第二讲煤层反射波教材课件

煤层反射波及其地质异常的反映g.瞬时相位主讲人：杨双安河南理工大学资环学院第二讲

煤层反射波及其地质异常的反映g.瞬时相位主讲人：杨双安第煤层反射波及其地质异常的反映一.煤层的地震特性及煤层反射波二.煤层反射波上显现的地质异常三.地震资料上水和瓦斯信息的提取与分析煤层反射波及其地质异常的反映一.煤层的地震特性及煤层反射波一.煤层的地震特性及煤层反射波煤层是煤田地震勘探的主要目的层。煤层是一个岩性、厚度横向稳定、连续性好的岩层。煤层的厚度一般小于10-15m，个别地方煤厚大于20m，目前开采的矿井煤层厚度多数在2-10m范围内。煤层是煤田地震勘探的主要目的层。Ⅳ.煤层的物性及其反射1)煤层及其围岩的物性

物性密度(g/cm3)纵波速度(m/s)第四系1.8-2.01500-1800煤层的围岩（砂岩、粉砂岩、泥岩）2.4-2.63100-3500煤层1.3-1.41900-2400

可见，在煤系中，煤层是一个低速、低密度的夹层。Ⅳ.煤层的物性及其反射1)煤层及其围岩的物性物性密度(g

上式分别为地震波的反射、透射系数公式，R为反射系数，T为透射系数；其中ρ1、ν1分别为界面上覆岩层的密度和速度；ρ2、ν2分别为界面下伏岩层的密度和速度。速度和密度之积称之为波阻抗，所以说波阻抗差异是煤层地震反射波的物质基础。若不考虑波前扩散和介质的吸收作用，反射系数和透射系数之和等于1。经计算顶底界面的反射系数（0.15-0.5）。一般当界面反射系数≥0.1时，就认为是强反射面。顶底界面反射系数大小差不多，但是极性相反。2)煤层的顶、底界面都是强反射面入射波反射波透射波介质

2介质

1上式分别为地震波的反射、透射系数公式，R为反射系数，T综合反射定律和透射定律的内容，并扩展到多层水平层状介质的情况，可以得到斯奈尔定律。它还包括横波和纵波的传播。设各层的纵波、横波速度分别用Vp1,Vs1,Vp2,Vs2,......Vpi,Vsi表示，则斯奈尔定律的形式如下：P称为射线参数。在水平层状介质中，当波的某条射线以某一角度入射到第一个界面后，再向下透射的方向将由上式决定，这条射线就对应于一个射线参数值Pi

。综合反射定律和透射定律的内容，并扩展到多层水平层状介质的情况理想VTI、TTI介质中地震波传播示意图理想VTI、TTI介质中地震波传播示意图3）煤田地震有良好的反射波组新生界与煤系地层是一个良好的反射界面，可获得连续性较好的新生界底界面反射波。煤系地层沉积稳定，主要标志层间距变化不大，岩性、岩相组合特征清楚，物性差异明显与其围岩波阻抗差异明显，所形成的反射波波形稳定，能量强，连续性好，可连续追踪。

3）煤田地震有良好的反射波组三维地震单炮记录静校正前后单炮对比静校正前静校正后地形炮检距初至波初至波T3波T15波T3波T15波三维地震单炮记录静校正前后单炮对比静校正前静校正后地形炮检距三维地震勘探的成果是以5m*5m*1ms为单元的三维数据体三维地震勘探的成果是以5m*5m*1ms为单元的三维数据体5m×5m×1ms网度的纵、横时间剖面和等时切片

5m×5m×1ms网度的纵、横时间剖面和等时切片Ⅴ.煤层是“薄层”1）煤层的“薄”、“厚”是相对地震波长而言。一般认为当层厚小于四分之一波长时，就是薄层。

若地震的主频50Hz，煤层地震波速度是2000m/s，试计算煤层中地震波长、垂直入射到厚度分别为1、3、5、7、9m时上下界面反射波的时差多大？2）煤层顶、底界面的反射波一般不能分辨，最终形成复合反射。3）煤层厚度对地震波振幅具有调谐效应：Ⅴ.煤层是“薄层”1）煤层的“薄”、“厚”是相对地震波长而言调谐效应：

