第二講煤層反射波

1、主講人：楊雙安主講人：楊雙安河南理工大學(xué)資環(huán)學(xué)院河南理工大學(xué)資環(huán)學(xué)院地 層 單 位界 系 統(tǒng) 組新生界上石盒子組上統(tǒng)下石盒子組山西組下統(tǒng)二疊系本溪組中統(tǒng)古生界石炭系上統(tǒng)太原組K7地 層 厚 度最 小 - - 最 大平 均 值柱 狀巖 性 描 述煤層及標(biāo)志層( m )1 0 3 - 1 9 81 5 0 . 5主 要 為 棕 紅 色 砂 質(zhì)粘 土 ， 紅 色 粘 土 ，含 鈣 質(zhì) 結(jié) 核 。紫 色 、 雜 色 、 灰 綠 色砂 質(zhì) 泥 巖 及 少 量 灰 綠色 砂 巖 組 成 。黃 綠 色 砂 巖 、 砂 質(zhì) 泥巖 組 成 ， 夾 有 煤 線 。深 灰 色 泥 巖 、 砂 巖 和煤 層 組 成

2、。 含 煤 1 - 4 層（ 1 、 2 、 3 、 4 號 ） 其 中3 號 煤 層 厚 5 - 7 m 。由 淺 灰 色 鋁 土 質(zhì) 泥 巖 及 石 灰?guī)r 組 成 ， 頂 部 有 薄 煤 層 ， 底部 有 山 西 式 鐵 礦 。0 - 1 0 05 06 3 m5 7 m1 0 5 m由 灰 黑 色 、 灰 色 泥 巖 、砂 質(zhì) 泥 巖 、 砂 巖 、 石 灰?guī)r （ 4 - 7 ） 和 煤 層 組 成 。含 煤 十 余 層 ， 其 中 1 5 號為 可 采 煤 層 。由 石 灰 巖 ， 白 云 質(zhì) 灰 巖 及泥 質(zhì) 灰 巖 ， 石 膏 層 組 成 。1 1 mK1 0K81K峰峰組中統(tǒng)奧陶

3、系煤層是煤田地震勘探的主要目的層。煤層是煤田地震勘探的主要目的層。煤層是一個巖性、厚度橫向穩(wěn)定、連續(xù)煤層是一個巖性、厚度橫向穩(wěn)定、連續(xù)性好的巖層。性好的巖層。煤層的厚度一般小于煤層的厚度一般小于10-15m10-15m，個別地方，個別地方煤厚大于煤厚大于20m20m，目前開采的礦井煤層厚度，目前開采的礦井煤層厚度多數(shù)在多數(shù)在2-10m2-10m范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。.煤層的物性及其反射煤層的物性及其反射1) 煤層及其圍巖的物性煤層及其圍巖的物性 物性物性密度密度(g/cm3)(g/cm3) 縱波速度縱波速度(m/s)(m/s)第四系第四系1.8-2.01.8-2.0 1500-1800 1500-1

4、800煤層的圍巖煤層的圍巖（砂巖、粉砂巖、泥巖）（砂巖、粉砂巖、泥巖）2.4-2.62.4-2.6 3100-3500 3100-3500煤層煤層1.3-1.41.3-1.41900-24001900-2400 可見，在煤系中，煤層是一個低速、低密度的夾層?？梢?，在煤系中，煤層是一個低速、低密度的夾層。入射波反射波透射波介質(zhì)2介質(zhì)1綜合反射定律和透射定律的內(nèi)容，并擴(kuò)展到多層水平層狀介質(zhì)的情況，可以得到斯奈爾定律。它還包括橫波和縱波的傳播。設(shè)各層的縱波、橫波速度分別用Vp1,Vs1,Vp2,Vs2,.Vpi, Vsi表示，則斯奈爾定律的形式如下： P稱為射線參數(shù)。在水平層狀介質(zhì)中，當(dāng)波的某條射線

5、以某一角度入射到第一個界面后，再向下透射的方向?qū)⒂缮鲜經(jīng)Q定，這條射線就對應(yīng)于一個射線參數(shù)值Pi 。PVVVVVVSiSiPipiSSPpSSPPsinsin.sinsinsinsin22222211 3 3）煤田地震有良好的反射波組）煤田地震有良好的反射波組新生界與煤系地層是一個良好的反射界面，可獲得連續(xù)性較好的新生界底界新生界與煤系地層是一個良好的反射界面，可獲得連續(xù)性較好的新生界底界面反射波。面反射波。煤系地層沉積穩(wěn)定，主要標(biāo)志層間距變化不大，巖性、巖相組合特征清楚，煤系地層沉積穩(wěn)定，主要標(biāo)志層間距變化不大，巖性、巖相組合特征清楚，物性差異明顯與其圍巖波阻抗差異明顯，所形成的反射波波形穩(wěn)定

