【正文】 要的沿巷道方向(即任意方向)的地震剖面在勘探階段是無法實(shí)時(shí)獲得的。(3) 無法利用煤礦生產(chǎn)階段獲得的地質(zhì)資料煤田三維地震勘探通常采用鉆孔標(biāo)定方法計(jì)算平均速度，即利用已知鉆孔揭露的地質(zhì)層位深度及對(duì)應(yīng)的反射波旅行時(shí)，經(jīng)內(nèi)插、擬合平滑后做出不同層位的速度平面分布圖。對(duì)構(gòu)造等時(shí)圖直接進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換即可得到構(gòu)深度造圖。在煤礦勘探階段，鉆孔的數(shù)量不多，故地震資料構(gòu)造解釋精度也不高。然而，在煤礦生產(chǎn)階段可以獲得大量的井巷和回采工作面的地質(zhì)資料，利用它們可以大幅度提高構(gòu)造解釋精度。但是，這些寶貴的地質(zhì)資料均無法利用。(4) 無法修改原構(gòu)造解釋方案在掘進(jìn)和回采過程中，可以發(fā)現(xiàn)許多小于5m的斷層，但是無法自動(dòng)修改原構(gòu)造解釋方案(即無法自動(dòng)修改煤層底板等高線圖)。煤礦三維地震數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)解釋技術(shù)是指“三維地震信息與煤礦生產(chǎn)過程中所獲得的礦井地質(zhì)信息相互融合”，服務(wù)于煤礦生產(chǎn)階段，徹底改變了傳統(tǒng)的三維地震解釋僅服務(wù)于煤礦勘探階段的模式，提高了三維地震成果的利用水平，能夠解決更多的地質(zhì)問題。4. 應(yīng)用實(shí)例實(shí)例1——探明陷落柱2002年，淮南礦業(yè)集團(tuán)謝橋礦東二采區(qū)進(jìn)行三維地震勘探，在資料解釋時(shí)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)內(nèi)有兩個(gè)地質(zhì)異常體，即1號(hào)、2號(hào)隱伏構(gòu)造體，見圖2129和圖2130。后經(jīng)地面鉆孔及井下巷道驗(yàn)證為陷落柱，首次確定了淮南地區(qū)有陷落柱的存在。圖2129 陷落柱在地震剖面上的顯示圖2130 陷落柱的平面位置實(shí)例2——探明新構(gòu)造淮南礦業(yè)集團(tuán)顧北煤礦和顧橋煤礦進(jìn)行的三維地震勘探中，陸續(xù)在新生界地層中發(fā)現(xiàn)了斷距較大的斷層，這是過去地質(zhì)勘探未曾見到的地質(zhì)現(xiàn)象，如圖2131和圖2132所示。為了進(jìn)一步探明該地質(zhì)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了3個(gè)地質(zhì)鉆孔，其中補(bǔ)5孔見破碎帶，～，與三維地震勘探資料基本吻合。通過對(duì)地質(zhì)資料的分析，發(fā)現(xiàn)新生界地層中的斷層既有正斷層，也有逆斷層，表現(xiàn)為新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形跡，同時(shí)也表現(xiàn)出老構(gòu)造的繼續(xù)或復(fù)活現(xiàn)象。圖2131 新生界地層中的正斷層圖2132 新生界地層中的逆斷層 巖性地震勘探 構(gòu)造地震勘探與巖性地震勘探中國(guó)東部主要礦區(qū)經(jīng)過多年的開采，淺部資源已亮紅燈，迫切需要開采深部的煤炭資源。如何提高地質(zhì)成果的勘探精度，在深部實(shí)現(xiàn)安全開采是我國(guó)煤炭行業(yè)今后的主要奮斗目標(biāo)。影響深部煤層開采地質(zhì)條件的因素很多，如構(gòu)造、水文、瓦斯、煤層頂?shù)装鍡l件等。目前，主要的成熟勘探手段是地震勘探，也僅限于解決構(gòu)造問題。