一种煤矿导水裂隙带发育分析方法、装置及存储介质

摘要

本申请提供了一种基于时移地震属性的煤矿导水裂隙带发育分析方法，包括如下的步骤：步骤1、通过时移地震获取四维地震数据体，所述四维地震数据体由不同时期的多组三维地震数据组成；步骤2、结合钻孔和测井数据对所述四维地震数据体进行井震标定和层位追踪；步骤3、在井震标定和层位追踪结果的基础上，对多组所述三维地震数据分别提取多尺度结构属性；步骤4、利用所述多尺度结构属性获取不同时期的导水裂隙带发育静态模型；以及步骤5、根据所述导水裂隙带发育静态模型分析导水裂隙带发育动态演化规律。通过该分析方法，能够通过对煤层开采不同时期地震数据进行属性分析，可获得覆岩导数裂隙带动态演化规律。

说明书

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，具体而言，涉及一种煤矿导水裂隙带发育分析方法、装置及存储介质。

背景技术

我国是煤炭消费大国，煤炭占一次能源消费比例高达60％左右。西部地区是我国煤炭资源主产区，同时也是水资源严重匮乏区域，水资源量仅占全国约3.9％。煤炭的开采一方面改变地下结构，对地下水系统造成破坏；另一方面产生的大量矿井水排出地表后大量蒸发损失。

如何在煤炭开发的同时对水资源进行有效保护和合理利用是我国西部煤炭绿色开发的核心内容。煤矿地下水库是解决我国西部煤炭开发与水资源保护矛盾的有效途径。煤矿地下水库将采空区岩体自然孔隙作为储水主要空间与净化通道，以安全煤柱作为人工坝体，并配套建设给排水系统，建立了以“导储用”为指导思想的矿井水资源保护和利用体系，为我国西部煤炭资源绿色开发奠定了基础。

采用全部垮落法进行煤层开采会产生导水裂隙带，导致地下水沿导水裂隙带发生运移。因此，研究导水裂隙带发育规律，对煤矿地下水库建设有重要意义。目前针对导水裂隙带的研究可分为非地震类方法和地震类方法。非地震类方法包括：力学解析法、数值模拟法、相似材料模拟法、统计学分析法和现场实测法等方法。力学解析法从岩体力学角度出发，分析煤层采动对覆岩力学性质的影响，采用现场实测和模拟相结合的手段分析导水裂隙带特征；数值模拟法和相似材料模拟法分别采用数学模拟和物理模拟方法，模拟煤层采动条件下覆岩变形、移动情况，进而分析导水裂隙带特征；统计分析法通过统计以往与导水裂隙带发育相关的数据与资料，采用数学手段建立数学模型或经验公式，进而对导水裂隙带信息进行研究；现场实测法通过钻探、测井、电法等工程物探方法，直接探测裂隙发育情况。地震类方法主要指三维地震技术。裂隙的存在会导致地震波场出现扰动、错断等现象。随着三维地震技术的不断发展，其在裂隙解释中的应用也逐渐受到重视。其中，基于三维地震叠后属性(如曲率、相干、频谱分解等)的裂隙解释技术已广泛应用于实际生产，并取得了很好的效果。在导水裂隙带研究中，三维地震技术也逐渐开始应用。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种煤矿导水裂隙带发育分析方法、装置及存储介质，其通过重复的三维地震勘探，结合一致性数据处理解释技术，通过研究煤岩层开采前地震剖面的原始状况及属性信息，开采中煤岩层的变化以及开采后煤岩层的差异变化，掌握煤炭开采条件下煤岩层结构、岩性变化特点，研究导水裂隙带的空间特征及演化规律，为研究煤矿地下水库库容变化、水库水源等提供支撑。

第一方面，本申请提供的基于时移地震属性的煤矿导水裂隙带发育分析方法，包括如下的步骤：步骤1、通过时移地震获取四维地震数据体，所述四维地震数据体由不同时期的多组三维地震数据组成；步骤2、结合钻孔和测井数据对所述四维地震数据体进行井震标定和层位追踪；步骤3、在井震标定和层位追踪结果的基础上，对多组所述三维地震数据分别提取多尺度结构属性；步骤4、利用所述多尺度结构属性获取不同时期的导水裂隙带发育静态模型；以及步骤5、根据所述导水裂隙带发育静态模型分析导水裂隙带发育动态演化规律。通过该分析方法，能够通过对煤层开采不同时期地震数据进行属性分析，可获得覆岩导数裂隙带动态演化规律。

