信噪比和分辨率，因此利用相對波阻抗處理的地震道積分資料進行解譯時還需利用測井資料對煤層波進行標定。

4結語

以韓咀煤礦老采空區為例，討論了房式采空區地震資料處理技術及利用三維地震勘探資料的相對波阻抗資料識別房式采空區的模式(地震道積分剖面上房式老采空區表現為低波阻抗值，利用道積分方法直接求取相對波阻抗剖面)，對于老采空區的地質解譯有一定的參考價值。

參考文獻

[1]李慶忠.走向精確勘探的道路——高分辨率地震勘探系統工程剖析[M].北京：石油工業出版社，1993.

[2]饒河清，李萍軍，黃河，等.寬方位角在煤田三維地震勘探中的研究與應用[J].金屬礦山，2014(12):143-146.

(收稿日期2015-11-01)

*中石油物探重大技術專項(編號：2011D—3806)。

郭占峰(1966—)，男，高級工程師，042100 山西省鄉寧縣。