当然，参与复合（叠加）顶、底两个反射间是有相位差的。相位差=时差/厚度不同，时差不同，叠加后的合成振幅也不同，即煤层的调谐作用：当厚度较小，相长干涉，合成地震波振幅与煤厚近似正比的关系；当时，合成地震波振幅达到最大；当时，合成地震波振幅逐渐下降，最后保持一个常数，意味着顶、底界面两个反射完全分开了。。，调谐效应：当然，参与复合（叠加）顶、底煤层反射波模型煤层厚度在煤层顶底确定的正常振幅振幅曲线调谐厚度煤层反射波模型煤层厚度在煤层顶底确定的正常振幅振幅曲线调谐厚

Ⅵ.煤层具有强的屏蔽作用T15T3TQ角度不整合的反映

由于煤层的屏蔽作用导致下组煤层能量弱、连续性差，要想达到解决地质任务的目的比较难。一般与上组煤层相距不远，根据上组煤层构造相似性来推断。

Ⅵ.煤层具有强的屏蔽作用T15T3TQ角度不整合的反Ⅶ.煤层内、煤层间多次波较发育

层间多次将可能模糊深部的反射Ⅶ.煤层内、煤层间多次波较发育

层间多次将可能模糊深部的Ⅷ.地质层位和反射波的关系Ⅷ.地质层位和反射波的关系煤层反射波

分

析煤层反射波

分

析合成地震记录和井旁地震道的对比地震剖面上的反射层和钻孔柱状上什么层位相当？合成记录就是地震剖面与钻孔地质剖面的桥梁。哪个波来自哪个层位的？采用逐一围岩替代法。3号煤层9号煤层15号煤层钻孔柱状图人工合成记录钻孔位置3煤反射波9煤反射波15煤反射波合成地震记录和井旁地震道的对比地震剖面上的反射层和钻孔柱状上二.煤层反射波上显现的地质异常二.煤层反射波上显现的地质异常Ⅰ.典型的煤层反射波剖面Ⅰ.典型的煤层反射波剖面Ⅱ.不整合不整合面是一个良好的反射界面。不整合界面之下的岩性不断变化，所以，沿该界面波阻抗变化大，反射波的能量、波形也变化大，甚至连续性差，不易准确对比。根据上下同相轴角度相交，还是易于辨认的。Ⅱ.不整合不整合面是一个良好的反射界面。Ⅲ.煤层的背、向斜构造图背、向斜在时间剖面上的反映背斜向斜Ⅲ.煤层的背、向斜构造图背、向斜在时间剖面上的反映Ⅳ.

绕

射

波图

三维一步法偏移前后剖面对比叠加剖面偏移剖面陷落柱断陷点陷落柱断陷点绕射波绕射波Ⅳ.

绕

射

波图三维一步法偏移前后剖面对比叠加Ⅴ.煤层分叉合并、变薄的解释Ⅴ.煤层分叉合并、变薄的解释Ⅵ.煤层冲刷带解释Ⅵ.煤层冲刷带解释Ⅶ.采空塌陷区解释采空区采空区Inline284Crossline173

采区边缘一个采空区在横（左）、 纵剖面（右）剖面上的显示塌陷区塌陷区Ⅶ.采空塌陷区解释采空区采空区Inline大多小煤窑不放顶任其自然坍塌采掘率相等低，相应其地球物理特征相当复杂。这些小煤窑的采空区也能形成能量较强、连续性较好的煤层反射波阻，在时间剖面上易识别,不易分辨是不是采空区（老窑采空区富水性几率大）与陷落住图6-1时间剖面上的采空区采空区图6-2时间剖面上的小窑采空区老窑采空区图6-3老窑采空区的向斜形态特征老窑采空区大范围的赋存，由于采空区内或是坍塌堆积，或是以空洞存在，或是积蓄矿水形成下陷。其综合效应是引起反射波时间延迟现象，时间剖面上形成向斜形态特征，形似但不是地层向斜

