【正文】 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。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(lái)研究地層的巖性。近年來(lái)，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。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(lèi)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。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。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)。將所得到地震屬性放到中心道位置上。(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。最常見(jiàn)的是相干數(shù)據(jù)體和方差數(shù)據(jù)體。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(wú)能為力的。地震屬性技術(shù)是煤礦開(kāi)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。(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(yáng)煤集團(tuán)開(kāi)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。七采區(qū)3806工作面在掘進(jìn)過(guò)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。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(jiàn)圖2140。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(lái)，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(kāi)采中發(fā)揮重要作用。近年來(lái)，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(kāi)采的有關(guān)地質(zhì)問(wèn)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(lái)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。因此，長(zhǎng)期以來(lái)下組煤層是開(kāi)采禁區(qū)。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。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。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(guò)渡帶厚度是變化的。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。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。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。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。通過(guò)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(jiàn)圖2147。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。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。因此，對(duì)于煤礦開(kāi)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。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)。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)?；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中，直線方向表示裂隙的方向，直線長(zhǎng)度表示裂隙的密度。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。 (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2148 利用地震P波屬性識(shí)別裂隙發(fā)育帶 圖2149 最終預(yù)測(cè)成果圖 圖2150 地震解釋成果圖 電法勘探原理與方法 概述電法勘探是根據(jù)地殼中各類(lèi)巖石或礦體的電磁學(xué)性質(zhì)（電法勘探方法較多，按電磁場(chǎng)的時(shí)間特性可分為直流電法（又稱(chēng)電阻率法、時(shí)間域電法）、交流電法（頻率域電法）、過(guò)渡過(guò)程法（脈沖瞬變場(chǎng)法）。