谢桥煤矿东翼采区自2002年三维地震勘探资料解释发现1#和2#地质异常体以来,结合矿井生产建设发展和安全的需要,进行了多次探测研究工作。2004年4月,中国矿业大学(北京)在验证钻孔和原三维地震资料的基础上,对地质异常体进行了三维地震资料的重新处理与解释,确认地质异常体为岩溶陷落柱。其中1#陷落柱平面形态近似椭圆形,立体形态呈上小下大的锥体;2#陷落柱平面上由3个近椭圆形小陷落柱呈串珠状组成,总体呈带状分布,故又称“岩溶陷落带”。煤田隐伏陷落柱因其赋存特征,空间形态的精细刻画有一定的难度,传统的钻探手段难以解决问题。且当岩溶陷落柱发育规模较大,贯通煤系地层和底部灰岩时,容易成为下伏灰岩水的导水通道,产生煤层顶、底板的突水问题。本论文依托“谢桥煤矿东翼采区岩溶陷落带及其影响区综合探查与水害防治”项目。利用三维地震资料三维空间的连续性,在三维地震资料高分辨率处理的基础上,利用多属性技术,结合钻探信息加以指导和验证,精细刻画了谢桥东翼采区岩溶陷落柱的空间发育特征。在此基础上,利用反演孔隙度属性,结合电磁勘探和拟流场测漏成果,以地质及水文地质理论为指导,对谢桥东翼采区岩溶陷落柱发育区及影响区的富、导水性进行预测。主要研究内容及结论如下:(1)从区域地质及水文地质方面入手,分析了淮南煤田整体地质及水文地质特征。尽可能全面的搜集了谢桥东翼采区范围内的钻探资料,包括钻孔钻遇地层、煤层、溶洞及破碎带、漏水情况及钻孔抽(注)水试验数据等。由分析结果可知,谢桥采区位于淮南复向斜南部,具有淮南区域水文地质分区的中区水文地质特征。钻孔统计资料显示,采区局部破碎带和溶洞发育,钻孔多次出现漏水情况。抽水试验表明,谢桥东翼采区4煤底板砂岩呈弱富水性,深部灰岩富水性不均一,为弱~中等~强富水性。(2)通过仔细分析研究区原始地震资料特点,选取关键技术,针对不同煤层,分别测试处理参数,得到合理的处理流程,提高处理数据的精度和分辨率。在高分辨率处理后的地震数据体上,进行精细构造解释。提取多种地震属性,根据陷落柱地震响应特征,分析谢桥东翼采区岩溶陷落柱发育特征,并截取米字剖面,对陷落柱发育区和影响区进行精细解释。高分辨率处理后的地震数据波组特征以及地层的接触关系(如不整合)更加清晰,断点等地质异常的位置更加准确,地震剖面上主要目的层对应的同相轴更加连续,信噪比有很大提高,为后续研究提供了高精度数据基础。精细构造解释成果表明,研究区整体形态为单斜构造,局部有次级褶曲发育。地层走向为NNW,倾向SWW。研究区东部发育一条北东向正断层,西北部沿北北西方向发育有陷落带。断裂构造较为发育,共解释断层315条,除1条逆断层外,其余皆为正断层。多属性分析结果表明,沿目的层上下各开2ms时窗,提取的方差属性、三瞬属性、倾角属性、波形属性及孔隙度属性等对陷落柱平面发育特征有很好的显示效果;瞬时相位剖面可以在同相轴不连续区域辅助常规地震剖面进行层位追踪解释;综合利用倾角属性、孔隙度属性和方差属性可以对陷落柱影响区进行解释。(3)分别对谢桥东翼岩溶陷落柱发育区及影响区的钻孔资料进行了地质及水文地质特征分析,结合过井地震剖面,对谢桥东翼岩溶陷落柱空间发育形态进行了精细刻画,并对局部地方进行了修订。在此基础上,从谢桥井田区域地质发展史入手,结合钻探资料揭露的地质及水文地质信息,分析了谢桥东翼岩溶陷落柱的形成机理。从钻孔统计特征来看,陷落柱发育区具有以下特征:有一定的垮落距,整体塌陷但层序正常;太原组、奥陶系地层厚度变化较大;煤岩体破碎,沿地层走向连通性较好;向陷落柱中心靠近,煤顶板裂隙由少到多、规模由小到大;边界局部太灰下段发育破碎带。