老窑采空区的时间剖面特征

大多小煤窑不放顶任其自然坍塌采掘率相等低，相应其地球物理特征Ⅷ.小断层图7mFe21正断层在时间剖面及等时切片上的反映Fe21Ⅷ.小断层图7mFe21正断层在时间剖面及等时切微小断层漳村煤矿经过2005年井下开采验证F1断层，在巷道揭露点为0.8m，与三维数据体对比分析见如下时间剖面，依此从巷道揭露点0.8m位置开始到解释为3m断点的位置。从理论上分析，查明3米的断层可能性比较小。假设煤系地层的平均速度为3000m/s（更何况煤系地层速度一般大于3000m/s），那么，视觉要分辨2ms。一般来说在地形平坦，浅层地震地质条件比较好，激发层位在浅水位以下3～5m，原始记录的甲级率在80%左右，资料处理做到保真处理，Ⅰ类时间剖面在90%以上；或者说在复杂山区能够集多种浅层地震地质条件激发的有效地震波主频接近，查明3米断层还是可行的。微小断层漳村煤矿经过2005年井下开采验证F1断层，在巷道揭图5-13巷道揭露的ILN209时间剖面0．8米断点3图5-14Inline213、214、216时间剖面断点断点33图5-15Inline218时间剖面断点33断点图5-13巷道揭露的ILN209时间剖面0．8米断点3图逆断层图Sw3向斜、Sw4背斜、Sw5向斜在时间剖面上的反映Sw3向斜Sw4背斜Sw5向斜Fw17逆断层图Sw3向斜、Sw4背斜、Sw5向斜在时间剖面

Ⅸ.

陷

落

柱

图Xe17陷落柱在偏移及方差剖面上的反映图Xe2陷落柱在偏移剖面及方差顺层切片上的反映Xe2

Ⅸ.

陷

落

柱

图Xe17陷落柱在偏移及方微小陷落住图5-162号煤层上15m的陷落柱2号煤8号煤陷落柱微小陷落住图5-162号煤层上15m的陷落柱2号煤8号Ⅹ.两平行回风石门埋深：460m间距：50m坡度：0.3%Ⅹ.两平行回风石门Ⅺ.煤矸石

煤矸石

目前，还没有看到用地震勘探技术探测煤层夹矸的报道，而在煤矿开采中发现了个别三维地震勘探区有区域煤矸石。如在晋城寺河煤矿98年度三维地震勘探研究中，地震资料解释为3米的断层。经开采23011和23015巷道穿过地震解释的落差3m的断层时，发现不是断层而是最大厚度仅1.4m，其平面形态为椭圆的煤矸石。Ⅺ.煤矸石煤矸石目前，还没有看到用地震勘探技煤矸石在不同方向时间剖面的反映图5-11左中为inline剖面、右为crossline剖面煤矸石在不同方向时间剖面的反映图5-11左中为inlineⅫ.裂隙发育区在时间剖面上的反映裂隙发育带3号煤Ⅻ.裂隙发育区在时间剖面上的反映裂隙发育带3号煤ⅩⅢ.已验证不是断层而是瓦斯富集区在时间剖面上的反映3号煤瓦斯富集区ⅩⅢ.已验证不是断层而是瓦斯富集区在时间剖面上的反映3号煤瓦三.地震资料上瓦斯信息的提取与分析三.地震资料上瓦斯信息的提取与分析三维地震勘探资料3号煤层能量分布三维地震勘探资料3号煤层能量分布1）与钻孔瓦斯检测值的对比分析钻孔瓦斯值-能量对比分析表

孔号3＃瓦斯含量(毫升／克)钻孔瓦斯对应实际值平面图上估算的能量值实际能量值备注(能量/瓦斯)16023.947.88～9.468578.57异常16037.1114.22～17.14440.79异常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）与钻孔瓦斯检测值的对比分析钻孔瓦斯值-能量对比分析表2）井下瓦斯监测数据对比分析见煤点瓦斯监测值-能量对比分析表见煤点3＃瓦斯含量(毫升／克)实际能量值备注(能量/瓦斯)113.5467.675.0倍213.5451.063.8倍37.5258.47勘探区外不可靠（剔除）47.5260.67勘探区外不可靠（剔除）515.1357.173.8倍615.1370.704.7倍715.1350.073.3倍815.1372.964.8倍2）井下瓦斯监测数据对比分析见煤点瓦斯监测值-能量对比分析表3号煤层井下采掘巷道、能量及瓦斯预测分布图

3号煤层井下采掘巷道、能量及瓦斯预测分布图3号煤层底板及瓦斯富集区分布图

3号煤层底板及瓦斯富集区分布图预测结论：成果充分利用新技术将三维地震资