本文關(guān)鍵詞：謝橋陷落帶空間形態(tài)精細(xì)解釋及其富導(dǎo)水性綜合分析

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【摘要】：謝橋煤礦東翼采區(qū)自2002年三維地震勘探資料解釋發(fā)現(xiàn)1#和2#地質(zhì)異常體以來,結(jié)合礦井生產(chǎn)建設(shè)發(fā)展和安全的需要,進(jìn)行了多次探測研究工作。2004年4月,中國礦業(yè)大學(xué)(北京)在驗(yàn)證鉆孔和原三維地震資料的基礎(chǔ)上,對地質(zhì)異常體進(jìn)行了三維地震資料的重新處理與解釋,確認(rèn)地質(zhì)異常體為巖溶陷落柱。其中1#陷落柱平面形態(tài)近似橢圓形,立體形態(tài)呈上小下大的錐體;2#陷落柱平面上由3個(gè)近橢圓形小陷落柱呈串珠狀組成,總體呈帶狀分布,故又稱“巖溶陷落帶”。煤田隱伏陷落柱因其賦存特征,空間形態(tài)的精細(xì)刻畫有一定的難度,傳統(tǒng)的鉆探手段難以解決問題。且當(dāng)巖溶陷落柱發(fā)育規(guī)模較大,貫通煤系地層和底部灰?guī)r時(shí),容易成為下伏灰?guī)r水的導(dǎo)水通道,產(chǎn)生煤層頂、底板的突水問題。本論文依托“謝橋煤礦東翼采區(qū)巖溶陷落帶及其影響區(qū)綜合探查與水害防治”項(xiàng)目。利用三維地震資料三維空間的連續(xù)性,在三維地震資料高分辨率處理的基礎(chǔ)上,利用多屬性技術(shù),結(jié)合鉆探信息加以指導(dǎo)和驗(yàn)證,精細(xì)刻畫了謝橋東翼采區(qū)巖溶陷落柱的空間發(fā)育特征。在此基礎(chǔ)上,利用反演孔隙度屬性,結(jié)合電磁勘探和擬流場測漏成果,以地質(zhì)及水文地質(zhì)理論為指導(dǎo),對謝橋東翼采區(qū)巖溶陷落柱發(fā)育區(qū)及影響區(qū)的富、導(dǎo)水性進(jìn)行預(yù)測。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)從區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)方面入手,分析了淮南煤田整體地質(zhì)及水文地質(zhì)特征。盡可能全面的搜集了謝橋東翼采區(qū)范圍內(nèi)的鉆探資料,包括鉆孔鉆遇地層、煤層、溶洞及破碎帶、漏水情況及鉆孔抽(注)水試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。由分析結(jié)果可知,謝橋采區(qū)位于淮南復(fù)向斜南部,具有淮南區(qū)域水文地質(zhì)分區(qū)的中區(qū)水文地質(zhì)特征。鉆孔統(tǒng)計(jì)資料顯示,采區(qū)局部破碎帶和溶洞發(fā)育,鉆孔多次出現(xiàn)漏水情況。抽水試驗(yàn)表明,謝橋東翼采區(qū)4煤底板砂巖呈弱富水性,深部灰?guī)r富水性不均一,為弱~中等~強(qiáng)富水性。(2)通過仔細(xì)分析研究區(qū)原始地震資料特點(diǎn),選取關(guān)鍵技術(shù),針對不同煤層,分別測試處理參數(shù),得到合理的處理流程,提高處理數(shù)據(jù)的精度和分辨率。在高分辨率處理后的地震數(shù)據(jù)體上,進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋。提取多種地震屬性,根據(jù)陷落柱地震響應(yīng)特征,分析謝橋東翼采區(qū)巖溶陷落柱發(fā)育特征,并截取米字剖面,對陷落柱發(fā)育區(qū)和影響區(qū)進(jìn)行精細(xì)解釋。高分辨率處理后的地震數(shù)據(jù)波組特征以及地層的接觸關(guān)系(如不整合)更加清晰,斷點(diǎn)等地質(zhì)異常的位置更加準(zhǔn)確,地震剖面上主要目的層對應(yīng)的同相軸更加連續(xù),信噪比有很大提高,為后續(xù)研究提供了高精度數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。