三维地震勘探在蒙西某煤矿采空区查寻中的应用杨建军

杨国敏　毛磊

摘 要：通过常规地震分析手段及特殊属性体分析（如顺层切片、方差体切片、瞬时振幅、瞬时频率等）对三维数据体进行精细的地质解释。在寻找煤层采空区方面做了有益的尝试，取得了较好的效果，为煤矿的建设和开采起到了一定的指导作用。

关键词：三维地震勘探；采空区；杂乱反射；低频相位滞后反射；方差体切片 引言

在煤矿开采过程中，经常遇到以前小煤窑开采形成的采空区。由于小煤窑开采的盲目性，造成了小煤窑采空区位置分布的不规则性和不确定性。小煤窑采空区对于煤矿开采的危害主要有：（1）存在大量的老窑水；（2）存在大量的有毒气体。在巷道掘进中，如果未预先探测到小煤窑采空区，往往会由于事故突发而来不及采取必要的措施，导致发生煤矿透水或有害气体中毒事故；（3）由于小煤窑的开采缺乏科学规划，随意性强，采煤率低，可能存在越界开采的情况，一旦存在越界开采，且未及时发现，不仅会给煤矿带来巨大的财产损失，同时也会给矿区规划和安全生产带来极大的隐患。因此通过三维地震勘探，采用高叠加次数，高频检波器接收，精细资料处理，利用地震反射波的属性，以及地震波动力学特征来认真分析解释，可有效地解决矿区中小煤窑采空区的问题。

1 蒙西某煤矿煤层地震地质特征

内蒙古西部地区某煤矿所属煤田为侏罗系陆相含煤建造，主要含煤地层是侏罗系中下统延安组（J1-2y）。其中主要可采煤层为侏罗系中下统延安组（J1-2y）中一层很稳定的较厚煤层；煤厚1.37～7.75m，平均5.60m，含有1～4层夹矸，夹矸厚0.02～0.66m。岩性为炭质泥岩、泥岩。煤层以厚煤层为主，厚度变化小，规律明显，结构简单，属稳定型煤层。煤层与顶底板的波阻抗差异明显，是较理想的地震弹性波反射界面，能获得较明显的反射波，其时间剖面反射波可连续追踪对比。如图1煤层反射波在时间剖面上的反映所示。

2 采空区地震地质特征

当地下煤体局部被采出后，在岩体内形成一个有一定规模的空间，使周围的应力平稳状态遭受破坏，产生局部的应力集中，采空区顶板在上覆岩层压力的作用下，发生变形、断裂、位移、冒落，形成的冒落带、断裂带、变形弯曲带，其影响范围比原采空区要大。采空区与围岩之间也形成波阻抗界面。当地震波遇到岩层采空区或破碎带时，地震波速度明显减小，地震波振幅大为降低。因此，上述波阻抗界面的存在及采空区塌陷破碎带特有的波场特征，为应用地震反射波法在采空区的勘测提供了有利的地球物理勘探的前提和应用条件。矿区中以前小煤窑开采形成的采空区多以没有塌陷的巷道和坑道的形式存在，地震波很难穿过，固此在采空区段形成空白或杂乱反射。如图2煤层采空区在时间剖面上的反映所示。

3 实际资料的采集、分析和应用

本次三维地震勘探采用8线8炮束状观测系统，CDP网格5米×10米，覆盖次数：20次。所获原始数据在经过精细处理后，得到了信噪比和分辨率都较高的三维数据体成果资料。通过常规地震解释和特殊地震属性体解释技术人员比较准确地圈定了采空区范围。

常规地震解释中通过对理论模型的研究，煤层与围岩之间存在较大的物性差异，在地震时间剖面上可以形成很强的反射波。当煤层的物理特性发生变化时，如煤层采空缺失时，此地震反射波的连续性将会变差，能量也会相应变弱，甚至于出现杂乱反射或无反射。根据这一理论，可以解释煤层采空区的范围。如图3煤层采空区在时间剖面上的反映所示。