交流電法是電法勘探的重要分支方法，該方法利用巖（礦）石的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性和介電性的差異，應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，觀測(cè)和研究人工或天然形成的電磁場(chǎng)的分布規(guī)律（頻率特性和時(shí)間特性），進(jìn)而解決有關(guān)的各類(lèi)地質(zhì)問(wèn)題。 含煤地層的主要電學(xué)特征地下巖層導(dǎo)電性的差異是電法勘探的前提，研究巖石的導(dǎo)電性有利于理解電法勘探的原理。不同巖石的電阻率變化范圍很大，常溫下可從108Wm。砂—泥質(zhì)巖石包括碎屑巖類(lèi)和粘土巖類(lèi)。一般，碎屑巖的電阻率隨其粒度的減小、分選性變好、泥質(zhì)含量增高、膠結(jié)程度變差和孔隙中水含鹽量的增大而降低。103Wm之間變化。膠結(jié)物不同，砂巖電阻率也不同，鈣質(zhì)、硅質(zhì)膠結(jié)的砂巖電阻率一般比泥質(zhì)、粘土質(zhì)膠結(jié)的砂巖電阻率高。粘土、頁(yè)巖、泥巖等粘土類(lèi)巖石以泥質(zhì)顆粒的離子導(dǎo)電方式為主，因?yàn)槟噘|(zhì)顆粒表面的電荷量基本相同，所以粘土、泥巖、頁(yè)巖等的導(dǎo)電性比較穩(wěn)定，它們的電阻率一般在1～n180。其中，頁(yè)巖比粘土和泥巖更致密，故其電阻率稍高。砂—泥質(zhì)巖石電阻率由小到大的順序是：泥巖或粘土＜頁(yè)巖＜細(xì)砂巖或粉砂巖＜中砂巖＜粗砂巖＜礫巖。碳酸鹽巖石主要以純化學(xué)方式沉淀生成。103～104Wm。此外，如果碳酸鹽巖石含有泥質(zhì)，它的電阻率也會(huì)有所下降。煤化程度很低的褐煤，常含有較高的水分和溶于水的腐植酸離子，故其電阻率較低，一般僅為n180。102。煙煤常具有較高的電阻率，但隨煤變質(zhì)程度的加深，電阻率減小，過(guò)渡至無(wú)煙煤，電阻率急劇下降。102～n180。無(wú)煙煤常具有良好的電子導(dǎo)電性，因而其電阻率很低，一般在1以下。因此，在一定的地質(zhì)、物性條件下，可以通過(guò)測(cè)定巖石或煤的電阻率來(lái)解決煤礦生產(chǎn)中遇到的許多地質(zhì)問(wèn)題。介質(zhì)中等位面和電流線的分布如圖2152所示，可知電極附近電場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)值大、電位變化明顯，而在AB中間約1/3~1/2地段處，電場(chǎng)和電位均變化緩慢，可近似為均勻場(chǎng)。介質(zhì)中的電流分布越深，勘探深度也就越大，對(duì)深層不均勻體的反映也越明顯。當(dāng)AB確定后，在地表觀測(cè)電場(chǎng)只能反映一定深度范圍內(nèi)的電性不均勻體；（2）欲想增加勘探深度，就必須加大供電電極距，使更多的電流往深處分布。因此，在中點(diǎn)觀測(cè)最佳，以便達(dá)到最大的勘探深度。當(dāng)通過(guò)供電電極A、B向地下發(fā)送電流時(shí)，就在地下電阻率為的均勻半空間建立穩(wěn)定的電場(chǎng)。 （141）式中 （142）公式(141)即為在均勻大地的地表采用任意電極裝置（或電極排列）測(cè)量電阻率的基本公式。在電阻率法中，把寬和高等于AB/長(zhǎng)為AB的長(zhǎng)方體（圖2153）定為理想勘探體積。顯然，只有在該體積內(nèi)，且與圍巖有明顯電性差異的地質(zhì)體對(duì)正常場(chǎng)的擾動(dòng)才會(huì)被觀測(cè)到。這個(gè)綜合影響值是在電場(chǎng)分布范圍內(nèi)各種巖石電阻率綜合影響的結(jié)果。 （143）視電阻率與真電阻率在概念上有著本質(zhì)的不同，決定視電阻率大小的因素有：電性不均勻體的分布狀態(tài)（形狀大小、深淺及產(chǎn)狀等）；供電電極和測(cè)量電極間的相互位置；工作裝置和地質(zhì)體的相對(duì)位置等。因而，按一定方式觀測(cè)視電阻率的變化規(guī)律，便可推斷出地下各種電性不均勻地質(zhì)體的分布狀態(tài)。常用方法的特點(diǎn)及其在煤礦地質(zhì)勘查中的應(yīng)用范圍見(jiàn)表2119。通過(guò)對(duì)反映地電斷面變化的電測(cè)深曲線的分析，可以了解深度方向上地電斷面的特征。工作時(shí)，供電電極距AB從最小電極距變化至最大電極距，每改變一次電極距AB，相應(yīng)觀測(cè)一次和，按照（143）式計(jì)算出視電阻率值。下面以?xún)蓚€(gè)水平電性層的地電斷面為例，來(lái)說(shuō)明電測(cè)深法的物理實(shí)質(zhì)。 （a） (b)圖2155 直流測(cè)深法工作原理圖當(dāng)用較小的供電電極距（）測(cè)量時(shí)，根據(jù)勘探體積概念，認(rèn)為該裝置是處于均勻介質(zhì)中，下部高阻基底巖層埋藏較深，此時(shí)電流不受高阻層的影響，此時(shí)；。