第二講煤層反射波教材課件

煤層反射波及其地質(zhì)異常的反映g.瞬時相位主講人：楊雙安河南理工大學(xué)資環(huán)學(xué)院第二講

煤層反射波及其地質(zhì)異常的反映g.瞬時相位主講人：楊雙安第煤層反射波及其地質(zhì)異常的反映一.煤層的地震特性及煤層反射波二.煤層反射波上顯現(xiàn)的地質(zhì)異常三.地震資料上水和瓦斯信息的提取與分析煤層反射波及其地質(zhì)異常的反映一.煤層的地震特性及煤層反射波一.煤層的地震特性及煤層反射波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)性好的巖層。煤層的厚度一般小于10-15m，個別地方煤厚大于20m，目前開采的礦井煤層厚度多數(shù)在2-10m范圍內(nèi)。煤層是煤田地震勘探的主要目的層。Ⅳ.煤層的物性及其反射1)煤層及其圍巖的物性

物性密度(g/cm3)縱波速度(m/s)第四系1.8-2.01500-1800煤層的圍巖（砂巖、粉砂巖、泥巖）2.4-2.63100-3500煤層1.3-1.41900-2400

可見，在煤系中，煤層是一個低速、低密度的夾層。Ⅳ.煤層的物性及其反射1)煤層及其圍巖的物性物性密度(g

上式分別為地震波的反射、透射系數(shù)公式，R為反射系數(shù)，T為透射系數(shù)；其中ρ1、ν1分別為界面上覆巖層的密度和速度；ρ2、ν2分別為界面下伏巖層的密度和速度。速度和密度之積稱之為波阻抗，所以說波阻抗差異是煤層地震反射波的物質(zhì)基礎(chǔ)。若不考慮波前擴散和介質(zhì)的吸收作用，反射系數(shù)和透射系數(shù)之和等于1。經(jīng)計算頂?shù)捉缑娴姆瓷湎禂?shù)（0.15-0.5）。一般當(dāng)界面反射系數(shù)≥0.1時，就認(rèn)為是強反射面。頂?shù)捉缑娣瓷湎禂?shù)大小差不多，但是極性相反。2)煤層的頂、底界面都是強反射面入射波反射波透射波介質(zhì)

2介質(zhì)

1上式分別為地震波的反射、透射系數(shù)公式，R為反射系數(shù)，T綜合反射定律和透射定律的內(nèi)容，并擴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

。綜合反射定律和透射定律的內(nèi)容，并擴展到多層水平層狀介質(zhì)的情況理想VTI、TTI介質(zhì)中地震波傳播示意圖理想VTI、TTI介質(zhì)中地震波傳播示意圖3）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，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。

3）煤田地震有良好的反射波組三維地震單炮記錄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波三維地震單炮記錄靜校正前后單炮對比靜校正前靜校正后地形炮檢距三維地震勘探的成果是以5m*5m*1ms為單元的三維數(shù)據(jù)體三維地震勘探的成果是以5m*5m*1ms為單元的三維數(shù)據(jù)體5m×5m×1ms網(wǎng)度的縱、橫時間剖面和等時切片

5m×5m×1ms網(wǎng)度的縱、橫時間剖面和等時切片Ⅴ.煤層是“薄層”1）煤層的“薄”、“厚”是相對地震波長而言。一般認(rèn)為當(dāng)層厚小于四分之一波長時，就是薄層。

若地震的主頻50Hz，煤層地震波速度是2000m/s，試計算煤層中地震波長、垂直入射到厚度分別為1、3、5、7、9m時上下界面反射波的時差多大？2）煤層頂、底界面的反射波一般不能分辨，最終形成復(fù)合反射。3）煤層厚度對地震波振幅具有調(diào)諧效應(yīng)：Ⅴ.煤層是“薄層”1）煤層的“薄”、“厚”是相對地震波長而言調(diào)諧效應(yīng)：

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=時差/厚度不同，時差不同，疊加后的合成振幅也不同，即煤層的調(diào)諧作用：當(dāng)厚度較小，相長干涉，合成地震波振幅與煤厚近似正比的關(guān)系；當(dāng)時，合成地震波振幅達(dá)到最大；當(dāng)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。。，調(diào)諧效應(yīng)：當(dāng)然，參與復(fù)合（疊加）頂、底煤層反射波模型煤層厚度在煤層頂?shù)状_定的正常振幅振幅曲線調(diào)諧厚度煤層反射波模型煤層厚度在煤層頂?shù)状_定的正常振幅振幅曲線調(diào)諧厚

Ⅵ.煤層具有強的屏蔽作用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)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。

