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

2、明显出现下拉现象; 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, 煤系地层为中上侏罗系,浅部

3、为白垩系及第四系地层。现由下而上分述如下。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。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 210310m, 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

4、段地层厚度为 95195m, 一般为 120m。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。第四系 (Q)。本井田第四系沉积厚度为 1.636m, 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, 针对本区的实际情移动和变形。形变后

5、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 35 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 56 倍: 顶 板为软岩时, 冒落带的高度为采出厚度的 24 倍。 实践中可用下式近似估算冒落带高度:h=m / ( k- 1) cos,式中

6、, h冒落带高度; m采出煤层厚度 ; k岩 石 碎胀系数, 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 1.051.80 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( 1963) , 男, 辽宁省朝阳市

7、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, 不存在或极少存在离 层裂缝。在竖直面

8、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 7- 2煤层, 椭圆左边是煤层 4- 1 煤层和 7- 2 煤层的采空边界, 煤层采空 区上部出现时间下拉, 这是岩层破碎的反映图 2 煤层采空区在时间剖面上的反射特征Figur e 2 Reflection of the coalseam mining- out ar ea on the time section 采空区导致的塌陷, 其岩石产生破坏松动, 地震 波速度也会发生明显的变化, 采空区上部地震反

9、射 波时间明显地出现下拉, 这就是速度变低的效应。利 用这一变化可以圈定采空区的影响范围。如图 2 所 示为采空区上某一时间剖面, 在采空中心速度最低 两边速度渐高而产生在采空区同相轴出现下拉, 在采空区上部出现速度降低。3. 4 煤层采空区的地震波反射振幅研究的高度之和。此时, 开采形成的裂缝带不会达到地表, 地表的移动和变形相对比较平缓, 有时地表也可 能产生一些裂缝, 但这些裂缝表现为上大、下小, 到 一定深度自行闭合。3煤层采空区的地震特性3. 1 煤层采空区的波场特征煤层在回采完毕后, 由于覆岩失去支撑, 引进采 空区顶板岩层的冒落, 依次形成冒落带、导水裂隙带和整体移动带, 地面也

10、随之下沉, 出现鞍状凹陷(图1)。从地震地质条件来说, 此时也发生了变化尤其在 鞍部附近, 上覆岩层破坏严重, 整个层状介质的地震 反射条件已不复存在, 地震波在此产生了大量的散 射, 致使这一区域内不能形成反射波, 而在盆地周围由于采煤造成一定范围的地下空区, 使上覆岩、土体失去支撑, 从而造成这些岩、土体向下陷落, 引起采空区上部岩层产生裂隙和跨落。地震波在经过 裂隙带和跨落带时, 地震波振幅衰减加快, 造成振幅 变弱。图 2 所示为煤层采空区在时间剖面上的反射 振幅特征, 采空区表现为同相轴的中断, 是反射能量 急剧衰减的结果, 椭圆左边是 4- 1 煤层的反射波, 煤层采空区同相轴的中

11、断, 这是岩层破碎振幅衰减 加快的反射特征, 由此圈定采空区的位置和范围。地震波同相轴发生明显变化甚至错乱,为采空区附近的典型地震剖面。如图 2 所示在采空区范围内不但上组煤不能形成反射波,而且距上组煤 50m 左右深部的 7- 2 煤的反射波也 受影响。7- 2 煤反射波之所以不存在的原因可以作 如下解释: 7- 2 煤的反射波在穿透破坏的覆岩, 其能 量被大量吸收、散射, 不能形成良好的反射, 因此, 在 采空区上或者说上组煤采完以后再进行地震勘探下 组煤其难度是极大的。3. 2 煤层采空区的反射时间特征4煤层采空区边界解释煤层采空区由于岩层坍塌而导致地层破碎, 使地震波在传播过程中的能量