太原组和寒武系灰岩处见溶洞;钻孔进入煤系地层及灰岩地层有漏水情况;抽水试验数据显示陷落柱发育区灰岩中等~强富水性。影响区特征为:煤层厚度和间距基本正常,近陷落柱处煤层结构和煤岩层产状变化较大;太原组和奥陶系地层厚度较正常,局部变化较大;裂隙较发育,局部6煤顶板至1煤顶板发育破碎带。奥陶系灰岩处见溶洞;4煤底板砂岩及灰岩有漏水情况;抽水试验数据表明,4煤底板砂岩为弱富水性;深部灰岩富水不均,为不富水到弱富水性到中等富水性,局部强富水。(4)分析了wyllie时间平均方程的适用条件,对其进行改进,构建适用性更好的波阻抗-孔隙度模型。利用三维地震波阻抗反演技术,获得目的层位波阻抗属性,从而求取目的层位孔隙度变化趋势。结合广域电磁勘探成果和井间拟流场测漏数据,对谢桥东翼采区岩溶陷落带的富、导水特征进行分析。通过煤田测井常见的几种测井曲线与速度和密度曲线之间的相关性进行分析发现,对于煤层,纵波速度与密度、横波速度、电阻率以及伽马测井曲线都呈现很好的相关性;密度与伽马伽马和纵波速度曲线有很好的相关性。因此,在缺乏速度曲线的钻孔处,首先考虑利用密度、横波速度曲线进行重构,人工伽马和电阻率曲线次之;在缺乏密度曲线的钻孔处则可考虑利用伽马伽马或纵波速度曲线进行重构。另外,对于位于工区边界和陷落柱发育等构造变化剧烈地带的钻孔要予以剔除,以免影响反演质量。利用精细构造解释成果,可以提高初始模型建立精度。优选反演参数,以提高反演效率和精度。基于波阻抗—孔隙度模型预测孔隙度,由于波阻抗属性值是地震波穿过岩体的速度乘以岩体密度,该属性综合了速度和密度信息,因此会比单独利用密度信息或者速度信息预测孔隙度变化情况要包含更多的信息,预测精度更高。从4煤和1煤底板孔隙度变化特征图可以看出,岩溶陷落柱发育区裂隙十分发育,影响区次之。在孔隙度属性反演的基础上,通过仔细分析广域电磁勘探成果,得到1号、2号、3号低阻异常带、岩溶陷落柱和南部水系之间的水系联系图。并统计分析了探Ⅰ、探Ⅱ线的13个钻孔间进行的14组22轮拟流场测漏数据,得到孔间灰岩之间水力联系图以及煤系地层与深部灰岩的水力联系图。综合分析发现,谢桥东翼采区岩溶陷落柱发育及影响区附近,深部灰岩沿陷落柱发育走向整体上导水性较强,煤系砂岩(4煤底板砂岩)沿该方向也存在导水带,但导水性较弱。另外,在陷落柱发育区,岩性破碎,裂隙发育,特别是高角度裂隙。钻孔常在钻遇陷落柱的顶界位置开始漏水严重,但是煤系地层是干燥的,说明陷落柱塌陷裂隙垂向导水性总体较差。深部灰岩溶洞发育,以寒灰岩溶发育为主,太原组地层下段C311灰岩局部发育。抽水试验显示,陷落柱内太原组地层下段C311灰岩中等富水性,奥灰和寒灰为中等~强富水性。在陷落柱影响区,局部裂隙比较发育,主要裂隙发育区分布在4煤底板砂岩和底部灰岩部位。底部灰岩部分区域溶洞及溶蚀裂隙发育,一般为弱富水性,局部中等~强富水性。(5)在谢桥东翼采区岩溶陷落带的富、导水特征进行分析的基础上,结合钻孔统计特征以及井田水文地质特征,对谢桥东翼采区深部煤层开采主要面临的水害进行预测。认为谢桥东翼采区主要潜在水害为4煤底板砂岩水、C3-I组灰岩水以及陷落柱塌陷等裂隙导通深部灰岩水。故建议将陷落柱划为各煤层禁采区,将4煤底板和1煤底板影响区划为禁掘、禁采区。综上所述,本次研究过程中,搜集了大量的钻探数据,并根据需要对其进行了细致的统计分析。以三维地震资料为主,对刻画岩溶陷落柱(带)发育特征及预测其富、导水性的相关方法技术进行了充分细致的研究,取得了相应的成果,有较好的科研和生产意义。