1、利用三維地震資料解釋煤層采空區的方法研究王德民 1 , 王瑞杰 2 , 程增慶 2 , 蔡福綠 1 , 劉昊 1 , 宋國文 1( 1.鐵法煤業集團有限責任公司, 遼寧 調兵山 1127001; 2.中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院, 河北 涿州 072750)摘 要: 以鐵法礦區大隆礦東三采區周邊煤層采空區的三維地震資料解釋為例, 在分析煤層采空區巖層形變機理及地質特征的基礎上,介紹三維地震反射特征及沿層地震屬性分析技術在煤層采空區解釋方面的特點。通過示例研究 表明: 由于煤層采空區上覆巖層的坍塌及形變, 致使該區域不能形成反射波或反射信號微弱, 采空區上部出現波速 降低, 地震反射波時間

2、明顯出現下拉現象; 采空區范圍內地震波振幅變弱, 致使出現煤層反射波零亂及地震波同相 軸中斷現象。該區三維地震資料解釋煤層采空區的研究成果證實, 以現在地震地質解釋精度, 能夠為煤層采空區周 邊工作面的合理布置和采空區探放水提供可靠的地質依據。關鍵詞: 地震勘探; 三維地震; 裂隙; 采空區; 煤層中圖分類號: p613.4文獻標識碼: a1勘探區概況大隆井田位于鐵法煤田中西部,況, 我們確定了寬帶采集、高分辨率處理、多屬性全三維解釋一體化進行地質解釋研究工作。井田煤系地層2采空區裂隙發育帶的地質特征煤層開采后, 采空區周圍的巖層將發生復雜的基底為前震旦系變質巖系, 煤系地層為中上侏羅系,淺部

3、為白堊系及第四系地層?，F由下而上分述如下。前震旦系變質巖( anz) 。該系地層以花崗片 巖及綠泥片巖為主, 其中有各種火成巖侵入體, 井田內無露頭。中上侏羅系( j3) 。中上侏羅系分為下部砂巖 組及底部礫巖組, 下部含煤組, 含 11、12、13、14、15-1、15- 2、16- 1、16- 2、17 等煤層, 其中主要可采煤層 有 12、13、14、15- 1、16- 1 層, 17 層僅局部可采, 本段地層厚度為 210310m, 一般為 250m; 上含煤段含2、4、5、7、8、9、10 層 煤 , 其 中 4、5、7、8、9 為 可 采 煤 層, 4、7 煤層為主要可采煤層, 本

4、段地層厚度為 95195m, 一般為 120m。白堊系(k)。該系以砂巖、砂礫巖及礫巖為主,下部為灰綠色砂礫巖層, 上部以紫紅色砂礫巖層。第四系 (q)。本井田第四系沉積厚度為 1.636m, 一般為 20m, 其組成以沖積層, 洪積層為主, 坡 積層次之,主要成分為亞粘土、砂及砂礫等組成。大隆煤礦自建井開采以來, 由于開采強度大, 上部含煤組除了東三采區由于曉明鎮壓煤未開采外, 其他區域煤層采完。其中東三采區南部、西部被大隆 礦采完, 東部被大隆礦采完, 北部被曉明礦采完, 該 采區成為一個孤島, 是研究地震探測采空區的理想 區。由于該區地震地質條件較好, 針對本區的實際情移動和變形。形變后

5、的巖層按其破壞程度, 大致可分為 3 個不同的采動影響帶: 冒落帶、裂隙帶、彎曲帶。2. 1冒落帶礦層開采后, 其直接頂板在自重力的作用下, 發生法向彎曲。當巖層內部的拉應力超過巖石的抗拉強度時, 產生斷裂并破碎成塊垮落, 冒落巖塊大小不 一, 無規則地堆積在采空區內。冒落帶的高度主要取決于采出厚度和上覆巖石 的碎脹系數, 通常為采出厚度的 35 倍。薄煤層開 采時冒高較小, 一般為采出厚度的 1.7 倍左右。頂板 巖石堅硬時, 冒落帶高度為采出厚度的 56 倍: 頂 板為軟巖時, 冒落帶的高度為采出厚度的 24 倍。 實踐中可用下式近似估算冒落帶高度:h=m / ( k- 1) cos,式中

6、, h冒落帶高度; m采出煤層厚度 ; k巖 石 碎脹系數, 煤層傾角。巖石的碎脹系數取決于巖石性質, 堅硬巖石碎脹系數較大、軟巖則較小。碎脹系數值恒大于 1, 一 般在 1.051.80 之間。2. 2 裂縫帶 在采空區上覆巖層中產生裂縫、離層及斷裂, 但仍保持層狀結構的那部分巖層稱為裂縫帶。裂縫帶位于冒落帶和彎曲帶之間。裂縫帶內巖層產生較大 的彎曲、變形及破壞。其破壞特征是: 裂縫帶內巖層 不僅發生垂直于層理面的裂縫或斷裂, 而且產生順 層理面的離層裂縫。下部分的巖層大多斷開, 但仍保 持其原有層次, 裂縫的漏水嚴重。上部分的巖層裂縫作者簡介: 王德民( 1963) , 男, 遼寧省朝陽市