而煤礦深部安全開采中的主要地質(zhì)問題，包括煤層頂?shù)装逅牡刭|(zhì)條件、瓦斯突出條件與力學(xué)性質(zhì)均屬巖性勘探范疇。構(gòu)造地震勘探主要利用地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，即利用地震波的旅行時(shí)和波速，計(jì)算出地層分界面上各點(diǎn)的埋藏深度，從而確定出地層的構(gòu)造形態(tài)。巖性地震勘探除了利用地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征外，還利用地震波的動(dòng)力學(xué)特征來研究地層的巖性。地震屬性技術(shù)和地震反演技術(shù)是巖性地震勘探的重要手段。近年來，隨著三維地震勘探方法的進(jìn)步與發(fā)展，煤礦中也引進(jìn)了高密度三維地震勘探、三維三分量的地震勘探方法。 地震屬性技術(shù)地震屬性的分類沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同的學(xué)者分別提出過不同的屬性分類。結(jié)合煤田地震勘探的特點(diǎn)，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)特征把地震屬性分成八個(gè)類別：時(shí)間、振幅、頻率、相位、波形、相關(guān)、吸收衰減、速度。地震屬性的類型很多，要根據(jù)解決的地質(zhì)問題來選擇相應(yīng)的地震屬性。地震屬性技術(shù)的關(guān)鍵在于屬性提取，提取方式包括同相軸屬性提取和數(shù)據(jù)體屬性提取。(1) 提取同相軸屬性同相軸屬性是與某個(gè)界面有關(guān)的地震屬性，具體提取方法包括瞬時(shí)提取法、單道分時(shí)窗提取法和多道分時(shí)窗提取法。瞬時(shí)提取法即傳統(tǒng)的“三瞬”參數(shù)，瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)相位和瞬時(shí)頻率。單道分時(shí)窗提取法是在一個(gè)地震道上用“可變時(shí)窗”提取各類屬性參數(shù)，通過解釋出的反射同相軸來定義可變時(shí)窗的上界和下界。常用的有時(shí)間域?qū)傩詤?shù)、頻率域?qū)傩詤?shù)和分形分維屬性參數(shù)。多道分時(shí)窗提取法是在多個(gè)地震道上用可變時(shí)窗提取各類屬性參數(shù)，除了要定義可變時(shí)窗的上界和下界外，還需要定義處理道數(shù)。將所得到地震屬性放到中心道位置上。常用的有品質(zhì)因素和二維分形參數(shù)。(2) 提取數(shù)據(jù)體屬性基于數(shù)據(jù)體的地震屬性將產(chǎn)生一個(gè)完整的屬性體，其最大優(yōu)點(diǎn)是能產(chǎn)生相關(guān)型的數(shù)據(jù)，從而提供逐道之間地震信號(hào)相似性和連續(xù)性的有用信息。將固定的三維數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為能反映一定地球物理特征的新三維數(shù)據(jù)體。最常見的是相干數(shù)據(jù)體和方差數(shù)據(jù)體。煤層反射波中含有大量地質(zhì)信息，無論是煤層的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)或巖性變化都會(huì)引起地震屬性的變化。在煤田地震勘探中, 煤層中的小構(gòu)造異常、結(jié)構(gòu)和巖性變化，用常規(guī)的人工識(shí)別方法往往是無能為力的。但是，利用地震屬性的變化來區(qū)分構(gòu)造、進(jìn)行煤層結(jié)構(gòu)和巖性解釋是可行的。地震屬性技術(shù)是煤礦開發(fā)階段的重要手段，可用于識(shí)別斷層及其它構(gòu)造、預(yù)測(cè)奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育帶、解釋煤層變薄沖刷帶、預(yù)測(cè)瓦斯富集帶等，應(yīng)用前景十分廣泛。