李文花

（1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北涿州072750）

地震波形差異技術(shù)在山西ky礦預(yù)測(cè)陷落柱中的應(yīng)用

李文花

（1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北涿州072750）

地震波形差異主要表現(xiàn)在陷落柱邊界部位的差異、不連續(xù)/間斷的異常特征。在地震時(shí)間剖面分辨率不能滿足陷落柱精細(xì)解釋時(shí)，依靠地震波形差異屬性特征值的空間變化，可以有效地刻畫(huà)出陷落柱在各煤層中的發(fā)育邊界及高度。以山西ky礦為例，在陷落柱的解釋中，對(duì)三維地震勘探技術(shù)中的常規(guī)時(shí)間剖面、波形差異屬性雕刻技術(shù)、方差體切片等進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明利用地震時(shí)間剖面解釋陷落柱的邊界及高度誤差較大，而地震波形差異屬性可以精細(xì)刻畫(huà)出陷落柱的邊界及冒落高度。通過(guò)地震波形差異技術(shù)在該區(qū)的運(yùn)用，圈定陷落柱7處，其結(jié)果經(jīng)礦方實(shí)際采掘驗(yàn)證，效果較好。

陷落柱；屬性；波形差異；時(shí)間剖面

三維地震勘探在解決煤層底板、斷層、煤厚、煤層沖刷帶、無(wú)煤帶及陷落柱等方面已經(jīng)取得了很好的效果，為礦井的安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，近些年來(lái)對(duì)陷落柱的認(rèn)識(shí)也在逐漸加強(qiáng)，通過(guò)常規(guī)解釋、水平切片、振幅切片，各種屬性特征來(lái)解釋陷落柱也取得了較好的效果。本文基于陷落柱的地質(zhì)發(fā)育規(guī)律，通過(guò)地震時(shí)間剖面反射波特征來(lái)識(shí)別陷落柱，然后通過(guò)地震波形差異的技術(shù)來(lái)解釋陷落柱的區(qū)域，可有效查明陷落柱的分布范圍，為提高礦井優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足巷道施工和回采工作面，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)提供了很好的技術(shù)支持。

1陷落柱的地質(zhì)特征

陷落柱在煤系中的發(fā)育特征如圖1所示，在平面上多表現(xiàn)為橢圓形、圓形，少量呈不規(guī)則形態(tài)；在剖面上呈上小下大的圓柱狀、筒狀、斜塔狀、不規(guī)則形狀，其直徑大小從幾十米至數(shù)百米不等，陷落柱從灰?guī)r頂面到柱體頂端的高度一般一百米到數(shù)百米，最大可達(dá)500～600 m，陷落柱下部一般插入灰?guī)r內(nèi)數(shù)十米，陷落柱內(nèi)的堆積物往往是逐次陷落形成，其下部堆積物的陷落深度較大（與原生巖層相比），而往上則陷落深度較小。陷落柱內(nèi)巖塊雜亂無(wú)章，排列紊亂，菱角明顯，膠結(jié)程度不一；塌陷堆積物密度差異變化較大，相比圍巖其強(qiáng)度較低，孔隙度較好，陷落柱的周邊與圍巖的聯(lián)結(jié)也較脆弱，其外側(cè)的巖層通常裂隙也較發(fā)育。

2陷落柱在地震資料上的響應(yīng)特征

2.1在時(shí)間剖面上的響應(yīng)特征

圖1　幾種典型的煤礦陷落柱示意圖Figure 1 A schematic diagram of some typical coalmine subsided columns

由于陷落柱內(nèi)塌陷物呈無(wú)序、雜亂無(wú)章的分布，其膠結(jié)程度不一，密度差異變化較大。因而，較大的陷落柱的地震響應(yīng)在屬性剖面上特征表現(xiàn)為：標(biāo)準(zhǔn)反射波的中斷；而較小的陷落柱的地震響應(yīng)在屬性剖面上特征表現(xiàn)為：在陷落柱發(fā)育的部位受陷落柱邊棱繞射不能完全偏移歸位的影響，仍然有繞射波殘余的存在，但比正常標(biāo)準(zhǔn)反射能量弱。從圖2陷落柱在地震時(shí)間剖面及地震波形差異剖面切片上的反映分析可知，用地震時(shí)間剖面難于對(duì)陷落柱在各煤層中的發(fā)育高度與發(fā)育邊界進(jìn)行精細(xì)解釋?zhuān)貌ㄐ尾町惣夹g(shù)則可大大提高對(duì)陷落柱發(fā)育高度及發(fā)育邊界的識(shí)別。

2.2地震波形差異技術(shù)

圖2　陷落柱在地震時(shí)間剖面及屬性切片上的反映Figure 2 Subsided column reflections on seismic time section and attribute slice

地震波形差異體屬性屬地震相似類(lèi)屬性之一，它是計(jì)算時(shí)窗中心道和指定的相鄰道差異系數(shù)的數(shù)學(xué)方法。由于地震波在穿越地質(zhì)異常體時(shí)會(huì)出現(xiàn)地震波散射產(chǎn)生的明顯差異，能夠獲得比傳統(tǒng)屬性分析更清晰的成像，地震波形差異技術(shù)就是提取了三維數(shù)據(jù)體里面某一層位的各個(gè)點(diǎn)的地震特性值，通過(guò)加工計(jì)算，從而獲得了對(duì)陷落柱特性敏感的數(shù)據(jù)源，形成了具有地質(zhì)特征的地震響應(yīng)值。