7、人。1987 年畢業于阜新礦業學院礦建專業, 高級工程師, 現任大興礦總工程師,從事煤炭科研與生產工作。 收稿日期: 2007- 04- 16責任編輯: 孫常長中 國 煤田 地 質第 19 卷62不斷開、連通性較差。冒落帶和裂縫帶合稱為兩帶, 又稱冒落裂縫帶。 之間沒有明顯的分界限、均屬破壞性影響區。上覆巖 層離采空區距離越大、破壞程度越小。2. 3 彎曲帶彎曲帶位于裂縫帶之上直至地表, 特點是彎曲 帶內巖層在重力作用下產生層面法向彎曲, 在水平方向處于雙向受壓狀態, 因而其壓實程度較好。彎曲帶內巖層的移動過程是連續而有規律的, 并保持其整體性和層狀結構, 不存在或極少存在離 層裂縫。在豎直面

8、內, 各部分的移動值相差很小。彎曲帶的高度主要受開采深度的影響。當采深 很大時, 彎曲帶的高度可大大超過冒落帶和裂縫帶采空區表現為同相軸的中斷, t4、t7 分別對應的是 4- 1 煤層和 7- 2煤層, 橢圓左邊是煤層 4- 1 煤層和 7- 2 煤層的采空邊界, 煤層采空 區上部出現時間下拉, 這是巖層破碎的反映圖 2 煤層采空區在時間剖面上的反射特征figur e 2 reflection of the coalseam mining- out ar ea on the time section 采空區導致的塌陷, 其巖石產生破壞松動, 地震 波速度也會發生明顯的變化, 采空區上部地震反

9、射 波時間明顯地出現下拉, 這就是速度變低的效應。利 用這一變化可以圈定采空區的影響范圍。如圖 2 所 示為采空區上某一時間剖面, 在采空中心速度最低 兩邊速度漸高而產生在采空區同相軸出現下拉, 在采空區上部出現速度降低。3. 4 煤層采空區的地震波反射振幅研究的高度之和。此時, 開采形成的裂縫帶不會達到地表, 地表的移動和變形相對比較平緩, 有時地表也可 能產生一些裂縫, 但這些裂縫表現為上大、下小, 到 一定深度自行閉合。3煤層采空區的地震特性3. 1 煤層采空區的波場特征煤層在回采完畢后, 由于覆巖失去支撐, 引進采 空區頂板巖層的冒落, 依次形成冒落帶、導水裂隙帶和整體移動帶, 地面也

10、隨之下沉, 出現鞍狀凹陷(圖1)。從地震地質條件來說, 此時也發生了變化尤其在 鞍部附近, 上覆巖層破壞嚴重, 整個層狀介質的地震 反射條件已不復存在, 地震波在此產生了大量的散 射, 致使這一區域內不能形成反射波, 而在盆地周圍由于采煤造成一定范圍的地下空區, 使上覆巖、土體失去支撐, 從而造成這些巖、土體向下陷落, 引起采空區上部巖層產生裂隙和跨落。地震波在經過 裂隙帶和跨落帶時, 地震波振幅衰減加快, 造成振幅 變弱。圖 2 所示為煤層采空區在時間剖面上的反射 振幅特征, 采空區表現為同相軸的中斷, 是反射能量 急劇衰減的結果, 橢圓左邊是 4- 1 煤層的反射波, 煤層采空區同相軸的中

11、斷, 這是巖層破碎振幅衰減 加快的反射特征, 由此圈定采空區的位置和范圍。地震波同相軸發生明顯變化甚至錯亂,為采空區附近的典型地震剖面。如圖 2 所示在采空區范圍內不但上組煤不能形成反射波,而且距上組煤 50m 左右深部的 7- 2 煤的反射波也 受影響。7- 2 煤反射波之所以不存在的原因可以作 如下解釋: 7- 2 煤的反射波在穿透破壞的覆巖, 其能 量被大量吸收、散射, 不能形成良好的反射, 因此, 在 采空區上或者說上組煤采完以后再進行地震勘探下 組煤其難度是極大的。3. 2 煤層采空區的反射時間特征4煤層采空區邊界解釋煤層采空區由于巖層坍塌而導致地層破碎, 使地震波在傳播過程中的能量

12、損失較大, 至使地震波在采空區表現為零亂反射, 煤層反射波的同相軸表 現為中斷, 速度變低而造成反射波時間出現下拉現象。據此對煤層采空進行了解釋, 在東三采區的四周煤層有采空現象存在 (不論是 4 煤層的采空還是 7 煤層的采空), 地震反射波的三維數據體給我們提供 了一個了解煤層采空的載體。從三維地震剖面上, 我 們可以看到煤層及地下巖層等產生的地震波組的變 化(同相軸的突然中斷)。從地質地球物理角度看, 煤層采空的存在, 勢必引起地震波速度和密度的變 化, 因此三維數據體有可能提供一種反映煤層采空 的有用信息。煤層采空在地震時間剖面上表現為同 相軸的突然中斷, 在沿層振幅切片上表現為弱振幅

