韩咀煤矿识别煤层老采空区的相对波阻方法*

郭占峰　程增庆　王建忠　李　忠

(1.山西华晋韩咀煤业有限责任公司；2.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院)



韩咀煤矿识别煤层老采空区的相对波阻方法*

郭占峰1程增庆2王建忠1李忠2

(1.山西华晋韩咀煤业有限责任公司；2.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院)

摘要以韩咀煤矿老采空区为例，分析了利用相对波阻抗剖面识别解译煤层老采空区的方法，相对波阻抗是在偏移处理成果剖面的基础上对地震道进行积分，其实质是波阻抗剖面的高频分量。预测结果表明：相对波阻抗可有效预测巷道式采空区，满足煤矿安全生产的要求。

关键词相对波阻抗煤层老空区巷道式采空区

韩咀煤矿为整合矿井，在该煤矿井田内及周边分布众多的小煤矿，小煤矿主要是以房式或穿洞式或巷道式进行开采。韩咀煤矿开采是在采空区中进行，采空区给该煤矿的掘进和安全生产带来了较大的安全隐患。相对波阻抗剖面是介于地震时间剖面和地质剖面之间一种地震剖面，既有地震时间剖面的信息，又有地质剖面的信息，可对老采空区进行有效识别[1-2]。为此，本研究利用该方法对韩咀煤矿的老采空区进行三维地震探测。

1煤层房柱式老采空区特点

韩咀煤矿区地层由老至新依次为奥陶系中统峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、第四系中更新统。发育的主要煤层为2#，10#煤层，2#煤层埋深100～300 m，煤层位于山西组中部，下距7#煤层17.99～41.61 m，平均31.08 m，煤层厚5.00～7.97 m，平均厚6.47 m，含夹矸0～5层，一般含0～3层夹石，结构较简单，顶底板岩性多为泥岩或粉砂岩。全区煤层厚度变化不大，属稳定可采煤层。韩咀煤矿煤层老采空区是19世纪小煤窑采用房式或穿洞式或巷道式采煤方式产生的。老采空区通常表现为巷道、小规模采空区等形式，由人工采煤产生的煤层破坏变形在形态上无规律，不受任何地质条件制约，但各有特点。

2相对波阻抗处理

2.1相对波阻抗的基础处理

相对波阻抗的基础处理需采用多域多手段的质量监控方式，如线性动校正检查属性、观测系统图、高程平面图和单炮显示等。韩咀煤矿地震资料处理的难点是静校正与初至切除工作，同时应进行反褶积测试、多次迭代速度分析及最小相位化等工作。利用钻孔资料拟合偏移速度进行迭前时间偏移处理，得到相对波阻抗处理的成果。

2.2地震道积分处理

由于韩咀煤矿采空区分布无规律可循且无相关的地质资料，三维地震监测的目标较小，因而无法通过常规解译方法识别出该类巷道式采空区。相对波阻抗信息可最大限度地利用地震资料的相对变化解译房式采空区的细微变化。目前相对波阻抗处理为对地震道进行积分处理得到的地震道积分时间剖面。相对波阻抗处理输入为叠前时间偏移处理成果，输出为相对波阻抗剖面成果。煤炭三维地震资料实际上可表述为地震子波与地层反射系数的褶积，即通常描述的线性模型。

由相关公式推导可知：对反射系数进行积分相当于对波阻抗计算自然对数，通过该过程即可对波阻抗进行反演(或称为地震道积分)。相对波阻抗反演的优点是从零时刻向下递推，由于处理成果中缺失低频成分因而递推时产生的累计误差相对较小，仅为一个简单的地震道积分，计算较简单，无需通过测井资料内插和外推对反射系数进行标定。

地震道积分反演结果的精度受地震资料信噪比和分辨率的影响，用于相对波阻抗反演的地震迭前时间偏移须为高保真度的地震资料，若三维地震资料未采用保持振幅处理，那么在进行地震道积分反演时，所得到的相对波阻抗便无法反映地层、煤层采空区等信息。因此，进行地震道积分的三维地震资料应该保持高信噪比、高分辨率、高保真度及准确成像。

3相对波阻抗剖面及应用

因兼并、重组，韩咀煤矿周围及勘探区内的采空区分布多、零碎、破坏程度大，给野外资料采集、解释均带来了一定的难度。本研究在搜集已知地质资料并结合野外调查的基础上，以三维地震勘探成果为主，结合瞬变电磁资料进行相互解译验证。

通过地震处理得到相对波阻抗地震时间剖面的频带宽度为6～120 Hz，地震优势频率为50 Hz。在相对波阻抗数据体上，2#，10#煤层均表现为目的层，2#煤表现为厚煤层的低阻抗特征，其上覆、下伏砂岩表现为相对较高的阻抗，其上下泥质粉砂岩阻抗也高于煤层，地震相对波阻抗反演数据体的地质属性更清晰。从反演剖面看，煤层厚度相对较稳定，2#煤层上覆、下伏地层岩性也表现为稳定的特征。通过沿2#煤层底板的时间相对波阻抗沿层切片分析，发现在煤层内相对波阻抗平面变化较大，煤层厚度变化不大而相对波阻抗变化较大是由房式采空区的地震反射特征所致，据此解译了全区煤层老采空区的范围及边界。韩咀煤矿采空区解译效果表明：相对波阻抗处理方法是一种煤炭采空区识别的有效方法，主要特点：①相对波阻抗处理的地震道积分无需任何地质补充资料及信息而完成的无约束地震反演，反演结果相当于地层的波阻抗高频成分关系，是地震纯波剖面的积分反演结果；②相对波阻抗处理的地震道积分对煤层房式或穿洞式或巷道式采空区的预测精度取决于地震资料的信噪比和分辨率，因此利用相对波阻抗处理的地震道积分资料进行解译时还需利用测井资料对煤层波进行标定。

4结语

以韩咀煤矿老采空区为例，讨论了房式采空区地震资料处理技术及利用三维地震勘探资料的相对波阻抗资料识别房式采空区的模式(地震道积分剖面上房式老采空区表现为低波阻抗值，利用道积分方法直接求取相对波阻抗剖面)，对于老采空区的地质解译有一定的参考价值。

参考文献

[1]李庆忠.走向精确勘探的道路——高分辨率地震勘探系统工程剖析[M].北京：石油工业出版社，1993.

[2]饶河清，李萍军，黄河，等.宽方位角在煤田三维地震勘探中的研究与应用[J].金属矿山，2014(12):143-146.

(收稿日期2015-11-01)

*中石油物探重大技术专项(编号：2011D—3806)。

郭占峰(1966—)，男，高级工程师，042100 山西省乡宁县。