12、损失较大, 至使地震波在采空区表现为零乱反射, 煤层反射波的同相轴表 现为中断, 速度变低而造成反射波时间出现下拉现象。据此对煤层采空进行了解释, 在东三采区的四周煤层有采空现象存在 (不论是 4 煤层的采空还是 7 煤层的采空), 地震反射波的三维数据体给我们提供 了一个了解煤层采空的载体。从三维地震剖面上, 我 们可以看到煤层及地下岩层等产生的地震波组的变 化(同相轴的突然中断)。从地质地球物理角度看, 煤层采空的存在, 势必引起地震波速度和密度的变 化, 因此三维数据体有可能提供一种反映煤层采空 的有用信息。煤层采空在地震时间剖面上表现为同 相轴的突然中断, 在沿层振幅切片上表现为弱振幅

13、 成片分布。图 2 为煤层采空后的时间剖面。( 下转第 81 页)图 1 煤层采空区上覆岩层岩移示意图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 期陈丽萍: 唐钢设计院网络系统及安全防护分析防火墙主要的种类是包过滤型, 包过滤防火墙一般利用 IP 和 TCP 包的头信息对进出被保护网络 的 IP 包信息进行过滤, 制定安全策略控制( 允许、拒 绝、监测) 出入网络的信息流。同时可实现网络地址 转换( N

14、AT) 、审记与实时报警等功能。由于防火墙安 装在被保护网络与路由器之间的通道上, 因此也对 被保护网络和外部网络起到隔离作用。3. 2. 3 内部网不同网络安全域的隔离及访问控制利用 VLAN 技术来实现 对 内 部 子 网 的 物 理 隔 离。通过在交换机上划分 VLAN 可以将整个网络划 分为几个不同的广播域, 实现内部一个网段与另一个网段的物理隔离。这样, 就能防止影响一个网段的结合防水墙防止公司重要数据文件的丢失。3. 2. 5 客户端安装防水墙安全管理系统 中软防水墙系统是内网安全管理的软件, 是加强个人计算机内部安全管理的重要工具, 利用密码、身份认证、访问控制和审计跟踪等技术手

15、段, 对涉密 信息、重要业务数据和技术专利等敏感信息的存储、 传播和处理过程, 实施安全保护; 最大限度地防止企 业信息泄漏、被破坏和违规外传, 并完整记录涉及敏 感信息的操作日志, 以便日后审计或追究相关的泄 密责任。3. 2. 6 安装防病毒软件 在工作站、服务器上安装两套防病毒软件, 由中央控制台统一控制和管理, 实现全网统一防病毒。定期进行系统漏洞扫描, 及时为系统打好补丁。 建设安全可靠得网络环境还应制定的相应的管理制度, 加强内部管理, 提高整体信息安全意识。结 合全网的网络设备、安全设备、网络上的防病毒软 件、安全管理系统软件进行综合管理, 并采取相应的 措施。问题穿过整个网络传

16、播,全局网络造成的影响。3. 2. 4 MAC 地址绑定减少局部网络安全问题对对于交换机的每一个端口与对应的工作站进行MAC 地址绑定, 为每台工作站指定静态 IP 地址, 杜 绝了原来非法更改 IP 地址的事件; 防止非授权机器 接入网络, 减少外来病毒对网络的侵袭的同时, 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 页)由于煤层的采空使得地震同相轴突然中断。M.北京: 石油工业出版社, 1993.2 罗春喜,程增庆等.利用地震道积分技术识别三维地震解释的陷阱J.中国煤田地质, 2007, 1(1).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 su

23、ch phenomena as the decrease in wave velocity and obvious down - stretching of the seismic reflection time appear for the upper mining- out area because of the collapse and deformation of the overlying rock stratum on the coalseam mining- out area; Within the mining- out area, the reflection amplitu

24、de becomes weak, resulting in the coalseam reflection disorder and interruption of the reflection event. It is proven, based on the research of application of 3D seismic data to interpretation of coalseam mining - out area, that present seismic and geological interpretation precision can provide reliable geological basis for reasonable layout of the surrounding work face and exploration and drainage of water in the coalseam mining- out area.Keywor ds: Seismic exploration, 3D seismic, fracture, mining- out area, coal seam