13、 成片分布。圖 2 為煤層采空后的時間剖面。( 下轉第 81 頁)圖 1 煤層采空區上覆巖層巖移示意圖figur e 1 schematic diagr am of the r ock shift of the over lying r ock str atum for the coalseam mining- out ar ea813 期陳麗萍: 唐鋼設計院網絡系統及安全防護分析防火墻主要的種類是包過濾型, 包過濾防火墻一般利用 ip 和 tcp 包的頭信息對進出被保護網絡 的 ip 包信息進行過濾, 制定安全策略控制( 允許、拒 絕、監測) 出入網絡的信息流。同時可實現網絡地址 轉換( n

14、at) 、審記與實時報警等功能。由于防火墻安 裝在被保護網絡與路由器之間的通道上, 因此也對 被保護網絡和外部網絡起到隔離作用。3. 2. 3 內部網不同網絡安全域的隔離及訪問控制利用 vlan 技術來實現 對 內 部 子 網 的 物 理 隔 離。通過在交換機上劃分 vlan 可以將整個網絡劃 分為幾個不同的廣播域, 實現內部一個網段與另一個網段的物理隔離。這樣, 就能防止影響一個網段的結合防水墻防止公司重要數據文件的丟失。3. 2. 5 客戶端安裝防水墻安全管理系統 中軟防水墻系統是內網安全管理的軟件, 是加強個人計算機內部安全管理的重要工具, 利用密碼、身份認證、訪問控制和審計跟蹤等技術手

15、段, 對涉密 信息、重要業務數據和技術專利等敏感信息的存儲、 傳播和處理過程, 實施安全保護; 最大限度地防止企 業信息泄漏、被破壞和違規外傳, 并完整記錄涉及敏 感信息的操作日志, 以便日后審計或追究相關的泄 密責任。3. 2. 6 安裝防病毒軟件 在工作站、服務器上安裝兩套防病毒軟件, 由中央控制臺統一控制和管理, 實現全網統一防病毒。定期進行系統漏洞掃描, 及時為系統打好補丁。 建設安全可靠得網絡環境還應制定的相應的管理制度, 加強內部管理, 提高整體信息安全意識。結 合全網的網絡設備、安全設備、網絡上的防病毒軟 件、安全管理系統軟件進行綜合管理, 并采取相應的 措施。問題穿過整個網絡傳

16、播,全局網絡造成的影響。3. 2. 4 mac 地址綁定減少局部網絡安全問題對對于交換機的每一個端口與對應的工作站進行mac 地址綁定, 為每臺工作站指定靜態 ip 地址, 杜 絕了原來非法更改 ip 地址的事件; 防止非授權機器 接入網絡, 減少外來病毒對網絡的侵襲的同時, 也可a simple explanation of lan safety pr otectionchen liping(tangshan steel design institute co. ltd., tangshan, hebei 063000)abstr act: through kilomega switch,

17、the tangshan steel design institute furnishes 1000m unshared bandwidth on the main network to connect workstations and servers of various departments and offices through kernel switch. to keep away system collapse and loss caused by single computer accident, based on network configuration features a

18、nd maneuverability principle, take measures from network regionalism, enhance logging in certification, configure firewall rationally, quarantine and access control of separated network security domains, mac address binding techniques and measures and stipulate corresponding managerial system, thus

19、to guarantee service safety of the institute s network.keywor ds: virtual lan; firewall; mac address binding; network safety!( 上接第 62 頁)由于煤層的采空使得地震同相軸突然中斷。m.北京: 石油工業出版社, 1993.2 羅春喜,程增慶等.利用地震道積分技術識別三維地震解釋的陷阱j.中國煤田地質, 2007, 1(1).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resear ch on the application of 3d seis

20、mic data to inter pr etation of the coalseam mining- out ar eawang demin1, wang ruijie2, ceng zhengqing2, chai fulv1, liu hao1, song guowen1(1.tiefa coal industry group co., ltd., diaobingshan, liaoning, 1127001;2.research institute of coal geophysical exploration, china national administration of c

21、oal geology, zhuozhou, hebei, 072750) abstr act: with 3d seismic data interpretation of the mining- out area in the coal seam around dongsan mining area, dalong mine, tiefa as the example, based on the analysis of deformation mechanism and geological features of the rock stratum in the coalseam mini

22、ng - out area, this paper gives an introduction of the application of technology of 3d seismic reflection features and seismic attribute analysis to the interpretation of coalseam mining- out area. it is shown by examples that reflected waves can t be formed or reflection signal becomes weak, and such phenomena as the decrease in wave velocity and obvious down - stretching of the s