Ⅵ.煤層具有強的屏蔽作用T15T3TQ角度不整合的反Ⅶ.煤層內(nèi)、煤層間多次波較發(fā)育

層間多次將可能模糊深部的反射Ⅶ.煤層內(nèi)、煤層間多次波較發(fā)育

層間多次將可能模糊深部的Ⅷ.地質(zhì)層位和反射波的關(guān)系Ⅷ.地質(zhì)層位和反射波的關(guān)系煤層反射波

分

析煤層反射波

分

析合成地震記錄和井旁地震道的對比地震剖面上的反射層和鉆孔柱狀上什么層位相當(dāng)？合成記錄就是地震剖面與鉆孔地質(zhì)剖面的橋梁。哪個波來自哪個層位的？采用逐一圍巖替代法。3號煤層9號煤層15號煤層鉆孔柱狀圖人工合成記錄鉆孔位置3煤反射波9煤反射波15煤反射波合成地震記錄和井旁地震道的對比地震剖面上的反射層和鉆孔柱狀上二.煤層反射波上顯現(xiàn)的地質(zhì)異常二.煤層反射波上顯現(xiàn)的地質(zhì)異常Ⅰ.典型的煤層反射波剖面Ⅰ.典型的煤層反射波剖面Ⅱ.不整合不整合面是一個良好的反射界面。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)上下同相軸角度相交，還是易于辨認(rèn)的。Ⅱ.不整合不整合面是一個良好的反射界面。Ⅲ.煤層的背、向斜構(gòu)造圖背、向斜在時間剖面上的反映背斜向斜Ⅲ.煤層的背、向斜構(gòu)造圖背、向斜在時間剖面上的反映Ⅳ.

繞

射

波圖

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Ⅳ.

繞

射

波圖三維一步法偏移前后剖面對比疊加Ⅴ.煤層分叉合并、變薄的解釋Ⅴ.煤層分叉合并、變薄的解釋Ⅵ.煤層沖刷帶解釋Ⅵ.煤層沖刷帶解釋Ⅶ.采空塌陷區(qū)解釋采空區(qū)采空區(qū)Inline284Crossline173

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)塌陷區(qū)Ⅶ.采空塌陷區(qū)解釋采空區(qū)采空區(qū)Inline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)性較好的煤層反射波阻，在時間剖面上易識別,不易分辨是不是采空區(qū)（老窯采空區(qū)富水性幾率大）與陷落住圖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)圖6-3老窯采空區(qū)的向斜形態(tài)特征老窯采空區(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

大多小煤窯不放頂任其自然坍塌采掘率相等低，相應(yīng)其地球物理特征Ⅷ.小斷層圖7mFe21正斷層在時間剖面及等時切片上的反映Fe21Ⅷ.小斷層圖7mFe21正斷層在時間剖面及等時切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)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3～5m，原始記錄的甲級率在80%左右，資料處理做到保真處理，Ⅰ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。微小斷層漳村煤礦經(jīng)過2005年井下開采驗證F1斷層，在巷道揭圖5-13巷道揭露的ILN209時間剖面0．8米斷點3圖5-14Inline213、214、216時間剖面斷點斷點33圖5-15Inline218時間剖面斷點33斷點圖5-13巷道揭露的ILN209時間剖面0．8米斷點3圖逆斷層圖Sw3向斜、Sw4背斜、Sw5向斜在時間剖面上的反映Sw3向斜Sw4背斜Sw5向斜Fw17逆斷層圖Sw3向斜、Sw4背斜、Sw5向斜在時間剖面

Ⅸ.

陷

落

柱

圖Xe17陷落柱在偏移及方差剖面上的反映圖Xe2陷落柱在偏移剖面及方差順層切片上的反映Xe2

Ⅸ.

陷

落

柱

圖Xe17陷落柱在偏移及方微小陷落住圖5-162號煤層上15m的陷落柱2號煤8號煤陷落柱微小陷落住圖5-162號煤層上15m的陷落柱2號煤8號Ⅹ.兩平行回風(fēng)石門埋深：460m間距：50m坡度：0.3%Ⅹ.兩平行回風(fēng)石門Ⅺ.煤矸石

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98年度三維地震勘探研究中，地震資料解釋為3米的斷層。經(jīng)開采23011和23015巷道穿過地震解釋的落差3m的斷層時，發(fā)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。Ⅺ.煤矸石煤矸石目前，還沒有看到用地震勘探技煤矸石在不同方向時間剖面的反映圖5-11左中為inline剖面、右為crossline剖面煤矸石在不同方向時間剖面的反映圖5-11左中為inlineⅫ.裂隙發(fā)育區(qū)在時間剖面上的反映裂隙發(fā)育帶3號煤Ⅻ.裂隙發(fā)育區(qū)在時間剖面上的反映裂隙發(fā)育帶3號煤ⅩⅢ.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號煤瓦斯富集區(qū)ⅩⅢ.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號煤瓦三.地震資料上瓦斯信息的提取與分析三.地震資料上瓦斯信息的提取與分析三維地震勘探資料3號煤層能量分布三維地震勘探資料3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-能量對比分析表

孔號3＃瓦斯含量(毫升／克)鉆孔瓦斯對應(yīng)實際值平面圖上估算的能量值實際能量值備注(能量/瓦斯)16023.947.88～9.468578.57異常16037.1114.22～17.14440.79異常17088.9317.86～21.4118111.335.3～6.2倍17098.2616.52～19.88084.684.2～5.1倍18034.639.26～11.116556.575.1～7.0倍1）與鉆孔瓦斯檢測值的對比分析鉆孔瓦斯值-能量對比分析表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-能量對比分析表見煤點3＃瓦斯含量(毫升／克)實際能量值備注(能量/瓦斯)113.5467.675.0倍213.5451.063.8倍37.5258.47勘探區(qū)外不可靠（剔除）47.5260.67勘探區(qū)外不可靠（剔除）515.1357.173.8倍615.1370.704.7倍715.1350.073.3倍815.1372.964.8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-能量對比分析表3號煤層井下采掘巷道、能量及瓦斯預(yù)測分布圖

3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

3號煤層底板及瓦斯富集區(qū)分布圖預(yù)測結(jié)論：成果充分利用新技術(shù)將三維地震資