1. 解釋小斷層圖2133是淮南礦業(yè)集團(tuán)張集煤礦西三采區(qū)131煤層的(a)沿層相干切片與(b)底板等高線圖的對(duì)比，可以看出小斷層的相關(guān)屬性非常明顯。(a) (b)圖2133 相干沿層切片與底板等高線圖的對(duì)比2. 解釋煤層變薄沖刷帶陽煤集團(tuán)開元公司于2004年完成了七、八采區(qū)三維地震勘探工作，對(duì)3煤層進(jìn)行了構(gòu)造解釋。在地震數(shù)據(jù)解釋過程中，主要根據(jù)鉆孔資料在3煤層中劃分出3個(gè)薄煤區(qū)()，初步認(rèn)定薄煤區(qū)或無煤區(qū)是古河道沖刷造成的，見圖2134。七采區(qū)3806工作面在掘進(jìn)過程中，回風(fēng)順槽遇到?jīng)_刷帶，與三維地震解釋沖刷位置相差240m。圖2135為本區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)反射波時(shí)間剖面。圖2136為3煤層變薄沖刷缺失的地震剖面，與正常地震剖面比較后可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)3煤層的T3波有以下變化：(1) 振幅即能量明顯變?nèi)酰?2) 相位發(fā)生轉(zhuǎn)移；(3) 波形特征改變。針對(duì)T3波的這些變化，提取了3煤層反射波的屬性參數(shù)，包括振幅、相位和相干特征，得到七、八采區(qū)沿3煤層的振幅切片、相位切片和相干切片，見圖213圖2138和圖2139。分析后可以看出，3煤層的變薄沖刷缺失在地震屬性上有明顯反應(yīng)，綜合利用正常區(qū)域和變薄區(qū)域的地震屬性差異，可以得到七、八采區(qū)3煤層的變薄沖刷缺失范圍，見圖2140。從圖2140中可以清楚地看到，薄煤區(qū)或無煤區(qū)基本是東西向展布的，具有河道沖刷的典型特征。3煤層缺失圖2134 3煤層變薄沖刷缺失的分布范圍T15T9T3圖2135 標(biāo)準(zhǔn)地震剖面T3T15T9圖2136 3煤層變薄沖刷缺失的地震剖面圖2137 沿3煤層的振幅切片圖2138 沿3煤層的相位切片圖2139 沿3煤層的相干切片3煤層缺失圖2140 3煤層變薄沖刷缺失區(qū) 地震反演技術(shù)地震反演技術(shù)是巖性地震勘探的重要手段之一，根據(jù)鉆孔測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)縱向分辨率很高的有利條件，對(duì)井旁地震資料進(jìn)行約束反演，并在此基礎(chǔ)上對(duì)孔間地震資料進(jìn)行反演，推斷地層巖性在平面上的變化情況，這樣就把具有高縱向分辨率的已知測(cè)井資料與連續(xù)觀測(cè)的地震資料聯(lián)系起來，實(shí)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，大大提高三維地震資料的縱、橫向分辨率和對(duì)地下地質(zhì)情況的勘探研究程度，在煤礦深部安全開采中發(fā)揮重要作用。煤田地震反演工作起步較晚，處在疊后地震反演的研究和初步應(yīng)用階段。近年來，地震反演技術(shù)應(yīng)用于多家煤礦，其關(guān)注的重點(diǎn)是煤礦安全開采的有關(guān)地質(zhì)問題，獲得了豐富的地質(zhì)成果，主要包括：(1) 提高弱反射煤層的可檢測(cè)性；(2) 利用反演剖面提供的巖性信息來劃分地層，研究煤層頂板的穩(wěn)定性；(3) 確定奧陶系灰?guī)r頂部巖層中的含隔水性，查明含、隔水層的空間分布和厚度分布； (4) 圈定火成巖侵入煤層的范圍；(5) 預(yù)測(cè)煤層厚度；(6) 預(yù)測(cè)煤層瓦斯富集帶。1. 