一種基于地震信息的煤礦水害預測評價方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦水害預測評價方法，特別是一種基于地震信息的煤礦水害預測評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著煤礦的深部開采，在生產(chǎn)中所遇到的各種問題也越來越突出，其中煤層頂?shù)装逋凰怯绊懨旱V安全生產(chǎn)的災害性問題。煤層頂?shù)装逋凰且环N受許多因素控制的動態(tài)現(xiàn)象，主要因素有頂?shù)装宄袎汉畬?、隔水層厚度與隔水能力、地質(zhì)構(gòu)造、采礦活動等。特別是在太原統(tǒng)灰?guī)r或奧陶系灰?guī)r作為煤系地層基底時，一般都存在含水層富水性強、水壓高，隔水層薄，區(qū)內(nèi)張裂性、張剪性斷裂及陷落柱較發(fā)育的情況。在煤礦開采時，灰?guī)r水往往借助于小斷層或巖溶陷落柱等導水通道，突破煤層底板涌入礦井。
[0003]煤礦水害是煤炭生產(chǎn)中長期存在的一個嚴重問題。因此，為礦井防治水提供水文地質(zhì)依據(jù)，對可能突水點進行預報，是當前煤礦生產(chǎn)中亟待解決的重要課題。
[0004]迄今為止，煤層頂?shù)装逋凰念A測方法是傳統(tǒng)水文地質(zhì)學方法，如斯列薩列夫公式、突水系數(shù)法及“下三帶理論”等。這些方法的共同缺點是所考慮的突水因素少，對于含水層富水性、隔水層厚度、地質(zhì)構(gòu)造的探測主要采用鉆探和抽水試驗，故預測精度較低，不能滿足煤礦生產(chǎn)中對水文地質(zhì)資料的要求。
[0005]從20世紀80年代起，各種地球物理勘探方法在煤礦地面水文地質(zhì)調(diào)查中得到了廣泛應用。時至今日，地球物理方法已經(jīng)成為煤礦生產(chǎn)中必不可少的手段，并且在很大程度上替代了傳統(tǒng)的水文地質(zhì)方法。
[0006]當前，利用電磁勘探方法進行地面水文地質(zhì)調(diào)查工作，有電阻率法、瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁測深法（CSAMT)等，解決的主要地質(zhì)問題包括：
(1)勘探工作區(qū)的構(gòu)造形態(tài)，斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造的產(chǎn)狀，追蹤地質(zhì)構(gòu)造的延伸和展布方向，為劃分水文地質(zhì)單元、研究水文地質(zhì)問題提供基礎地質(zhì)資料。
[0007](2)探明礦區(qū)主要含水層和隔水層的埋深、層厚、產(chǎn)狀和隱伏導水通道的位置；
(3)探明采區(qū)主要控水構(gòu)造及巖溶、裂隙發(fā)育帶、陷落柱的位置，并對其富水性進行評價；
(4)探明老窯采空區(qū)，圈定采空區(qū)積水范圍。
[0008]電磁勘探方法存在的主要問題是具有體積勘探效應，無論是縱向分辨率還是橫向分辨率均較低，同時受地面電磁干擾的影響較嚴重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是要提供一種基于地震信息的煤礦水害預測評價方法，解決傳統(tǒng)方法都是從某一角度出發(fā)，考慮單一突水因素，預測精度較低的問題。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：該煤礦水害預測評價方法：把影響煤層頂?shù)装逋凰挠绊懸蛩貧w結(jié)為構(gòu)造、巖性和水文地質(zhì)三個類別；利用多種巖性地震解釋方法獲得構(gòu)造、巖性和水文地質(zhì)信息并進行量化，建立考慮三類影響因素的預測評價模型，預測劃分采區(qū)各部分的突水危險程度，對煤礦水害即煤層突水進行預測評價；所述的多種巖性地震解釋方法包括地震屬性、地震巖性反演、概率神經(jīng)網(wǎng)絡反演三種巖性解釋方法。
[0011]所述的地震屬性方法：地震屬性為疊前、疊后地震數(shù)據(jù)中提取出來的運動學、動力學和統(tǒng)計學地震特征值；地震波中含有大量的地層構(gòu)造信息，反映在密度、速度及其它彈性參量的差異上，這些差異導致了地震波在傳播時間、振幅、相位、頻率方面的變化或異常；對于地層中的小構(gòu)造異常，用常規(guī)的人工識別方法往往是無能為力的，而利用地震屬性可以對煤系地層的構(gòu)造進行解釋，查明斷層、陷落柱和煤層的空間賦存形態(tài)。