在第一方面的一个可能的实施方式中，所述多尺度结构属性包括相干属性、方差属性和曲率属性。

在第一方面的一个可能的实施方式中，步骤4具体包括：通过对比确定所述多尺度结构属性中一种属性或者进行多属性融合，以获得不同时期的所述导水裂隙带发育静态模型。

在第一方面的一个可能的实施方式中，步骤5包括：在所述导水裂隙带发育静态模型的基础上，确定煤层采动各个时期的空间特征；根据覆岩岩性特征、所述导水裂隙带发育静态模型以及所述空间特征，确定煤层采动覆岩导水裂隙发育情况的动态变化。

在第一方面的一个可能的实施方式中，相干属性值由下式获取：

其中，i和j为地震道的序号；C

在第一方面的一个可能的实施方式中，方差属性值由下式获取：

其中，x是地震道；W是平滑算子；L是方差窗口长度；I是计算某点方差所需要的相邻道数；t为时间。

在第一方面的一个可能的实施方式中，曲率属性值通过下式获取：

其中，K为曲率属性值，dω为角度变化，ds为对应弧长变化，R为密切圆半径。

在第一方面的一个可能的实施方式中，所述四维地震数据体由3组三维地震数据组成。

第二方面，本申请提供了一种利用第一方面及其可能的实施方式中任一项的分析方法分析煤矿导水裂隙带发育的装置，该装置包括：数据采集模块，其用于通过时移地震获取四维地震数据体，所述四维地震数据体由不同时期的多组三维地震数据组成；控制模块，其用于结合钻孔和测井数据对所述数据采集模块采集的所述四维地震数据体进行井震标定和层位追踪；属性提取模块，其用于在井震标定和层位追踪结果的基础上，对多组所述三维地震数据分别提取多尺度结构属性；其中，所述控制模块还用于：利用所述属性提取模块提取的所述多尺度结构属性获取不同时期的导水裂隙带发育静态模型；以及根据所述导水裂隙带发育静态模型分析导水裂隙带发育动态演化规律。

第三方面，本申请还提供了一种存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时执行第一方面及其可能的实施方式中任一项的分析方法的步骤。

本发明提供的煤矿导水裂隙带发育分析方法，相对于目前导水裂隙带预测技术，具有如下优点：

(1)采用地震属性分析技术，具有较高的分辨率；

(2)通过对煤层开采不同时期地震数据进行属性分析，可获得覆岩导数裂隙带动态演化规律。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述，其中：

图1显示了根据本发明实施例的基于时移地震属性的煤矿导水裂隙带发育分析方法的示意性流程图；

图2至图5显示了根据本发明实施例的四次地震勘探曲率属性剖面图。

图6显示了根据本发明实施例的装置的示意性框图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本申请提供的分析方法100的示意图。如图1所示，该分析方法100包括以下步骤：

S110，通过时移地震获取四维地震数据体，所述四维地震数据体由不同时期的多个三维地震数据组成；

S120，结合测井数据对所述四维地震数据体进行井震标定和层位追踪；

S130，在井震标定和层位追踪结果的基础上，对所述三维地震数据提取多尺度结构属性；

S140，利用所述多尺度结构属性获取导水裂隙带发育静态模型；以及

S150，根据所述导水裂隙带发育静态模型分析导水裂隙带发育动态演化规律。

在S110中，与现有技术的差别在于，现有技术的三维地震方法仅能反映某一时刻地下介质赋存情况，很难对导水间隙带的动态演化规律进行分析研究，而在本申请的实施例中，首先针对目标区域获取其四维地震数据体，即利用时移地震手段(通过在不同时间对同一工区按相同观测方式进行重复性地震观测所获取的差异地震信息监测油气藏动态的过程)获得不同时期的目标区域的三维地震数据。在这里，该四维地震数据体为多个时移三维数据体的组合体。

然后，在S120中，根据获得的四维地震数据体(基于时间的多个三维地震数据)，结合预先获得的钻孔和测井资料对该四维数据体进行井震标定和高精度层位追踪，初步研究目标研究区域的构造变化。