特殊地震属性体解释中采用煤层顺层切片及方差体切片技术也可圈定煤层采空区范围。如图4煤层采空区在煤层顺层切片体上的反映及图5煤层采空区在方差体切片上的反映所示。

地震勘探方法是以均匀介质为地质模型建立起来的一种勘探手段，地下存在的采空区以没有塌陷的巷道和坑道的形式存在时，地震波传播介质的连续性遭到破坏，地震反射波很难穿过，固此在采空区段形成空白或杂乱反射。事实上采空区并非绝对意义上的真空介质，在不同的地区，采空区均存在一定程度塌陷和积水的充填。特别是在人为回填的情况下，采空区内的疏散填充物和围岩之间的物性差异更加明显，反而可形成比正常地震波能量更强的地震反射波，只不过其地震波相位存在明显的滞后，频率明显偏低，采空区下地层反射波相位也存在滞后。这是由于地震波在过采空区内疏散填充物时速度明显降低的结果。采空区在地震时间剖面上的这两种反映要加以区别对待。如图6煤层采空区在时间剖面上的反映所示。

4 结束语

随着煤田矿山勘查的深入，采空区等特殊地质体的查寻成为地震勘探的地质任务。这就要求进一步提高三维地震勘探的精度，以获得较高信噪比的地震原始数据采集资料；在精细处理的基础上，通过常规地震分析手段及特殊属性体（如顺层切片、方差体切片等）进行精细的地质解释。本次三维地震勘探在寻找煤层采空区方面做了有益的尝试，取得了较好的效果，为煤矿的建设和开采起到了一定的指导作用。

参考文献

[1]刘革，刘迪新，等.地震勘探方法在采空区上的应用[J].煤炭技术，2002，21 （9）.endprint

摘 要：通过常规地震分析手段及特殊属性体分析（如顺层切片、方差体切片、瞬时振幅、瞬时频率等）对三维数据体进行精细的地质解释。在寻找煤层采空区方面做了有益的尝试，取得了较好的效果，为煤矿的建设和开采起到了一定的指导作用。

关键词：三维地震勘探；采空区；杂乱反射；低频相位滞后反射；方差体切片 引言

在煤矿开采过程中，经常遇到以前小煤窑开采形成的采空区。由于小煤窑开采的盲目性，造成了小煤窑采空区位置分布的不规则性和不确定性。小煤窑采空区对于煤矿开采的危害主要有：（1）存在大量的老窑水；（2）存在大量的有毒气体。在巷道掘进中，如果未预先探测到小煤窑采空区，往往会由于事故突发而来不及采取必要的措施，导致发生煤矿透水或有害气体中毒事故；（3）由于小煤窑的开采缺乏科学规划，随意性强，采煤率低，可能存在越界开采的情况，一旦存在越界开采，且未及时发现，不仅会给煤矿带来巨大的财产损失，同时也会给矿区规划和安全生产带来极大的隐患。因此通过三维地震勘探，采用高叠加次数，高频检波器接收，精细资料处理，利用地震反射波的属性，以及地震波动力学特征来认真分析解释，可有效地解决矿区中小煤窑采空区的问题。

1 蒙西某煤矿煤层地震地质特征

内蒙古西部地区某煤矿所属煤田为侏罗系陆相含煤建造，主要含煤地层是侏罗系中下统延安组（J1-2y）。其中主要可采煤层为侏罗系中下统延安组（J1-2y）中一层很稳定的较厚煤层；煤厚1.37～7.75m，平均5.60m，含有1～4层夹矸，夹矸厚0.02～0.66m。岩性为炭质泥岩、泥岩。煤层以厚煤层为主，厚度变化小，规律明显，结构简单，属稳定型煤层。煤层与顶底板的波阻抗差异明显，是较理想的地震弹性波反射界面，能获得较明显的反射波，其时间剖面反射波可连续追踪对比。如图1煤层反射波在时间剖面上的反映所示。

2 采空区地震地质特征

当地下煤体局部被采出后，在岩体内形成一个有一定规模的空间，使周围的应力平稳状态遭受破坏，产生局部的应力集中，采空区顶板在上覆岩层压力的作用下，发生变形、断裂、位移、冒落，形成的冒落带、断裂带、变形弯曲带，其影响范围比原采空区要大。采空区与围岩之间也形成波阻抗界面。当地震波遇到岩层采空区或破碎带时，地震波速度明显减小，地震波振幅大为降低。因此，上述波阻抗界面的存在及采空区塌陷破碎带特有的波场特征，为应用地震反射波法在采空区的勘测提供了有利的地球物理勘探的前提和应用条件。矿区中以前小煤窑开采形成的采空区多以没有塌陷的巷道和坑道的形式存在，地震波很难穿过，固此在采空区段形成空白或杂乱反射。如图2煤层采空区在时间剖面上的反映所示。

