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煤矿三维地震勘探中波阻抗技术的应用
摘要：一般情况下，煤层与其顶底板围岩的波阻抗值存在较大差异，所以能够从波阻抗数据体中清晰分辨出煤层分布空间形态。通过薛湖煤矿27采区应用实例说明该技术在三维地震勘探中解释煤层厚度变化及岩浆岩侵蚀方面是一种非常有效的方法。
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1、区域介绍
本矿井发育地层由老至新有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、二叠系上统上石盒子组及石千峰组、新近系、第四系，其中太原组、山西组、下石盒子组和上石盒子组为含煤地层。其中二叠系下统山西组中的二2煤层为本区主要可采煤层，位于本组中下部，平均煤厚2.16m，下石盒子组中的三22煤层部分被岩浆岩吞蚀，残留部分也往往大部分变质形成天然焦。
三维地震勘探的地质任务其中包括：
(1）圈定勘探区内直径10m以上的陷落柱及其他地质异常区，并对异常区域做出定性解释。如煤层冲刷变薄、缺失、火成岩侵入等。要求平面误差不大于10m。
(2）解释勘探区内主要煤层厚度变化趋势，对主要煤层二2煤层要求绘制出煤厚等值线图，对冲刷变薄区，煤层缺失要绘制出边界线。
根据地质任务的要求，采用了基于模型地震反演的方法对地质异常区及煤层厚度变化趋势进行解释。
2、基于模型反演
首先利用本区的地震数据体进行解释，利用钻孔测井资料制作人工合成记录，确定各煤层反射波组的地质层位，再以选定的标准反射波为主要解释对象，根据反射波同相轴的振幅强度、波形、波组特征、时差等进行综合对比追踪解释断层等构造，将解释的数据体与区内测井资料及其他地质资料相结合，对该区进行基于模型的三维叠后反演，得到了本区波阻抗数据体。
基于模型地震反演就是将地震数据与测井资料相结合，建立一个初始地层波阻抗模型，然后由此模型进行正演得到地震合成记录，将合成地震记录与实际地震记录相比较，根据比较结果修改波阻抗模型的速度、密度、深度值及子波，再正演求取合成地震记录并与实际地震记录进行比较，如此多次反复修改，使合成记录最佳地逼近实际记录，得到最终的波阻抗模型。
本次反演工作共利用了区内的11个钻孔资料，测井资料在纵向上分析地层精度高，能够揭示了地层岩性的变化，但具有局限性，不能反映地层在横向上变化特点，地震资料在横向上反映地层波阻抗连续性变化，但垂向分辨率低，建立模型的过程就是将二者进行结合，利用测井波阻抗正确解释地质层位，利用地震资料为井间的波阻抗界面赋予合适的波阻抗信息，既保留了测井资料纵向分辨率高的特点，也保留了地震资料横向上的连续性。然后根据标定后的地震层位信息，在全区内通过外推内插的方法建立模型。
通过测区内的解释成果数据（层位和断层）、地质钻孔资料结合地质分层的资料，研究分析煤层厚度横向变化情况，建立三维地质模型。
地震子波和初始模型建立后，进行反演运算。运算过程主要是通过修改初始模型，使合成记录最佳逼近实际地震记录。最终修正的模型就是反演得到的波阻抗模型。图1是过7220孔的波阻抗反演剖面。
3、解释成果
3.1 煤厚的解释
利用波阻抗反演对煤层厚度进行解释，既结合了地震资料的横向连续性好与测井资料垂向分辨率高的优点，同时波阻抗本身直接反映储层物性，而煤层与周围岩石的波阻抗差异较大，所以可以从波阻抗数据体中清晰分辨煤层分布空间，进而计算出煤层厚度。
本区二2煤层在全区煤厚较厚且较稳定，利用波阻抗反演对煤层厚度进行解释，方法为：首先将得到的波阻抗数据体加载到解释系统中，如图2所示，在系统中拾取煤层顶底板波阻抗值分界线的时间值，然后在全区内进行插值，求出地震波在煤层中的旅行时间；再根据测井资料计算煤层速度，计算反射波在煤层中传播的速度；最后利用时—深转换公式：h=vt/2计算得到煤层厚度，由工作站解释系统自动生成煤层厚度等值线平面图。
图3是分别采用波阻抗反演技术和常规钻孔插值方法得到的二2煤层厚度变化趋势预测图，常规插值方法主要是利用解释软件包从三维数据体中提取煤层地震属性（振幅、瞬时频率、平均能量、带宽等），结合钻探揭露煤厚进行煤层厚度标定，在全区内进行插值，从而得到煤层厚度变化趋势图。
通过对比可以看出，波阻抗反演得到的煤层厚度变化趋势比常规采用钻孔插值方法得到的变化趋势更加精确，更加符合煤厚的赋存和变化规律。
3.2 岩浆岩的解释