由于高阻對(duì)電流的排斥作用，使增大，則。當(dāng)，相應(yīng)的勘探體積內(nèi)主要為第二層介質(zhì)充滿(mǎn)，而第一層介質(zhì)在整個(gè)勘探體積中僅占很小比例，所以介質(zhì)在影響場(chǎng)的分布問(wèn)題上起主導(dǎo)作用。值隨變化的關(guān)系曲線稱(chēng)電測(cè)深曲線。當(dāng)?shù)仉姅嗝骖?lèi)型不同時(shí)，曲線形狀也不相同。一般采用固定的電極距并使整個(gè)電極裝置沿著測(cè)線平移，這樣便可觀測(cè)到在一定深度范圍內(nèi)視電阻率沿著剖面的橫向變化。圖2156 地下低阻和高阻異常體對(duì)電流的吸引和排斥作用電剖面法的主要裝置形式有：對(duì)稱(chēng)聯(lián)合剖面法、四極剖面法、偶極剖面法和中間梯度法等，水文物探中常用的方法及參數(shù)見(jiàn)表2120。對(duì)稱(chēng)剖面法對(duì)稱(chēng)四極法AM=MN=NB時(shí)稱(chēng)為溫納爾裝置；AB＞＞MN時(shí)稱(chēng)為施侖貝爾裝置。KAMNB，KA’MNB’計(jì)算公式同上由于對(duì)稱(chēng)四極剖面裝置不需要無(wú)窮遠(yuǎn)極、野外工作輕便、效率高。在合適的條件下還可以圈定巖溶的分布范圍及追索古河道等。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，高密度電阻率法的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和資料處理解釋系統(tǒng)日臻成熟，在實(shí)際應(yīng)用中取得了令人滿(mǎn)意的地質(zhì)效果。1）高密度電阻率法觀測(cè)系統(tǒng)高密度電阻率法是為滿(mǎn)足淺部精細(xì)勘查的實(shí)際需要而研制的一種電法勘探系統(tǒng)。然后用多芯電纜將其連接到程控式多路電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上，電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是一種由單片機(jī)控制的電極自動(dòng)換接裝置，它可以根據(jù)需要自動(dòng)進(jìn)行電極裝置形式、極距及測(cè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。將數(shù)據(jù)回放并送入微機(jī)便可用專(zhuān)門(mén)程序軟件對(duì)原始資料進(jìn)行處理。之后，再選取電極，…，不同極距的裝置，重復(fù)以上觀測(cè)。圖2158 高密度電阻率法勘探系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖顯然，由于一條剖面地表測(cè)點(diǎn)總數(shù)是固定的，因此，極距擴(kuò)大時(shí)，反映不同勘探深度的測(cè)點(diǎn)數(shù)將依次減少。2）高密度電阻率法特點(diǎn)相對(duì)于常規(guī)電測(cè)深和電剖面法，高密度電阻率法有以下特點(diǎn)：（1）由于電極布設(shè)是一次完成的，這不僅減少了因電極設(shè)置而引起的故障和干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。（3）野外數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，不僅數(shù)據(jù)采集速度快，而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯(cuò)誤。（5）與傳統(tǒng)的電阻率法相比，高密度電阻率法成本低、效率高，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高。（7）高密度電阻率法主要用于勘探淺部的電性異常體，在水文物探中常用于淺部裂隙帶、采空區(qū)等的精細(xì)勘探。該方法主要研究對(duì)象是相對(duì)圍巖為良導(dǎo)體或?qū)щ娦暂^好的地質(zhì)體，目標(biāo)是查明充電體的空間分布形態(tài)、產(chǎn)狀、延伸等地質(zhì)問(wèn)題。供電時(shí)充電體為一等位體或似等位體，電流由充電體流入圍巖，形成穩(wěn)定電流場(chǎng)，該電場(chǎng)的分布特征與充電體的形態(tài)、大小和產(chǎn)狀等因素有關(guān)。充電法適用于普查良導(dǎo)電地質(zhì)體，主要用于金屬礦床的勘探階段和水文地質(zhì)調(diào)查工作中。當(dāng)對(duì)具有天然或人工露頭的良導(dǎo)地質(zhì)體進(jìn)行充電時(shí)，實(shí)際上整個(gè)地質(zhì)體就相當(dāng)于一個(gè)大電極，若良導(dǎo)體地質(zhì)體的電阻率遠(yuǎn)小于圍巖電阻率時(shí)，我們便可以近似地把它看成是理想導(dǎo)體。顯然，當(dāng)不考慮地面對(duì)電場(chǎng)分布的影響時(shí)，則離導(dǎo)體越近，等位面的形狀與導(dǎo)體表