3 实际资料的采集、分析和应用

本次三维地震勘探采用8线8炮束状观测系统，CDP网格5米×10米，覆盖次数：20次。所获原始数据在经过精细处理后，得到了信噪比和分辨率都较高的三维数据体成果资料。通过常规地震解释和特殊地震属性体解释技术人员比较准确地圈定了采空区范围。

常规地震解释中通过对理论模型的研究，煤层与围岩之间存在较大的物性差异，在地震时间剖面上可以形成很强的反射波。当煤层的物理特性发生变化时，如煤层采空缺失时，此地震反射波的连续性将会变差，能量也会相应变弱，甚至于出现杂乱反射或无反射。根据这一理论，可以解释煤层采空区的范围。如图3煤层采空区在时间剖面上的反映所示。

特殊地震属性体解释中采用煤层顺层切片及方差体切片技术也可圈定煤层采空区范围。如图4煤层采空区在煤层顺层切片体上的反映及图5煤层采空区在方差体切片上的反映所示。

地震勘探方法是以均匀介质为地质模型建立起来的一种勘探手段，地下存在的采空区以没有塌陷的巷道和坑道的形式存在时，地震波传播介质的连续性遭到破坏，地震反射波很难穿过，固此在采空区段形成空白或杂乱反射。事实上采空区并非绝对意义上的真空介质，在不同的地区，采空区均存在一定程度塌陷和积水的充填。特别是在人为回填的情况下，采空区内的疏散填充物和围岩之间的物性差异更加明显，反而可形成比正常地震波能量更强的地震反射波，只不过其地震波相位存在明显的滞后，频率明显偏低，采空区下地层反射波相位也存在滞后。这是由于地震波在过采空区内疏散填充物时速度明显降低的结果。采空区在地震时间剖面上的这两种反映要加以区别对待。如图6煤层采空区在时间剖面上的反映所示。

4 结束语

随着煤田矿山勘查的深入，采空区等特殊地质体的查寻成为地震勘探的地质任务。这就要求进一步提高三维地震勘探的精度，以获得较高信噪比的地震原始数据采集资料；在精细处理的基础上，通过常规地震分析手段及特殊属性体（如顺层切片、方差体切片等）进行精细的地质解释。本次三维地震勘探在寻找煤层采空区方面做了有益的尝试，取得了较好的效果，为煤矿的建设和开采起到了一定的指导作用。

参考文献

[1]刘革，刘迪新，等.地震勘探方法在采空区上的应用[J].煤炭技术，2002，21 （9）.endprint

摘 要：通过常规地震分析手段及特殊属性体分析（如顺层切片、方差体切片、瞬时振幅、瞬时频率等）对三维数据体进行精细的地质解释。在寻找煤层采空区方面做了有益的尝试，取得了较好的效果，为煤矿的建设和开采起到了一定的指导作用。

关键词：三维地震勘探；采空区；杂乱反射；低频相位滞后反射；方差体切片 引言

在煤矿开采过程中，经常遇到以前小煤窑开采形成的采空区。由于小煤窑开采的盲目性，造成了小煤窑采空区位置分布的不规则性和不确定性。小煤窑采空区对于煤矿开采的危害主要有：（1）存在大量的老窑水；（2）存在大量的有毒气体。在巷道掘进中，如果未预先探测到小煤窑采空区，往往会由于事故突发而来不及采取必要的措施，导致发生煤矿透水或有害气体中毒事故；（3）由于小煤窑的开采缺乏科学规划，随意性强，采煤率低，可能存在越界开采的情况，一旦存在越界开采，且未及时发现，不仅会给煤矿带来巨大的财产损失，同时也会给矿区规划和安全生产带来极大的隐患。因此通过三维地震勘探，采用高叠加次数，高频检波器接收，精细资料处理，利用地震反射波的属性，以及地震波动力学特征来认真分析解释，可有效地解决矿区中小煤窑采空区的问题。