精細(xì)構(gòu)造解釋成果表明,研究區(qū)整體形態(tài)為單斜構(gòu)造,局部有次級褶曲發(fā)育。地層走向?yàn)镹NW,傾向SWW。研究區(qū)東部發(fā)育一條北東向正斷層,西北部沿北北西方向發(fā)育有陷落帶。斷裂構(gòu)造較為發(fā)育,共解釋斷層315條,除1條逆斷層外,其余皆為正斷層。多屬性分析結(jié)果表明,沿目的層上下各開2ms時(shí)窗,提取的方差屬性、三瞬屬性、傾角屬性、波形屬性及孔隙度屬性等對陷落柱平面發(fā)育特征有很好的顯示效果;瞬時(shí)相位剖面可以在同相軸不連續(xù)區(qū)域輔助常規(guī)地震剖面進(jìn)行層位追蹤解釋;綜合利用傾角屬性、孔隙度屬性和方差屬性可以對陷落柱影響區(qū)進(jìn)行解釋。(3)分別對謝橋東翼巖溶陷落柱發(fā)育區(qū)及影響區(qū)的鉆孔資料進(jìn)行了地質(zhì)及水文地質(zhì)特征分析,結(jié)合過井地震剖面,對謝橋東翼巖溶陷落柱空間發(fā)育形態(tài)進(jìn)行了精細(xì)刻畫,并對局部地方進(jìn)行了修訂。在此基礎(chǔ)上,從謝橋井田區(qū)域地質(zhì)發(fā)展史入手,結(jié)合鉆探資料揭露的地質(zhì)及水文地質(zhì)信息,分析了謝橋東翼巖溶陷落柱的形成機(jī)理。從鉆孔統(tǒng)計(jì)特征來看,陷落柱發(fā)育區(qū)具有以下特征:有一定的垮落距,整體塌陷但層序正常;太原組、奧陶系地層厚度變化較大;煤巖體破碎,沿地層走向連通性較好;向陷落柱中心靠近,煤頂板裂隙由少到多、規(guī)模由小到大;邊界局部太灰下段發(fā)育破碎帶。太原組和寒武系灰?guī)r處見溶洞;鉆孔進(jìn)入煤系地層及灰?guī)r地層有漏水情況;抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示陷落柱發(fā)育區(qū)灰?guī)r中等~強(qiáng)富水性。影響區(qū)特征為:煤層厚度和間距基本正常,近陷落柱處煤層結(jié)構(gòu)和煤巖層產(chǎn)狀變化較大;太原組和奧陶系地層厚度較正常,局部變化較大;裂隙較發(fā)育,局部6煤頂板至1煤頂板發(fā)育破碎帶。奧陶系灰?guī)r處見溶洞;4煤底板砂巖及灰?guī)r有漏水情況;抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,4煤底板砂巖為弱富水性;深部灰?guī)r富水不均,為不富水到弱富水性到中等富水性,局部強(qiáng)富水。(4)分析了wyllie時(shí)間平均方程的適用條件,對其進(jìn)行改進(jìn),構(gòu)建適用性更好的波阻抗-孔隙度模型。利用三維地震波阻抗反演技術(shù),獲得目的層位波阻抗屬性,從而求取目的層位孔隙度變化趨勢。結(jié)合廣域電磁勘探成果和井間擬流場測漏數(shù)據(jù),對謝橋東翼采區(qū)巖溶陷落帶的富、導(dǎo)水特征進(jìn)行分析。通過煤田測井常見的幾種測井曲線與速度和密度曲線之間的相關(guān)性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),對于煤層,縱波速度與密度、橫波速度、電阻率以及伽馬測井曲線都呈現(xiàn)很好的相關(guān)性;密度與伽馬伽馬和縱波速度曲線有很好的相關(guān)性。因此,在缺乏速度曲線的鉆孔處,首先考慮利用密度、橫波速度曲線進(jìn)行重構(gòu),人工伽馬和電阻率曲線次之;在缺乏密度曲線的鉆孔處則可考慮利用伽馬伽馬或縱波速度曲線進(jìn)行重構(gòu)。另外,對于位于工區(qū)邊界和陷落柱發(fā)育等構(gòu)造變化劇烈地帶的鉆孔要予以剔除,以免影響反演質(zhì)量。利用精細(xì)構(gòu)造解釋成果,可以提高初始模型建立精度。優(yōu)選反演參數(shù),以提高反演效率和精度�；诓ㄗ杩埂紫抖饶Ｐ皖A(yù)測孔隙度,由于波阻抗屬性值是地震波穿過巖體的速度乘以巖體密度,該屬性綜合了速度和密度信息,因此會(huì)比單獨(dú)利用密度信息或者速度信息預(yù)測孔隙度變化情況要包含更多的信息,預(yù)測精度更高。