由于煤的密度较小速度较低(波阻抗值较小)，而岩浆岩的密度较大速度较高(波阻抗值较大)。当煤层被岩浆侵入后，其速度与密度值都会增大，其波阻抗值也会有异常。因此，可以利用这一特点在波阻抗数据体上识别煤层中的波阻抗值变大异常区，从而可以圈定煤层中的火成岩侵入区。
图4为过7017孔的波阻抗反演剖面，从波阻抗反演剖面上可以看出二2煤层对应的波阻抗值较小(2600～4000)；三22煤层对应的波阻抗值较高(3900～5000)；均远小于火成岩侵入区的波阻抗值(6500～7500)。沿煤层波阻抗值在横向上是变化的，即表示煤层岩性在横向上的变化，在全区中追踪沿煤层的波阻抗值，从而可以圈定波阻抗值为高值异常的火成岩侵入区。
图5是将圈定的火成岩侵入区显示在煤层振幅图和层拉平切片图上，通过对比，可以看出圈定的异常区与属性图显示的异常基本吻合。
4、结论
波阻抗反演成果的好坏与建立的波阻抗模型和真实地质模型是否吻合有密切的关系，因此要充分利用处理好钻孔测井资料；运用波阻抗技术解释煤厚较常规解释方法更加精确，更加真实反映煤层厚度变化的趋势。利用软件识别煤层中的波阻抗值的变大异常区，较为准确地圈定煤层中的火成岩侵入区，但要准确确定煤层侵入边界，需要对波阻抗数据体解释方法做进一步研究。
参考文献：
[1]陆基孟,王永刚.地震勘探原理[M].中国石油大学出版社,2009.
[2]任小丽.三维地震勘探技术在三塘湖煤田的应用[J].工程地球物理学报,2016(13).
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熊永杰,吴波,王小豪.波阻抗技术在煤矿三维地震勘探中的应用[J].西部探矿工程,2021,33(04):143-145+150.
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在中国晋陕蒙新地区，开采容易自燃、自燃煤层的井工煤矿占比为77.1%,生产能力占比为79.3%,自燃火灾潜在危险性大，火源位置隐蔽，治理难度较大，严重影响着煤矿的安全生产[1,2,3]。向采空区注惰性气体是目前较为常用的防灭火技术，氮气等惰性气体注入采空区后可以稀释氧气浓度至煤自燃所需的最低氧浓度以下，从而达到抑制采空区遗煤自燃的效果[4,5,6]。
2024-04-23
目前最为常用的为浅及中深孔水力压裂，常规的水力压裂施工时一般距离所要处理的巷道层位较近，孔深一般在60 m以内，最大施工孔深在150 m左右，钻孔倾斜打设，能够解决上覆坚硬顶板垮落不及时、采场压力集中、经常出现的压架和两顺槽超前支护段顶板变形等问题。但针对工作面采用常规的水力压裂切顶卸压时，由于受钻孔角度及深度的限制，压裂区域不能有效覆盖整个回采工作面上覆稳定岩层区域。定向长钻孔区域压裂技术应运而生。
2024-04-23
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2024-04-23
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2024-03-05
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近些年，我国水资源短缺日趋严重，陕北地区受到地理位置、气候和地形等因素影响水资源时空分布不均，更加剧了该地区水资源匮乏问题。随着水再生利用技术的发展，膜法处理技术以其操作方便、模块化集成度高、自动化程度高、能耗低等特点成为核心水处理工艺。利用膜法处理工艺实现矿井水的深度处理和循环利用，可有效避免井水外排造成的水资源浪费和环境污染，大幅降低煤化工等企业的生产成本。
2024-03-03
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2024-02-20我要评论
期刊名称：中国矿业
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主管单位：中国矿业联合会
主办单位：中国矿业联合会
出版地方：北京
专业分类：煤矿
国际刊号：1004-4051
国内刊号：11-3033/TD
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创刊时间：1992年
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2021-03-15
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