1 蒙西某煤矿煤层地震地质特征

内蒙古西部地区某煤矿所属煤田为侏罗系陆相含煤建造，主要含煤地层是侏罗系中下统延安组（J1-2y）。其中主要可采煤层为侏罗系中下统延安组（J1-2y）中一层很稳定的较厚煤层；煤厚1.37～7.75m，平均5.60m，含有1～4层夹矸，夹矸厚0.02～0.66m。岩性为炭质泥岩、泥岩。煤层以厚煤层为主，厚度变化小，规律明显，结构简单，属稳定型煤层。煤层与顶底板的波阻抗差异明显，是较理想的地震弹性波反射界面，能获得较明显的反射波，其时间剖面反射波可连续追踪对比。如图1煤层反射波在时间剖面上的反映所示。

2 采空区地震地质特征

当地下煤体局部被采出后，在岩体内形成一个有一定规模的空间，使周围的应力平稳状态遭受破坏，产生局部的应力集中，采空区顶板在上覆岩层压力的作用下，发生变形、断裂、位移、冒落，形成的冒落带、断裂带、变形弯曲带，其影响范围比原采空区要大。采空区与围岩之间也形成波阻抗界面。当地震波遇到岩层采空区或破碎带时，地震波速度明显减小，地震波振幅大为降低。因此，上述波阻抗界面的存在及采空区塌陷破碎带特有的波场特征，为应用地震反射波法在采空区的勘测提供了有利的地球物理勘探的前提和应用条件。矿区中以前小煤窑开采形成的采空区多以没有塌陷的巷道和坑道的形式存在，地震波很难穿过，固此在采空区段形成空白或杂乱反射。如图2煤层采空区在时间剖面上的反映所示。

3 实际资料的采集、分析和应用

本次三维地震勘探采用8线8炮束状观测系统，CDP网格5米×10米，覆盖次数：20次。所获原始数据在经过精细处理后，得到了信噪比和分辨率都较高的三维数据体成果资料。通过常规地震解释和特殊地震属性体解释技术人员比较准确地圈定了采空区范围。

常规地震解释中通过对理论模型的研究，煤层与围岩之间存在较大的物性差异，在地震时间剖面上可以形成很强的反射波。当煤层的物理特性发生变化时，如煤层采空缺失时，此地震反射波的连续性将会变差，能量也会相应变弱，甚至于出现杂乱反射或无反射。根据这一理论，可以解释煤层采空区的范围。如图3煤层采空区在时间剖面上的反映所示。

特殊地震属性体解释中采用煤层顺层切片及方差体切片技术也可圈定煤层采空区范围。如图4煤层采空区在煤层顺层切片体上的反映及图5煤层采空区在方差体切片上的反映所示。

地震勘探方法是以均匀介质为地质模型建立起来的一种勘探手段，地下存在的采空区以没有塌陷的巷道和坑道的形式存在时，地震波传播介质的连续性遭到破坏，地震反射波很难穿过，固此在采空区段形成空白或杂乱反射。事实上采空区并非绝对意义上的真空介质，在不同的地区，采空区均存在一定程度塌陷和积水的充填。特别是在人为回填的情况下，采空区内的疏散填充物和围岩之间的物性差异更加明显，反而可形成比正常地震波能量更强的地震反射波，只不过其地震波相位存在明显的滞后，频率明显偏低，采空区下地层反射波相位也存在滞后。这是由于地震波在过采空区内疏散填充物时速度明显降低的结果。采空区在地震时间剖面上的这两种反映要加以区别对待。如图6煤层采空区在时间剖面上的反映所示。

4 结束语

随着煤田矿山勘查的深入，采空区等特殊地质体的查寻成为地震勘探的地质任务。这就要求进一步提高三维地震勘探的精度，以获得较高信噪比的地震原始数据采集资料；在精细处理的基础上，通过常规地震分析手段及特殊属性体（如顺层切片、方差体切片等）进行精细的地质解释。本次三维地震勘探在寻找煤层采空区方面做了有益的尝试，取得了较好的效果，为煤矿的建设和开采起到了一定的指导作用。

参考文献

[1]刘革，刘迪新，等.地震勘探方法在采空区上的应用[J].煤炭技术，2002，21 （9）.endprint