利用三维地震资料解释煤层采空区的方法研究

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1、利用三维地震资料解释煤层采空区的方法研究王德民1,王瑞杰2,程增庆2,蔡福绿1,刘昊1,宋国文1(1.铁法煤业集团有限责任公司,辽宁调兵山1127001;2.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院,河北涿州072750)摘要:以铁法矿区大隆矿东三采区周边煤层采空区的三维地震资料解释为例,在分析煤层采空区岩层形变机理及地质特征的基础上,介绍三维地震反射特征及沿层地震属性分析技术在煤层采空区解释方面的特点。通过示例研究表明:由于煤层采空区上覆岩层的坍塌及形变,致使该区域不能形成反射波或反射信号微弱,采空区上部出现波速降低,地震反射波时间明显出现

2、下拉现象;采空区范围内地震波振幅变弱,致使出现煤层反射波零乱及地震波同相轴中断现象。该区三维地震资料解释煤层采空区的研究成果证实,以现在地震地质解释精度,能够为煤层采空区周边工作面的合理布置和采空区探放水提供可靠的地质依据。关键词:地震勘探;三维地震;裂隙;采空区;煤层中图分类号:P613.4文献标识码:A1勘探区概况大隆井田位于铁法煤田中西部,况,我们确定了宽带采集、高分辨率处理、多属性全三维解释一体化进行地质解释研究工作。井田煤系地层2采空区裂隙发育带的地质特征煤层开采后,采空区周围的岩层将发生复杂的基底为前震旦系变质岩系,煤系地层

3、为中上侏罗系,浅部为白垩系及第四系地层。现由下而上分述如下。①前震旦系变质岩(Anz)。该系地层以花岗片岩及绿泥片岩为主,其中有各种火成岩侵入体,井田内无露头。②中上侏罗系(J3)。中上侏罗系分为下部砂岩组及底部砾岩组,下部含煤组,含11、12、13、14、15-1、15-2、16-1、16-2、17等煤层,其中主要可采煤层有12、13、14、15-1、16-1层,17层仅局部可采,本段地层厚度为210～310m,一般为250m;上含煤段含2、4、5、7、8、9、10层煤,其中4、5、7、8、9为可采煤层,4、7煤层为主要可采煤层,本段

4、地层厚度为95～195m,一般为120m。③白垩系(K)。该系以砂岩、砂砾岩及砾岩为主,下部为灰绿色砂砾岩层,上部以紫红色砂砾岩层。④第四系(Q)。本井田第四系沉积厚度为1.6～36m,一般为20m,其组成以冲积层,洪积层为主,坡积层次之,主要成分为亚粘土、砂及砂砾等组成。大隆煤矿自建井开采以来,由于开采强度大,上部含煤组除了东三采区由于晓明镇压煤未开采外,其他区域煤层采完。其中东三采区南部、西部被大隆矿采完,东部被大隆矿采完,北部被晓明矿采完,该采区成为一个孤岛,是研究地震探测采空区的理想区。由于该区地震地质条件较好,针对本区的实际情

5、移动和变形。形变后的岩层按其破坏程度,大致可分为3个不同的采动影响带:冒落带、裂隙带、弯曲带。2.1冒落带矿层开采后,其直接顶板在自重力的作用下,发生法向弯曲。当岩层内部的拉应力超过岩石的抗拉强度时,产生断裂并破碎成块垮落,冒落岩块大小不一,无规则地堆积在采空区内。冒落带的高度主要取决于采出厚度和上覆岩石的碎胀系数,通常为采出厚度的3～5倍。薄煤层开采时冒高较小,一般为采出厚度的1.7倍左右。顶板岩石坚硬时,冒落带高度为采出厚度的5～6倍:顶板为软岩时,冒落带的高度为采出厚度的2～4倍。实践中可用下式近似估算冒落带高度:h=m/(k-1

6、)cosα,式中,h—冒落带高度;m—采出煤层厚度;k—岩石碎胀系数,α—煤层倾角。岩石的碎胀系数取决于岩石性质,坚硬岩石碎胀系数较大、软岩则较小。碎胀系数值恒大于1,一般在1.05～1.80之间。2.2裂缝带在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂,但仍保持层状结构的那部分岩层称为裂缝带。裂缝带位于冒落带和弯曲带之间。裂缝带内岩层产生较大的弯曲、变形及破坏。其破坏特征是:裂缝带内岩层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂,而且产生顺层理面的离层裂缝。下部分的岩层大多断开,但仍保持其原有层次,裂缝的漏水严重。上部分的岩层裂缝作者简介:王德民(1

7、963—),男,辽宁省朝阳市人。1987年毕业于阜新矿业学院矿建专业,高级工程师,现任大兴矿总工程师,从事煤炭科研与生产工作。收稿日期:2007-04-16责任编辑:孙常长中国煤田地质第19卷62不断开、连通性较差。冒落带和裂缝带合称为两带,又称冒落裂缝带。之间没有明显的分界限、均属破坏性影响区。上覆岩层离采空区距离越大、破坏程度越小。2.3弯曲带弯曲带位于裂缝带之上直至地表,特点是弯曲带内岩层在重力作用下产生层面法向弯曲,在水平方向处于双向受压状态,因而其压实程度较好。弯曲带内岩层的移动过程是连续而有规律的,并保持其整体性和层状结构,

8、不存在或极少存在离层裂缝。在竖直面内,各部分的移动值相差很小。弯曲带的高度主要受开采深度的影响。当采深很大时,弯曲带的高度可大大超过冒落带和裂缝带采空区表现为同相轴的中断,T4、T7分别对应的是4-1煤层和