確定奧陶系灰?guī)r頂部含、隔水層的空間分布和厚度分布傳統(tǒng)煤田地質(zhì)學(xué)認(rèn)為，奧陶系灰?guī)r巖溶地下水水壓高，易對(duì)下組煤頂、底含水層產(chǎn)生垂向頂托或側(cè)向補(bǔ)給，且補(bǔ)給水源充足，對(duì)采煤威脅最大。因此，長(zhǎng)期以來下組煤層是開采禁區(qū)。在臨沂礦業(yè)集團(tuán)新驛煤礦下組煤水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探工作中，利用地震反演技術(shù)查明部分水文地質(zhì)條件，主要包括奧陶系頂部含、隔水層的空間分布和厚度分布。研究成果突破了傳統(tǒng)煤田地質(zhì)學(xué)理論，表明奧陶系灰?guī)r不完全是一個(gè)含水層，其頂部就有隔水層存在，可以為建立礦井突水的水量預(yù)測(cè)模型提供基礎(chǔ)資料。在常規(guī)地震剖面上，無法對(duì)奧陶系內(nèi)部進(jìn)行分層，原因是信噪比低和反射系數(shù)小(相對(duì)煤層而言)。但是利用地震反演剖面，借助相對(duì)波阻抗值的差異，便能夠確定奧陶系頂部灰?guī)r中的含、隔水層的空間分布和厚度分布。圖2141是水1—群2聯(lián)井反演地震剖面，從中可以看出奧陶系頂界面、隔水層和含水層的分層位置。圖2142是隔水層底界面的沿層波阻抗切片；圖2143是含水層底界面的沿層波阻抗切片。沿層波阻抗切片能夠提供整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)的含、隔水層巖性信息，隔水層的平均波阻抗明顯高于含水層的平均波阻抗，利用該信息能夠比較準(zhǔn)確地確定奧陶系灰?guī)r中的含、隔水層的空間分布。含水層底界面隔水層底界面奧陶系頂界面16煤圖2141 聯(lián)井反演地震剖面圖2142 隔水層底界面沿層波阻抗切片圖2143 含水層底界面沿層波阻抗切片奧陶系頂部隔水層時(shí)間間隔為15，換算為厚度30；奧陶系頂部含水層時(shí)間間隔為5，換算為厚度10；二者之間的過渡帶厚度是變化的。圖2144是含、隔水層間隔圖，單位為m。圖2145是16煤、奧陶系頂界面、隔水層底界面和含水層底界面的立體顯示。利用上述信息，可以確定奧陶系頂部的含、隔水層的空間分布和厚度分布。圖2144 含、隔水層間隔圖含水層底界面奧陶系頂界面16煤隔水層底界面圖2145 多個(gè)界面的立體顯示2. 預(yù)測(cè)煤層厚度分布彬長(zhǎng)煤田大佛寺井田含煤4層，其中4煤層可采，～，屬特厚煤層。在常規(guī)地震剖面上，4煤層對(duì)應(yīng)的T4波振幅主要是由煤層頂、底板的反射系數(shù)決定的，無法辨別煤層厚度的變化。而反演地震剖面反映了地層的波阻抗變化，煤層在含煤地層中特征明顯，其波阻抗值很低，與圍巖存在巨大的阻抗值差異，因此能夠比較準(zhǔn)確地分辨出4煤層厚度的變化。圖2146為D18井與D19井的聯(lián)井反演地震剖面，可以清楚地看出4煤層厚度與波阻抗的變化關(guān)系。波阻抗反演煤層厚度的方法如下：(1) 根據(jù)波阻抗值的變化，按地震層位解釋的方法在波阻抗反演剖面上拾取4煤層頂、底板的分界線并進(jìn)行全區(qū)插值，并根據(jù)導(dǎo)出的頂?shù)装宓姆纸缇€求出全區(qū)地震波在煤層中的旅行時(shí)；4煤圖2146 聯(lián)井反演地震剖面 (2) 根據(jù)區(qū)域地質(zhì)規(guī)律及速度測(cè)井資料，確定4煤層中地震波傳播速度并進(jìn)行全區(qū)插值；(3) 利用時(shí)間深度轉(zhuǎn)換公式，計(jì)算出4煤層厚度。表2112為本區(qū)9個(gè)鉆孔處4煤層的預(yù)測(cè)厚度與實(shí)際揭露厚度對(duì)比結(jié)果。通過表7可以看出，4煤層預(yù)測(cè)的厚度與實(shí)際厚度基本吻合，根據(jù)該方法預(yù)測(cè)了全區(qū)4煤層厚度，預(yù)測(cè)結(jié)果見圖2147。