[0012]所述的地震巖性反演方法：常規(guī)地震反演方法取決于目的層與圍巖的波阻抗差異；在很多情況下，含、隔水層的波阻抗差異很小，甚至沒有差異，根據(jù)波阻抗信息很難解決含、隔水層的層位對比問題；通常，含水層的視電阻率明顯低于隔水層的視電阻率，因此，將密度測井曲線與視電阻率測井曲線進行融合獲得擬密度測井曲線，作為約束條件進行多參數(shù)巖性反演；利用巖性反演信息，可以對含、隔水層進行層位識別和對比，查明含、隔水層的空間展布與厚度；所述的巖性為擬波阻抗。
[0013]所述的概率神經(jīng)網(wǎng)絡反演方法：根據(jù)已知測井資料和地震資料來獲得某種新的測井曲線，因此，概率神經(jīng)網(wǎng)絡反演被視為反演方法的發(fā)展和延伸，利用概率神經(jīng)網(wǎng)絡反演方法可以獲得孔隙度數(shù)據(jù)體和視電阻率數(shù)據(jù)體，利用煤系地層的巖性信息和水文地質(zhì)信息，對煤層、含水層和隔水層的巖性和富水性進行解釋。
[0014]所述的煤層突水影響因素及其量化：把影響煤層頂?shù)装逋凰挠绊懸蛩貧w結(jié)為構(gòu)造、巖性和水文地質(zhì)三個類別；利用地震資料解釋成果對三類煤層突水影響因素進行量化：
(1)利用地震屬性方法獲得的煤層構(gòu)造解釋成果，利用地震巖性反演方法獲得的非煤層（含水層與隔水層）構(gòu)造解釋成果，生成構(gòu)造突水隸屬度4(??，…，xn);
(2)利用概率神經(jīng)網(wǎng)絡反演方法獲得的巖性解釋成果即孔隙度數(shù)據(jù)體，生成巖性突水隸屬度 Ajyi, y2,…，yn)；
(3)利用概率神經(jīng)網(wǎng)絡反演方法獲得的巖性解釋成果即視電阻率數(shù)據(jù)體，生成水文地質(zhì)突水隸屬度A^Zi, z2,…，zn)。
[0015]所述的煤層突水預測與評價模型：各影響因素的突水權(quán)值分別為％、&1和a3，則測區(qū)內(nèi)各點的突水隸屬度為
t^x^aj+y^a^z^aa
t2=x2*a1+y2*a2+z2*a3
t3=x3*a1+y3*a2+z3*a3(1)
■
i
tn=xn*a1+yn*a2+zn*a3
利用⑴式可以獲得測區(qū)的突水隸屬度T(ti，t2，…，tn)，根據(jù)各點的突水隸屬度值進行突水危險程度的區(qū)段劃分；突水隸屬度的變化范圍是0~1，將其設為10級，每一級增量步長為0. 1 ;或?qū)⑵湓O定為5級，每一級增量步長為0. 2。
[0016]煤礦突水預測與評價模型的地質(zhì)含義非常明確，即利用多個影響因素來分析評價煤礦水害；煤層突水評價是綜合考慮三種影響因素的結(jié)果，評判突水危險性的基本準則為：
(1)把三種影響因素均有異常的區(qū)域，即具有強富水異常、煤系地層的構(gòu)造和裂隙均發(fā)育的區(qū)域定義為強突水區(qū)，其突水概率最大；所述的強富水異常即低電阻率；所述的煤系地層的構(gòu)造即可靠的斷層或陷落柱；所述的裂隙均發(fā)育即低波阻抗或高孔隙度；
(2)把兩種影響因素有異常的區(qū)域定義為較強突水區(qū)，如具有強富水異常、煤系地層的構(gòu)造發(fā)育，但裂隙不發(fā)育的區(qū)域；或具有中富水異常，煤系地層的構(gòu)造和裂隙非常發(fā)育的區(qū)域，其突水概率較大。
[0017](3)把一種影響因素有異常的區(qū)域定義為弱突水區(qū)，如具有強富水異常、但煤系地層的構(gòu)造、裂隙不發(fā)育的區(qū)域；或煤系地層的構(gòu)造、裂隙發(fā)育，但僅有弱富水異常，其突水概率較小。
[0018]有益效果，由于采用了上述方案，使用地震屬性、地震巖性反演和概率神經(jīng)網(wǎng)絡反演三種巖性地震方法，獲得煤系地層的構(gòu)造、巖性和水文地質(zhì)信息并進行量化，綜合考慮影響煤層突水的構(gòu)造因素、巖性因素和水文地質(zhì)因素，對煤層頂、底板突水的可能性進行評價。
[0019]優(yōu)點：應用地球物理與采礦工程、水文地質(zhì)相互交叉技術(shù)，為煤礦安全生產(chǎn)提供地質(zhì)保障。
[0020]地震屬性方法的優(yōu)點：用人工識別地層的隱伏構(gòu)造和巖性信息是非常困難的。利用地震屬性，包括地震波的運動學、動力學和統(tǒng)計學特征，可以區(qū)分隱伏構(gòu)造、巖性并進行目的層預測，查明斷層、陷落柱和目的層的空間賦存形態(tài)。
[0021]地震巖性反演方法的優(yōu)點：常規(guī)地震反演技術(shù)的應用條件取決于目的層與圍巖的波阻抗（速度與密度）差異。在很多情況下，目的層與圍巖的波阻抗差異很小，甚至沒有差異，根據(jù)波阻抗信息很難解決地層對比問題。因此，可以利用其他物性（如視電阻率、自然伽馬、自然電位）進行多參數(shù)巖性反演。利用巖性反演信息，可以對含、隔水層進行層位識別和對比，查明含、隔水層的空間展布與厚度。
[0022]概率神經(jīng)網(wǎng)絡反演方法優(yōu)點：（1)能夠預測多種測井曲線；（2)預測結(jié)果不受初