6、，能量強，物性差異明顯與其圍巖波阻抗差異明顯，所形成的反射波波形穩(wěn)定，能量強，連續(xù)性好，可連續(xù)追蹤。連續(xù)性好，可連續(xù)追蹤。 三維地震單炮記錄靜校正前后單炮對比靜校正前后單炮對比靜校正前靜校正后地形炮檢距初至波初至波T3波T15波T3波T15波三維地震勘探的成果是以三維地震勘探的成果是以5m5m* *5m5m* *1ms1ms為單元的三維數(shù)據(jù)體為單元的三維數(shù)據(jù)體5m5m1ms網(wǎng)度的縱、橫時間剖面和等時切片 當(dāng)然，參與復(fù)合（疊加）頂、底兩個反射間是有相位當(dāng)然，參與復(fù)合（疊加）頂、底兩個反射間是有相位差的。相位差差的。相位差=時差時差 / 厚度不同，時差不同，疊加后的合成振幅也不同，厚度不同，時差不

7、同，疊加后的合成振幅也不同， 即煤層即煤層的調(diào)諧作用：的調(diào)諧作用： 當(dāng)厚度較小，當(dāng)厚度較小， 相長干涉，合成地震波振幅與煤相長干涉，合成地震波振幅與煤厚近似正比的關(guān)系；厚近似正比的關(guān)系； 當(dāng)當(dāng) 時，合成地震波振幅達(dá)到最大；時，合成地震波振幅達(dá)到最大； 當(dāng)當(dāng) 時，合成地震波振幅逐漸下降，最后保持一時，合成地震波振幅逐漸下降，最后保持一個常數(shù)，意味著頂、底界面兩個反射完全分開了。個常數(shù)，意味著頂、底界面兩個反射完全分開了。4/df24/d。，4/d煤層厚度煤層厚度振幅曲線振幅曲線調(diào)調(diào)諧諧厚厚度度T15T3TQ角度不整合的反映 由于煤層的屏蔽作用導(dǎo)致下組煤層能量弱、連續(xù)由于煤層的屏蔽作用導(dǎo)致下組煤層

8、能量弱、連續(xù)性差，要想達(dá)到解決地質(zhì)任務(wù)的目的比較難。一般與性差，要想達(dá)到解決地質(zhì)任務(wù)的目的比較難。一般與上組煤層相距不遠(yuǎn)，根據(jù)上組煤層構(gòu)造相似性來推斷。上組煤層相距不遠(yuǎn)，根據(jù)上組煤層構(gòu)造相似性來推斷。 層間多次將可能模糊深部的反射層間多次將可能模糊深部的反射地震剖面上的反地震剖面上的反射層和鉆孔柱狀射層和鉆孔柱狀上什么層位相當(dāng)？上什么層位相當(dāng)？合成記錄就是地合成記錄就是地震剖面與鉆孔地震剖面與鉆孔地質(zhì)剖面的橋梁。質(zhì)剖面的橋梁。哪個波來自哪個哪個波來自哪個層位的？采用逐層位的？采用逐一圍巖替代法。一圍巖替代法。3#159#不整合面是一個良好的反射界面。不整合面是一個良好的反射界面。不整合界面之下

9、的巖性不斷變化，所以，沿該界面波阻抗變化大，反不整合界面之下的巖性不斷變化，所以，沿該界面波阻抗變化大，反射波的能量、波形也變化大，甚至連續(xù)性差，不易準(zhǔn)確對比。根據(jù)上射波的能量、波形也變化大，甚至連續(xù)性差，不易準(zhǔn)確對比。根據(jù)上下同相軸角度相交，還是易于辨認(rèn)的。下同相軸角度相交，還是易于辨認(rèn)的。圖圖 背、向斜在時間剖面上的反映背、向斜在時間剖面上的反映背斜向斜圖圖 三維一步法偏移前后剖面對比三維一步法偏移前后剖面對比疊加剖面偏移剖面陷落柱斷陷點陷落柱斷陷點繞射波繞射波采 空 區(qū)采空區(qū)Inline 284Crossline 173采區(qū)邊緣一個采空區(qū)在橫（左）、縱剖面（右）剖面上的顯示塌 陷 區(qū)塌