表2112 4煤層實(shí)際厚度與預(yù)測(cè)厚度對(duì)比表孔號(hào)實(shí)際揭露厚度(m)預(yù)測(cè)厚度(m)絕對(duì)誤差(m)D19D13D11D12D18D24D10188192圖2147 4煤層厚度預(yù)測(cè)結(jié)果 煤層氣地震勘探現(xiàn)行的煤田地震勘探技術(shù)主要是利用反射波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征來解決構(gòu)造問題，而煤層氣地震勘探屬于巖性地震勘探的范疇。在影響煤層氣富集的5個(gè)主要地質(zhì)因素中，利用地震資料和其它地質(zhì)資料可以查明落差大于5m的斷層及其它構(gòu)造分布、煤層埋藏深度、煤層厚度。但是，不能對(duì)構(gòu)造煤的分布和煤層頂?shù)装宓耐笟庑宰龀鲈u(píng)價(jià)。煤層氣作為氣體，如果要在煤層中儲(chǔ)存和運(yùn)移，那么煤層及其頂?shù)装逯芯捅仨氁邢嗷ヂ?lián)通的裂隙裂縫?？傊?，裂隙裂縫的存在是煤層氣存在的必要條件，也是搞清構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)、煤層氣富集帶的關(guān)鍵。因此，對(duì)于煤礦開采而言，研究煤層及其頂?shù)装辶严读芽p的分布和連通情況極其重要。由于裂隙裂縫是瓦斯富集、存儲(chǔ)、運(yùn)移的場(chǎng)所，因此查明采區(qū)內(nèi)斷層的分布、裂隙裂縫的分布的變化，便能夠?qū)?gòu)造煤的分布、煤層頂?shù)装宓耐笟庑宰龀稣_評(píng)價(jià)。于是，煤層氣地震勘探的核心是查明構(gòu)造煤的分布、煤層頂?shù)装逯辛严读芽p的發(fā)育方向和密度(圍巖的透氣性)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外油氣勘探的成功經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合煤層氣地震勘探的特點(diǎn)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)提出利用“兩個(gè)理論、三項(xiàng)技術(shù)”來指導(dǎo)煤層氣地震勘探。兩個(gè)理論是指雙相介質(zhì)理論和各向異性介質(zhì)理論，三項(xiàng)技術(shù)是指P波方位屬性技術(shù)、P波方位AVO技術(shù)和彈性波阻抗反演技術(shù)。下面給出利用P波方位屬性技術(shù)預(yù)測(cè)裂隙發(fā)育帶(瓦斯富集帶)的應(yīng)用實(shí)例?；茨系V業(yè)集團(tuán)張集煤礦是超級(jí)瓦斯礦井，對(duì)西三采區(qū)131煤層提取了波峰相位時(shí)間、時(shí)域平均能量、峰值頻率和平均頻率相位四種屬性，并分別計(jì)算出裂隙的發(fā)育方向和密度。圖2148(a)為利用波峰相位時(shí)間屬性識(shí)別裂隙帶，圖2148(b)為利用時(shí)域平均能量屬性識(shí)別裂隙帶，圖2148(c)為利用峰值頻率屬性識(shí)別裂隙帶，圖2148(d)為利用平均頻率相位屬性識(shí)別裂隙帶。圖2148中，直線方向表示裂隙的方向，直線長(zhǎng)度表示裂隙的密度。綜合各種地震屬性預(yù)測(cè)結(jié)果得到最終的預(yù)測(cè)成果圖，見圖2149。將圖2149的預(yù)測(cè)成果與圖2150的地震解釋成果比較后，發(fā)現(xiàn)兩者之間非常吻合，這就驗(yàn)證了利用地震屬性預(yù)測(cè)裂隙發(fā)育帶的正確性。結(jié)果還表明，利用平均頻率相位屬性識(shí)別裂隙發(fā)育帶的效果最為明顯，利用峰值頻率的效果次之，而利用波峰相位時(shí)間和時(shí)域平均能量的效果最弱。 (a) 波峰相位時(shí)間 (b) 時(shí)域平均能量 (c) 峰值頻率 (d) 平均頻率相位圖