地震层析技术在煤层特征识别中的应用

地震层析技术在煤层特征识别中的应用

0.2研究方法和参数地震铬技术是利用地震数据模拟研究区域内地下三维结构的方法。其原理与医学ct相似。地震铬技术可以精确地在复杂地质条件下捕捉地震波速，这是为了研究地球的内部岩性特征，并探索复杂地下地质结构。本文选择某矿区进行试验,该区煤矿包含大量的火成岩侵入体,与侵入体相邻的煤质较好,而较远的煤炭质量则较差.研究的目的是对沉积岩和火成岩侵入体的边界进行准确成像,研究结果对于设计采掘方案具有重要意义.常规地震层析技术对地下火成岩成像非常困难,由于侵入体的复杂性,侵入体通常会非常陡斜,甚至接近垂直.因此,为了更好地对侵入体成像,减小地层倾角的影响,研究中采用宽谱参数.反演过程中不仅考虑侵入体的位置和大小,而且包括地震波速度信息.由于地震波速度与岩石的硬度密切相关,层析结果可以用来估计地下岩石的硬度,或评价煤矿储量等.1射线路径单元长度使用宽谱层析成像技术,将数据通过菲涅耳带插值后进行宽谱层析反演计算和成像.菲涅耳带插值方法是在地震波射线路径和Rhytov散射波程之间的一种插值运算,可结合宽谱插值来进行反演处理.菲涅耳带插值宽谱层析成像技术应用于侵入体、空洞、断层甚至裂隙等地质条件下,结果表明,基于菲涅耳带插值的层析技术可以平衡地层倾角的不利影响,并且能够得到更清晰的图像.菲涅耳带插值方法中,相位扰动通过Rhytov近似表示为:Δϕ(g|s)=∑r(2ω20p0G(r|s,g))Δp⋅dΔϕ(g|s)=∑r(2ω02p0G(r|s,g))Δp⋅d,(1)式中:Δϕ为相位扰动;d为射线路径单元长度;G为格林方程.通过拉格朗日算子获得Δp的误差为E=((Δp)2-LλA(k)(2ω2002p0G(r|g,s)Δp·d-Δϕ)).(2)为使误差E最小,定义Δp=LλA(k)ω2002p0G(r|g,s)d,(3)式中:Lλ=Δϕ(g|s)∑r(2ω04p20ΔpG(r|g,s)2d2A(k)2).(4)Lλ=Δϕ(g|s)∑r(2ω04p02ΔpG(r|g,s)2d2A(k)2).(4)对式(4)进行归一化,将权重因子A(k)设定为A(k)=(2ω2002p2002)-1,用频率和时间表示相位.此时,Rhytov散射波程表示为Δp=d⋅Lwavepath⋅ΔT∑rd2⋅Lwavepath2.(5)Δp=d⋅Lwavepath⋅ΔΤ∑rd2⋅Lwavepath2.(5)然后,通过射线路径内插公式中的Lwavepath并对公式进行归一化,产生菲涅耳带插值区域.当频率高的时候,菲涅尔带空间震动比频率低的时候更加频繁(图1).在高频区域,菲涅尔带插值和射线路径近似.在菲涅尔带应用于侵入体层析计算的过程中,逐渐从低频到高频扫描以产生宽谱菲涅尔带插值.2地震波的探测、采集数据和解释利用1套48道地震仪和2套24道地震仪进行数据采集.激发点和检波点在地面的排列布置如图2所示.每个检波点采用9个检波器堆放接收,以提高检波器的灵敏度.检波器要插紧,使之与地面结合好,检波器附近不应有树丛、杂草等易于受风影响的干扰物,同时也要注意检波器的引线用土、石压住,以减少或避免风吹草动形成的微振干扰.考虑到工区内地表为松散的岩层,激发深度选择在地下8m以下,此深度位于潜水面以下.进而可以增强地震波传播的有效反射波能量,减小干扰波.地震数据采集利用密集点参数进行布线,每隔3道检波器布置1个激发点.这样可以采集到高分辨率的地震数据.当采集路线穿越铁道或高速公路时,利用遥测系统进行数据的无线传输,检波器要进行适当的调整,以便于接收到地震波,同时也能够包含地下侵入体的详细信息.图3表示了检波器的安排和侵入体的预计位置.图4显示的数据来自于2套地震仪RAS-24和McSeis120采集得到的地震剖面.数据非常清晰,但有时会因为采区交通产生噪声干扰.3火成岩侵入体通过式(5)进行地震层析成像计算,结果如图5所示.根据地下岩石的物理性质,结合该地区的地质概况进行分析可知,由于火成岩密度大,地震波传播速度快,因此,图5中速度高值区域可以解释为火成岩侵入体;而煤层密度小,地震波在煤层中传播速度较慢,所以图5中速度低值区域可以解释为煤层.进而可以从图5中可以准确描述煤层特征,包括位置、厚度等信息.经过钻井资料验证,地震层析数据结果和钻孔结果相符.因此,地震层析结果可以直接用来描述煤层以及周边的侵入体位置.通过地震层析结果和钻井信息相结合进行解释(图6),可以得到该区煤层及侵入体的分布特征.4地面地震层析技术通过地震层析的实际应用,得到以下结论:(1)地震层析技术可以识别出地下煤层分布,并对煤层边界准确刻画,尤其是靠近火成岩侵入带附近煤层.(2)与常规地震勘探方法相比,地震层