10、陷 區(qū)大多小煤窯不放頂任其自然坍塌大多小煤窯不放頂任其自然坍塌采掘率相等低，相應(yīng)其地球物理采掘率相等低，相應(yīng)其地球物理特征相當(dāng)復(fù)雜。這些小煤窯的采特征相當(dāng)復(fù)雜。這些小煤窯的采空區(qū)也能形成能量較強、連續(xù)性空區(qū)也能形成能量較強、連續(xù)性較好的煤層反射波阻，在時間剖較好的煤層反射波阻，在時間剖面上易識別面上易識別 ,不易分辨是不是采不易分辨是不是采空區(qū)（空區(qū)（老窯采空區(qū)富水性幾率大老窯采空區(qū)富水性幾率大）與陷落?。┡c陷落住 圖6-1 時間剖面上的采空區(qū)采空區(qū) 圖6-2 時間剖面上的小窯采空區(qū)老窯采空區(qū)老窯采空區(qū)大范圍的賦存，由于采空區(qū)老窯采空區(qū)大范圍的賦存，由于采空區(qū)內(nèi)或是坍塌堆積，或是以空洞存在，或

11、內(nèi)或是坍塌堆積，或是以空洞存在，或是積蓄礦水形成下陷。其綜合效應(yīng)是引是積蓄礦水形成下陷。其綜合效應(yīng)是引起反射波時間延遲現(xiàn)象，時間剖面上形起反射波時間延遲現(xiàn)象，時間剖面上形成向斜形態(tài)特征，形似但不是地層向斜成向斜形態(tài)特征，形似但不是地層向斜老窯采空區(qū)的時間剖面特征老窯采空區(qū)的時間剖面特征圖圖 7mFe21正斷層在時間剖面及等時切片上的反映正斷層在時間剖面及等時切片上的反映Fe21微小斷層 漳村煤礦經(jīng)過2005年井下開采驗證F1斷層，在巷道揭露點為0.8m，與三維數(shù)據(jù)體對比分析見如下時間剖面，依此從巷道揭露點0.8m位置開始到解釋為3m斷點的位置 。 從理論上分析，查明3米的斷層可能性比較小。假設(shè)

12、煤系地層的平均速度為3000m/s （更何況煤系地層速度一般大于3000m/s），那么，視覺要分辨2ms。一般來說在地形平坦，淺層地震地質(zhì)條件比較好，激發(fā)層位在淺水位以下35m，原始記錄的甲級率在80%左右，資料處理做到保真處理，類時間剖面在90%以上；或者說在復(fù)雜山區(qū)能夠集多種淺層地震地質(zhì)條件激發(fā)的有效地震波主頻接近，查明3米斷層還是可行的。圖5-13 巷道揭露的ILN209時間剖面08米斷點3斷點斷點33圖5-15 Inline218時間剖面斷點33斷點逆斷層圖圖 Sw3向斜、向斜、Sw4背斜、背斜、Sw5向斜在時間剖面上的反映向斜在時間剖面上的反映Sw3向斜Sw4背斜Sw5向斜Fw17

13、.圖圖 Xe17陷落柱在偏移及方差剖面上的反映陷落柱在偏移及方差剖面上的反映圖圖 Xe2陷落柱在偏移剖面及方差順層切片上的反映陷落柱在偏移剖面及方差順層切片上的反映Xe2圖5-16 2號煤層上15m 的陷落柱2號煤8號煤陷落柱 煤矸石 目前，還沒有看到用地震勘探技術(shù)探測煤層夾矸的報道，而在目前，還沒有看到用地震勘探技術(shù)探測煤層夾矸的報道，而在煤礦開采中發(fā)現(xiàn)了個別三維地震勘探區(qū)有區(qū)域煤矸石。如在晉城寺煤礦開采中發(fā)現(xiàn)了個別三維地震勘探區(qū)有區(qū)域煤矸石。如在晉城寺河煤礦河煤礦98年度年度三維地震三維地震勘探研究中，地震資料解釋為勘探研究中，地震資料解釋為3米的斷層。米的斷層。經(jīng)開采經(jīng)開采23011和和

