煤层顶底板致灾含水层地震预测技术应用研究 ——以澄合矿区王村煤矿为例

论文摘要

煤矿水害事故是造成煤矿群死群伤的重要原因,须用地质勘查技术手段查明水源的存在,有针对性的采取综合防治水措施;利用三维地震信息预测煤层顶板含水地层异常区立足于预测煤层顶底板水源层的空间位置展布,为矿井防治水提供水文地质依据。澄合矿区主采煤层5号煤顶板的砂岩裂隙含水层和底板下伏灰岩岩溶裂隙含水层是矿井涌水的主要来源,由于目标含水层和围岩的波阻抗差异相对较小,地震反射波能量较弱,预测难度较大。为提高目标含水层的成像效果和预测精度,本文在分析了影响澄合矿区目标含水层反射波品质的干扰因素的基础上,从三维地震数据的采集、处理、解释三个方面对发现的问题进行了探讨,并提出了针对性的解决方法。主要成果有:(1)考虑澄合矿区巨厚黄土的地表地质条件,提出了在高速层中(潜水面以下)组合多井激发的爆炸方式;(2)经过理论分析和试验对比分析发现,目前煤田勘探主流采用的60Hz自然频率检波器会导致地震低频有效信号失真,率先提出采用28Hz或更低自然频率检波器进行宽频带高分辨率地震采集;(3)针对澄合矿区以往构造勘探采用的三维观测系统面元过大、覆盖次数过低、方位角过窄等问题,优化设计出一种新的有利于弱反射波成像的小面元、高覆盖次数和宽方位的岩性勘探观测系统;(4)设计出一种六步迭代速度分析流程用于目标数据处理的剩余静校正工作,通过速度谱的时变调整有效提高了含水层弱反射波速度拾取精度;(5)为消除煤层对底板灰岩界面反射信号的屏蔽作用,提出了一种叠后数据去煤技术,可有效压制煤层强反射波能量,增强煤层底板弱反射地层的能量;(6)基于波阻抗、自然伽马、电阻率等叠后反演成果,发展了岩相概率分析技术,获得了反映岩层空间展布特征的岩性数据体;(7)优选均方根振幅、频谱成像、波形分类地震属性分析技术和稀疏脉冲、测井约束、多参数神经网络、地质统计学反演方法,以属性分析为辅,叠后反演为主,叠合圈定煤层顶板的含水砂层分布和煤层底板灰岩岩溶区域。通过这种采集、处理和解释一体化的煤层顶底板致灾含水层预测技术在澄合矿区王村煤矿的工程应用,使得含水层目标成像效果和预测精度显著提升,预测的煤层顶板砂体厚度可达5m以上,识别的灰岩裂隙岩溶发育带得到矿方认可,说明这种预测技术能为顶底板突水预测防治提供有效的矿井地质依据,可推广使用。

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ABSTRACT

1 引言

1.1 研究意义

1.2 研究现状

1.3 技术路线

1.4 研究内容

1.5 创新认识

2 地质概况及反射波特征

2.1 研究区位置

2.2 地层特征

2.3 水文地质特征

2.4 地震地质条件

2.5 目标地层标准反射波

2.6 影响反射波品质的干扰因素

2.6.1 黄土塬特色的噪音影响

2.6.2 上覆强波阻抗界面对下部地层的屏蔽作用

2.6.3 黄土层的吸收衰减作用

2.6.4 黄土塬复杂的地貌对静校正带来的影响

2.7 本章小结

3 含水地层目标地震采集

3.1 选择合适的激发条件

3.1.1 井深的选择

3.1.2 单井和组合井的选择

3.2 选择自然频率较低的检波器

3.2.1 检波器自然频率与传输函数

3.2.2 不同自然频率检波器对比试验

3.3 选择合理的观测系统

3.4 本章小结

4 含水地层目标数据处理

4.1 目标处理的必要性

4.2 精确做好静校正和剩余静校正

4.2.1 一次静校正和残余静校正

4.2.2 六步速度分析法迭代剩余静校正

4.3 有针对性的叠前去噪原则

4.4 补偿弱反射波能量

4.5 弱化基岩面强反射界面

4.6 目标处理流程

4.7 本章小结

5 精细构造解释技术

5.1 解释思路

5.2 层位解释

5.2.1 地震地质层位的确定

5.2.2 层位追踪对比

5.3 断层解释

5.3.1 区域构造模式

5.3.2 断点的解释

5.4 解释成果

5.4.1 断层

5.4.2 底板起伏形态

5.5 本章小结

6 地震属性识别含水层技术

6.1 叠后数据去煤技术

6.1.1 基于Morlet小波的MP算法

6.1.2 基于MP算法的去煤技术

6.2 均方根振幅

6.3 频谱成像

6.4 波形分类

6.5 属性叠合分析

6.6 本章小结

7 地震反演识别含水层技术

7.1 反演方法的选择及技术思路

7.2 基础数据准备及可行性分析

7.2.1 测井资料预处理

7.2.2 层位数据预处理

7.2.3 可行性分析

7.3 稀疏脉冲反演

7.3.1 稀疏脉冲方法原理

7.3.2 稀疏脉冲方法实现

7.3.3 稀疏脉冲反演效果

7.4 测井约束反演

7.4.1 测井约束方法原理

7.4.2 测井约束方法实现

7.4.3 测井约束反演效果

7.5 多属性神经网络反演

7.5.1 多属性神经网络方法原理

7.5.2 多属性神经网络方法实现

7.5.3 多属性神经网络反演效果

7.6 地质统计学反演

7.6.1 地质统计学方法原理

7.6.2 地质统计学方法实现

7.6.3 地质统计学反演效果

7.7 反演方法效果分析

7.8 本章小结

8 煤层顶底板岩性解释

8.1 岩相概率分析

8.1.1 岩相概率分析基本原理

8.1.2 岩相概率分析实现

8.2 砂体预测及其含水性评价

8.2.1 煤层顶板砂体预测

8.2.2 煤层顶板砂体含水性预测

8.3 灰岩岩溶预测

8.3.1 奧灰顶界面预测

8.3.2 奧灰岩溶异常区预测

8.4 本章小结

9 结论及建议

9.1 结论

9.2 建议

致谢

参考文献

个人简介

科技成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 高阳

导师: 王彦春,段中会

关键词: 煤层顶底板,致灾含水层,三维地震预测,属性分析,地震反演

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程,矿业工程,安全科学与灾害防治

单位: 中国地质大学(北京)

基金: 国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室的重点培育项目《煤矿地质灾害三维地球物理勘探预测技术体系方法研究》(项目编号ZD2012-1),国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室的重点培育项目《基于三维地震数据的煤层顶板砂体富水区预测方法研究与应用》(项目编号 ZP2018-4)

分类号: P631.4;TD745

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000086

总页数: 150

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