從4煤和1煤底板孔隙度變化特征圖可以看出,巖溶陷落柱發(fā)育區(qū)裂隙十分發(fā)育,影響區(qū)次之。在孔隙度屬性反演的基礎(chǔ)上,通過仔細(xì)分析廣域電磁勘探成果,得到1號、2號、3號低阻異常帶、巖溶陷落柱和南部水系之間的水系聯(lián)系圖。并統(tǒng)計(jì)分析了探Ⅰ、探Ⅱ線的13個(gè)鉆孔間進(jìn)行的14組22輪擬流場測漏數(shù)據(jù),得到孔間灰?guī)r之間水力聯(lián)系圖以及煤系地層與深部灰?guī)r的水力聯(lián)系圖。綜合分析發(fā)現(xiàn),謝橋東翼采區(qū)巖溶陷落柱發(fā)育及影響區(qū)附近,深部灰?guī)r沿陷落柱發(fā)育走向整體上導(dǎo)水性較強(qiáng),煤系砂巖(4煤底板砂巖)沿該方向也存在導(dǎo)水帶,但導(dǎo)水性較弱。另外,在陷落柱發(fā)育區(qū),巖性破碎,裂隙發(fā)育,特別是高角度裂隙。鉆孔常在鉆遇陷落柱的頂界位置開始漏水嚴(yán)重,但是煤系地層是干燥的,說明陷落柱塌陷裂隙垂向?qū)钥傮w較差。深部灰?guī)r溶洞發(fā)育,以寒灰?guī)r溶發(fā)育為主,太原組地層下段C311灰?guī)r局部發(fā)育。抽水試驗(yàn)顯示,陷落柱內(nèi)太原組地層下段C311灰?guī)r中等富水性,奧灰和寒灰為中等~強(qiáng)富水性。在陷落柱影響區(qū),局部裂隙比較發(fā)育,主要裂隙發(fā)育區(qū)分布在4煤底板砂巖和底部灰?guī)r部位。底部灰?guī)r部分區(qū)域溶洞及溶蝕裂隙發(fā)育,一般為弱富水性,局部中等~強(qiáng)富水性。(5)在謝橋東翼采區(qū)巖溶陷落帶的富、導(dǎo)水特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合鉆孔統(tǒng)計(jì)特征以及井田水文地質(zhì)特征,對謝橋東翼采區(qū)深部煤層開采主要面臨的水害進(jìn)行預(yù)測。認(rèn)為謝橋東翼采區(qū)主要潛在水害為4煤底板砂巖水、C3-I組灰?guī)r水以及陷落柱塌陷等裂隙導(dǎo)通深部灰?guī)r水。故建議將陷落柱劃為各煤層禁采區(qū),將4煤底板和1煤底板影響區(qū)劃為禁掘、禁采區(qū)。綜上所述,本次研究過程中,搜集了大量的鉆探數(shù)據(jù),并根據(jù)需要對其進(jìn)行了細(xì)致的統(tǒng)計(jì)分析。以三維地震資料為主,對刻畫巖溶陷落柱(帶)發(fā)育特征及預(yù)測其富、導(dǎo)水性的相關(guān)方法技術(shù)進(jìn)行了充分細(xì)致的研究,取得了相應(yīng)的成果,有較好的科研和生產(chǎn)意義。
【關(guān)鍵詞】：煤田陷落柱 高分辨率處理 多屬性分析 孔隙度反演 綜合物探
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD745;P631.4
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 引言14-24
• 1.1 選題的目的與意義14-15
• 1.2 研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 巖溶陷落柱形成機(jī)理研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 巖溶陷落柱地球物理探測研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 巖溶陷落柱富、導(dǎo)水性研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 研究內(nèi)容和技術(shù)路線18-19
• 1.3.1 研究內(nèi)容18-19
• 1.3.2 技術(shù)路線19
• 1.4 完成的主要工作量與創(chuàng)新點(diǎn)19-24
• 1.4.1 主要完成工作量19-21