14、23015巷道穿過地震解釋的落差巷道穿過地震解釋的落差3m的斷層的斷層 時，發(fā)時，發(fā)現(xiàn)不是斷層而是最大厚度僅現(xiàn)不是斷層而是最大厚度僅1.4m，其平面形態(tài)為橢圓的煤矸石。，其平面形態(tài)為橢圓的煤矸石。圖5-11 左中為inline剖面、右為crossline剖面.裂隙發(fā)育區(qū)在時間剖面上的反映裂隙發(fā)育帶3 3號煤號煤.已驗證不是斷層而是瓦斯富集區(qū)在時間剖面上的反映3 3號煤號煤瓦斯富集區(qū)三維地震勘探資料三維地震勘探資料3號煤層能量分布號煤層能量分布 1）與鉆孔瓦斯檢測值的對比分析 鉆孔瓦斯值鉆孔瓦斯值- -能量對比分析表能量對比分析表 孔號孔號3 3瓦瓦斯含量斯含量( (毫升毫升克克) )鉆孔瓦斯對

15、鉆孔瓦斯對應(yīng)實際值應(yīng)實際值平面圖上估平面圖上估算的能量值算的能量值實際能量實際能量值值備注備注( (能量能量/ /瓦斯瓦斯) )160216023.943.947.887.889.469.46858578.5778.57異常異常160316037.117.1114.2214.2217.117.1444440.7940.79異常異常170817088.938.9317.8617.8621.421.4118118111.33111.335.35.36.26.2倍倍170917098.268.2616.5216.5219.819.8808084.6884.684.24.25.15.1倍倍180318

16、034.634.639.269.2611.1111.11656556.5756.575.15.17.07.0倍倍 2）井下瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析見煤點瓦斯監(jiān)測值見煤點瓦斯監(jiān)測值- -能量對比分析表能量對比分析表見煤點見煤點3 3瓦斯含量瓦斯含量( (毫升克毫升克) )實際能量值實際能量值備備 注注( (能量能量/ /瓦斯瓦斯) )1 113.5413.5467.6767.675.05.0倍倍2 213.5413.5451.0651.063.83.8倍倍3 37.527.5258.4758.47勘探區(qū)外不可靠（剔除）勘探區(qū)外不可靠（剔除）4 47.527.5260.6760.67勘探區(qū)外不可靠（剔

17、除）勘探區(qū)外不可靠（剔除）5 515.1315.1357.1757.173.83.8倍倍6 615.1315.1370.7070.704.74.7倍倍7 715.1315.1350.0750.073.33.3倍倍8 815.1315.1372.9672.964.84.8倍倍3號煤層井下采掘巷道、能量及瓦斯預(yù)測分布圖號煤層井下采掘巷道、能量及瓦斯預(yù)測分布圖 3號煤層底板及瓦斯富集區(qū)分布圖號煤層底板及瓦斯富集區(qū)分布圖 預(yù)測結(jié)論預(yù)測結(jié)論： 成果充分利用新技術(shù)將三維地震資料的信息作了深層次的提取成果充分利用新技術(shù)將三維地震資料的信息作了深層次的提取與利用，預(yù)測的結(jié)果反映的是煤層及頂、底板富含的游離態(tài)瓦

18、斯及與利用，預(yù)測的結(jié)果反映的是煤層及頂、底板富含的游離態(tài)瓦斯及吸附態(tài)和液態(tài)瓦斯的綜合效應(yīng)。吸附態(tài)和液態(tài)瓦斯的綜合效應(yīng)。 根據(jù)五個鉆孔資料瓦斯檢測值和八個井下瓦斯監(jiān)測值與三維地根據(jù)五個鉆孔資料瓦斯檢測值和八個井下瓦斯監(jiān)測值與三維地震資料預(yù)測的反映瓦斯富集區(qū)的能量分布圖對比可知，已知的瓦斯震資料預(yù)測的反映瓦斯富集區(qū)的能量分布圖對比可知，已知的瓦斯值與預(yù)測的能量值成正比例關(guān)系，經(jīng)計算預(yù)測的能量值是已知瓦斯值與預(yù)測的能量值成正比例關(guān)系，經(jīng)計算預(yù)測的能量值是已知瓦斯值的值的3.33.37.07.0倍的關(guān)系。倍的關(guān)系。 由于預(yù)測的能量分布圖的規(guī)律性不強，采用顏色的差別表示能由于預(yù)測的能量分布圖的規(guī)律性不強，采用顏色的差別表示能量的差異，讀取的能量值反映的瓦斯含量值在以下范圍內(nèi)：能量值量的差異，讀取的能量值反映的瓦斯含量值在以下范圍內(nèi)：能量值8080時，瓦斯含量值時，瓦斯含量值1616立方米立方米/ /噸；噸；5050能量值能量值8080時，時，1212立方立方米米/ /噸瓦斯含量值噸瓦斯含量值1616立方