王瑞杰，馬彥良

(1.中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院，河北 涿州 072750； 2.中煤地質工程總公司，北京 100040)

瓦斯突出現象在煤礦生產掘進過程中較為頻繁，已成為影響礦井安全生產的主要因素之一。研究表明，瓦斯突出場與構造煤的發(fā)育關系密切。瓦斯突出的地點一般都伴有構造煤的發(fā)育[1-2]。構造煤為原生煤在構造應力作用下形成的變形煤，通常對應應力集中區(qū)，受煤體破碎影響，構造煤孔隙度較大，滲透性差，有利于瓦斯的保存，導致煤層中瓦斯含量及壓力較高加之構造煤相對原生結構煤較軟，易被破壞從而造成瓦斯的大量一出，引起瓦斯突出[3]。目前對構造煤的識別方法主要有地球物理測井[4]，地震方位AVO分析[5]，地震屬性融合反演[6]，PP、PS聯(lián)合AVO分析[7]等方法。但以上方法對原始地震資料及測井資料要求較高，如方位AVO需開展分方位處理，地震反演需要有一定數量的井進行控制。鑒于國內部分老井田，測井及相關疊前地震資料無法滿足研究需求，本文結合實際礦區(qū)的構造煤與原生煤的巖石物理差異，建立原生煤、構造煤正演模型，對其屬性差異進行了討論，以期對構造煤的地震勘探與識別具有一定的幫助。

1 構造煤地震波場特征

依據地震勘探原理，未受到構造應力破壞的原生煤(或巖體)可以簡單表述為屬均勻層狀各向同性的彈性介質，主要彈性特征表現為各層內速度、密度的均一性與同一性；而受到構造應力破壞后形成的構造煤(或構造巖體)受應力場作用而產生定向排列的裂隙或裂縫，表現出等效各向異性性質，即黏-彈性介質[8]。黏彈性介質中不僅存在速度各向異性, 還存在Q值各向異性, 即沿空間各方向波的衰減不同[9]。進而可以推斷地震波在層狀各向同性彈性介質中傳播，其運動學特征、動力學特征(包括頻率、振幅、相位、吸收和衰減等)具有均一性與同一性；而地震波在各向異性黏-彈性介質中傳播，其運動學特征、動力學特征(尤其是在吸收、衰減頻率、振幅、相位、等特征方面)具有非均一性與非同一性。研究其同一性，區(qū)分出差異性，這正是本文利用地震反射波特征研究構造煤發(fā)育區(qū)，進而解釋煤與瓦斯突出高危帶的地球物理理論基礎。

2 正演模型設計

結合淮北某礦的構造煤發(fā)育特征，以該礦區(qū)構造煤的空間分布為主要參考，建立如圖1所示的原生煤—構造煤地質模型。設計模型長2 000m、深1 000m， 構造煤橫向上發(fā)育在700～1 300m，結合煤

圖1 原生煤-構造煤正演地質模型Figure 1 Primary structural coal-tectonoclastic coal forward geologic models

礦鉆孔資料煤層的厚度分別設計煤層厚度為10m與3m兩個模型。依據該礦區(qū)內的測井數據選取彈性參數，設原生煤的縱橫波速度比為2，構造煤的縱橫波速度比為1.8。結合實際錄井資料測井資料，設定新生界地層及煤層頂、底巖性及彈性參數，模型中各層的詳細參數見表1。

表1 正演地質模型參數表

3 模擬結果及分析

采用射線追蹤原理，依據地震波在黏-彈性介質中傳播地震波場吸收衰減理論進行模擬正演。檢波器道距10m、地震子波為40Hz雷克子波，通過對上述地質模型進行正演，其成果如圖2所示。

對比、分析可見各地層反射界面波場特征明顯，當煤厚為10m時原生煤(①部位)與構造煤(②部位)煤層反射波的發(fā)育特征發(fā)生了較大的變化，構造煤部位表現為同相軸下拉，頻率下降等特征明顯；當煤厚為3m時，振幅及頻率的差異性較小，從剖面上較難識別。進一步提取均方根振幅和吸收系數等屬性發(fā)現，均方根振幅和吸收系數屬性均體現出了原生煤和構造煤差異性，說明構造煤的振幅及吸收衰減異常不受煤層厚度影響(圖3)。

a：煤層厚度10m模型；b：煤層厚度3m模型圖2 模型正演地震時間剖面Figure 2 Model forward seismic time section

a:10m模型均方根振幅；b：10m模型吸收系數；c：3m模型均方根振幅；d：3m模型吸收系數圖3 地震屬性剖面Figure 3 Seismic attribute section

a：模型1；b：模型2；c：模型3；d：模型4；e：模型5；f：模型6圖4 地震均方根振幅屬性Figure 4 Seismic RMS amplitude attributes

模型序號原生煤與構造煤的分布組合形式原生煤與構造煤的厚度變化/m模型序號原生煤與構造煤的分布組合形式原生煤與構造煤的厚度變化/m1原生煤3構造煤72原生煤7構造煤33原生煤5構造煤54構造煤7原生煤35構造煤3原生煤76原生煤4構造煤3原生煤3

對地質模型進行修改，煤層總厚度10m不變，前述模型中各地質分層彈性參數不變， 改變模型中部縱向上的煤層結構，如表2所示，分別進行不同厚度、 不同位置、 不同煤層結構的構造煤模型正演模擬，并提取均方根振幅屬性，進行對比(圖4)。對比結果表明，只要煤層中發(fā)育構造煤，煤層反射波特征屬性都要產生改變。且原生煤與構造煤均方根振幅屬性的差異隨著構造煤厚度減小而減少，反之隨著構造煤發(fā)育厚度的增大而增大。在構造煤厚度相同的情況下，無論構造煤發(fā)育位置位于煤層上部、中部還是下部，對煤層反射波屬性值無任何影響。構造煤的屬性異常特征與其所處的煤層位置無相關關系。

4 結論

(1)保持具有一定原生結構的煤層與構造煤反射波特征無論在波的運動學特征上，還是在波的動力學特征上都存在一定的差異性。

(2)在煤層垂向結構一致的情況下，構造煤厚度越大，其地震剖面相應特征越明顯，但其屬性異常不受煤層厚度影響。

(3)雙層結構及三層結構煤層正演結果表明，地震屬性異常強度與構造煤厚度成正比，與構造煤所在的煤層部位無關。

(4)只要煤層中有構造煤存在，其煤層波的運動學特征、動力學特征都會發(fā)生改變，從而造成構造煤與原生煤的屬性差異，結合鉆孔信息，利用地震屬性可以對構造煤進行有效的識別。

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