具体地，井震标定首先利用测井数据计算反射系数，用子波与反射系数进行褶积运算，得到合成地震记录，将合成地震记录与井旁地震道对比，从而确定地质层位。高精度层位追踪主要采用人工方法，根据波组特征等将属于同一界面的反射波同相轴追踪出来，并将对应的位置与时间数据保存。

在对数据体进行井震标定和层位追踪之后，在S130中对每组三维地震数据提取其多尺度结构属性，包括相干属性、方差属性和曲率属性。

具体地，首先关于地震相干属性提取：以三维地震数据为基础，每个地震道的每个样点在一个小时窗内分析与相邻道波形的相似性，相干值计算公式如式(1)所示。所有相干值构成相干体，用来表征地层断裂、裂隙空间分布。

其中，C

其次，关于地震方差属性提取：计算相邻地震道间方差值(式2)，方差值越大代表层位越不连续。

其中，x是地震道；W是平滑算子；L是方差窗口长度；I是计算某点方差所需要的相邻道数；t为时间。

最后，关于地震曲率属性提取：在层位追踪的基础上，计算层位面弯曲程度。一点曲率的定义为：

其中，K为曲率属性值，dω为角度变化，ds为对应弧长变化，R为密切圆半径。

在S140中，在S130提取获得的多尺度结构属性基础上获取导水裂隙带发育静态模型。具体地，针对多尺度结构属性数据，根据属性显示效果，并参考该工区开采地质人士，通过对比优选某一优势属性或者进行多属性融合，得到煤层采动的不同时期的导水裂隙带发育静态模型。在这种情况下，该导水裂隙带发育静态模型可以包括一种或多种属性。

在S150中，首先，在静态模型基础上，研究煤层采动各个时期覆岩断裂及裂隙发育方向、平面展布与发育高度等空间特征，分析其受煤层采动的影响；其次，结合覆岩岩性特征和不同时期断裂及裂隙发育静态模型及其空间特征，分析随煤层采动覆岩导水裂隙带发育情况的动态变化，研究其深层次的地质规律。

以曲率属性为例。曲率是曲线的二维特征，反映了曲线的弯曲程度。地震中的曲率属性反映了地层弯曲程度以及断裂、裂缝发育程度。图2至图5为随着时间进行的四次地震勘探曲率属性剖面图，黑色箭头指向地震数据采集时的工作面位置。从图中可见随着煤矿开采，煤层部位(150ms左右)曲率异常部位逐渐向开采方向移动。

本申请提供的用于执行上述分析方法100的分析装置200的结构如图6所示，该装置200包括：

数据采集模块210，其用于通过时移地震获取四维地震数据体，所述四维地震数据体由不同时期的多组三维地震数据组成；

控制模块220，其用于结合钻孔和测井数据对所述数据采集模块210采集的所述四维地震数据体进行井震标定和层位追踪；

属性提取模块230，其用于在井震标定和层位追踪结果的基础上，对多组所述三维地震数据分别提取多尺度结构属性；

其中，所述控制模块220还用于：

利用所述属性提取模块230提取的所述多尺度结构属性获取不同时期的导水裂隙带发育静态模型；以及

根据所述导水裂隙带发育静态模型分析导水裂隙带发育动态演化规律。

上述模块具备的功能及其执行的步骤已经在上文结合分析方法100进行了详细的介绍，在这里不做赘述。

另外，本申请提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质储存有一个或多个程序，一个或多个程序可被一个或多个处理器执行，以实现如上的分析方法。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，笔记本电脑,服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器还用于存储程序，所述处理器在接收到执行指令后，执行所述程序，后述本发明实施例任一实施例揭示的流程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。

本申请提出的基于时移地震属性的煤矿导水裂隙带发育分析方法100及装置200，其通过重复的三维地震勘探，结合一致性数据处理解释技术，通过研究煤岩层开采前地震剖面的原始状况及属性信息，开采中煤岩层的变化以及开采后煤岩层的差异变化，掌握煤炭开采条件下煤岩层结构、岩性变化特点，研究导水裂隙带的空间特征及演化规律，为研究煤矿地下水库库容变化、水库水源等提供支撑；另外，采用地震属性分析技术，具有较高的分辨率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。