• 1.4.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)21-24
• 第二章 謝橋東翼采區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)分析24-40
• 2.1 區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)概況24-27
• 2.1.1 區(qū)域地質(zhì)概況24-26
• 2.1.2 區(qū)域水文地質(zhì)概況26-27
• 2.2 東翼采區(qū)鉆孔資料地質(zhì)及水文地質(zhì)特征分析27-38
• 2.2.1 東翼采區(qū)鉆孔地質(zhì)特征分析27-32
• 2.2.2 東翼采區(qū)鉆孔水文地質(zhì)特征分析32-38
• 2.3 本章小結(jié)38-40
• 第三章 謝橋陷落柱空間發(fā)育特征三維地震精細(xì)解釋40-78
• 3.1 謝橋三維地震資料數(shù)據(jù)分析及處理流程40-43
• 3.1.1 數(shù)據(jù)分析40-41
• 3.1.2 處理流程41-43
• 3.2 謝橋三維地震數(shù)據(jù)高分辨率處理關(guān)鍵技術(shù)43-57
• 3.2.1 層析靜校正43-44
• 3.2.2 三維錐形濾波44-47
• 3.2.3 地表一致性振幅補(bǔ)償47-49
• 3.2.4 地表一致性反褶積49-50
• 3.2.5 子波匹配整形50-53
• 3.2.6 地表一致性剩余靜校正53-55
• 3.2.7 速度分析55-56
• 3.2.8 處理效果分析56-57
• 3.3 陷落柱空間發(fā)育特征三維地震精細(xì)解釋57-76
• 3.3.1 地震多屬性分析技術(shù)57-59
• 3.3.2 三維地震資料構(gòu)造解釋59-66
• 3.3.3 陷落柱地質(zhì)及地震響應(yīng)特征66-69
• 3.3.4 利用多屬性圈定陷落柱發(fā)育區(qū)及影響區(qū)范圍69-76
• 3.4 本章小結(jié)76-78
• 第四章 謝橋巖溶陷落柱發(fā)育特征綜合分析78-106
• 4.1 陷落柱發(fā)育區(qū)及影響區(qū)鉆孔特征分析78-88
• 4.1.1 陷落柱發(fā)育區(qū)鉆孔特征78-84
• 4.1.2 陷落柱影響區(qū)鉆孔特征84-88
• 4.2 綜合三維地震和鉆孔資料分析謝橋陷落柱發(fā)育特征88-100
• 4.3 謝橋東翼巖溶陷落柱形成機(jī)理100-103
• 4.3.1 謝橋東翼巖溶陷落柱（帶）發(fā)育特征100-101
• 4.3.2 謝橋東翼巖溶陷落柱形成機(jī)理101-103
• 4.4 本章小結(jié)103-106
• 第五章 謝橋東翼巖溶陷落帶富導(dǎo)水性分析106-152
• 5.1 波阻抗屬性提取106-123
• 5.1.1 基于模型波阻抗反演原理106-108
• 5.1.2 基于模型波阻抗反演108-120
• 5.1.3 沿目的層提取波阻抗屬性120-123
• 5.2 基于Wyllie時(shí)間平均方程預(yù)測孔隙度123-129
• 5.2.1 Wyllie時(shí)間平均方程的適用條件123-125
• 5.2.2 波阻抗-孔隙度模型建立125-126
• 5.2.3 謝橋東翼巖溶陷落帶孔隙度發(fā)育特征分析126-129
• 5.3 謝橋東翼采區(qū)巖溶陷落柱富導(dǎo)水性綜合分析129-150
• 5.3.1 廣域電磁勘探129-133
• 5.3.2 井間擬流場測漏133-142
• 5.3.3 謝橋東翼采區(qū)巖溶陷落帶富導(dǎo)水性綜合分析142-150
• 5.4 本章小結(jié)150-152
• 第六章 結(jié)論及展望152-154
• 6.1 結(jié)論152-153
• 6.2 展望和建議153-154
• 參考文獻(xiàn)154-162
• 致謝162-164
• 作者簡介164

【參考文獻(xiàn)】

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