地震波形差異屬性分析的成果表現(xiàn)為：在正常煤系部位（即陷落柱邊界兩側(cè)正常沉積煤/巖層），表現(xiàn)為連續(xù)/不間斷的波形相似層序，而在陷落柱發(fā)育邊界部位則表現(xiàn)出差異、不連續(xù)/間斷的異常特征，該特征可用于精細(xì)刻畫(huà)陷落柱發(fā)育的高度及發(fā)育邊界。

從圖3中可以看出對(duì)地震體進(jìn)行波形差異屬性分析陷落柱邊界部位差異特征擾動(dòng)帶明顯，為下一步精細(xì)分析解釋陷落柱的發(fā)育邊界及發(fā)育高度奠定了基礎(chǔ)。

圖3　正常地層沉積序列地震時(shí)間剖面（左）、波形差異屬性剖面（右）對(duì)比圖Figure 3 Comparison of normal strata sedimentary sequence seismic time section（left）and waveform difference attribute section（right）

2.3基于地震波形差異技術(shù)解釋陷落柱的基本思路

陷落柱解釋的基本思路是，首先通過(guò)陷落柱理論模型正演研究，分析幾種典型陷落柱在地震剖面上的可識(shí)別程度；對(duì)于直徑大于20 m的陷落柱，以時(shí)間剖面、結(jié)合地震屬性沿層切片為指引，結(jié)合三維可視化技術(shù)，在二維、三維窗口聯(lián)動(dòng)解釋?zhuān)粚?duì)于小于20 m的陷落柱，建立了以地震波形差異屬性切片為主，結(jié)合Semblance時(shí)間屬性剖面圖以及Difference屬性剖面圖綜合分析為輔助的識(shí)別方法。從圖4對(duì)地震體進(jìn)行波形差異屬性分析中可以看出，在陷落柱邊界及頂部形成的屬性差異特征擾動(dòng)帶可解釋陷落柱的發(fā)育邊界及發(fā)育高度，提高了陷落柱發(fā)育邊界及發(fā)育高度的識(shí)別能力。

通過(guò)以上的分析，結(jié)合ky礦實(shí)際特征，發(fā)現(xiàn)類(lèi)似以上特征煤層波發(fā)育區(qū)，據(jù)此認(rèn)為本區(qū)存在陷落柱異常范圍。

3應(yīng)用實(shí)例效果

圖4　波形差異屬性清晰顯示出陷落柱發(fā)育邊界及發(fā)育高度Figure 4 Waveform difference attribute clearly shown subsided column development boundary and height

山西ky礦位于位于沁水煤田西北部，屬掩蓋-半掩蓋區(qū)，新生界廣泛分布，基巖零星出露于溝谷之內(nèi)，西部區(qū)域基巖大面積裸露。井田內(nèi)主要含煤地層為山西組和太原組，共含煤17層，本區(qū)主要可采煤層為3、6、8、9、15、15下號(hào)煤層，其余煤層均為局部或零星賦存的不可采煤層。可采范圍分布于全井田，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在實(shí)際開(kāi)采中遇到了大量的陷落柱，影響了開(kāi)掘進(jìn)度，造成了巨大損失。為了完成“圈定9#煤層陷落柱范圍”這一地質(zhì)任務(wù)，我們研究了“陷落柱”構(gòu)造在地震剖面上的表現(xiàn)特征，并結(jié)合山西礦區(qū)“陷落柱”成因前人的研究成果。總結(jié)了“陷落柱”構(gòu)造的地震特征：在地震屬性剖面上表現(xiàn)為地震波同相軸的紊亂，在沿層振幅切片上則表現(xiàn)為振幅弱異常，在三維可視化解釋成果上表現(xiàn)為小的振幅，地震波形差異切片時(shí)具體表現(xiàn)為橢圓或不規(guī)則條帶狀異常。

通過(guò)圖5對(duì)陷落柱在地震時(shí)間剖面上的反應(yīng)及波形差異屬性解釋結(jié)果對(duì)比可以看出：利用地震時(shí)間剖面解釋陷落柱的邊界及高度誤差較大，而利用地震波形差異屬性可以精細(xì)刻畫(huà)出陷落柱的邊界及冒落高度。

據(jù)此解釋原則對(duì)全區(qū)進(jìn)行了解釋?zhuān)究碧絽^(qū)內(nèi)共解釋9#煤層中有7個(gè)疑似陷落柱存在。見(jiàn)圖6為9#煤層在常規(guī)屬性切片及地震波形差異切片上的陷落柱顯示。

經(jīng)過(guò)礦方后期的采掘驗(yàn)證，可知本次三維地震的地震波形差異技術(shù)效果良好，為礦方的后期巷道的設(shè)計(jì)及采掘面的布設(shè)提供了很好的技術(shù)借鑒。

圖5　陷落柱三維地震多屬性識(shí)別Figure 5 3D seismic multiattribute discrimination of subsided column

圖6　9#煤層陷落柱顯示圖Figure 6 Display of subsided column in coal No.9

4結(jié)論

從實(shí)例分析可以看出地震波形差異屬性從另一個(gè)角度反映了分析對(duì)象的地震地質(zhì)特性特征。通過(guò)對(duì)陷落柱的地質(zhì)特征的分析，及其地震響應(yīng)特征，以地震屬性剖面特征的認(rèn)識(shí)，結(jié)合常規(guī)地震屬性的切片的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用地震波形差異技術(shù)的刻畫(huà)，能夠很好的解決陷落柱分布范圍，解決了常規(guī)地震屬性技術(shù)在分辨率上的缺陷。由于地震屬性的多解性，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)研究地質(zhì)目的的不同來(lái)選擇參與計(jì)算波形比較的道數(shù)及時(shí)間分析窗口。

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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，工程師，太原理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，主要從事煤田地震勘探生產(chǎn)與理論研究工作。

2016-07-20

責(zé)任編輯：孫常長(zhǎng)