我国各主要煤炭分布区的浅层煤层经过长期的开采遗留下大量的采空区,煤矿采空区及其中的老窑积水、积气,常常是造成相邻煤层开采时发生塌陷、瓦斯突出及透水事故的诱因,同时煤矿采空区的沉降或塌陷对地面各种大型工程建设和环境造成了重大的影响。由于采空区形成年代、埋藏深度、空间结构、围岩条件、冒落、充填和积水情况不同,采空区的物性反映呈现出很大的差别性,许多地区煤层开采背景不清和地质环境复杂,对煤矿采空区进行有效探测普遍认为是一个世界难题。目前,地球物理方法探测采空区主要分为地震类和电磁类方法。为探讨地震反射法探测煤层采空区的能力,本文基于研究区煤系地层的物性参数,建立了空洞型和塌陷型两类采空区的地质模型,利用tesseral地震正演软件,模拟形成了包含不同尺度采空区及采空区相邻不同间距条件下的地震记录,通过切初至、抽道集、动校正、叠加和偏移等一系列手段进行资料处理,获得的水平叠加时间剖面和叠后偏移剖面,对水平叠加和叠后偏移剖面上不同类型、不同尺度、不同参数的采空区的地震响应、属性特征及识别能力进行了对比分析,结果表明:1、煤层采空区在水平叠加时间剖面上的特征为:存在明显绕射现象、煤层反射波时间延迟、振幅增强、频率降低等,同时对下部地层发射波产生影响;在叠后偏移剖面上的特征为:存在绕射收敛、煤层反射波时间延迟、振幅增强、频率降低等现象,为基于地震响应识别采空区奠定了解释基础。2、模拟表明,采空区在水平叠加剖面上的识别极限为λ/2,经过偏移处理后的叠后偏移时间提高了采空区的识别精度,单一空洞型采空区识别极限为λ/8,单一塌陷型采空区识别极限为λ/4。采空区在地震剖面上的影响范围比实际采空区范围要大,叠后偏移剖面上的影响范围比水平叠加剖面上的影响范围小得多,更接近实际采空区的大小。表明利用地震反射进行采空区范围解释时,应采用偏移剖面。3、通过对塌陷型采空区不同冒落角的模拟表明,冒落角度的变化,对塌陷型采空区识别精度存在较大影响,冒落角度越大,对采空区范围的识别精度越高;此外,采空区的识别能力与精度受煤层反射波的主频控制,识别能力与煤层反射波主频成正比关系。4、两个相邻采空区在叠后偏移时间上的响应特征随着两个相邻采空间距的变化而变化。相邻空洞型采空在叠后偏移时间剖面上的识别极限间距为l,相邻塌陷型采空在叠后偏移时间剖面上的识别极限间距为λ/2。为进一步分析地震属性在采空区识别中的能力与精度,分别提取、分析了不同模型剖面的瞬时振幅属性、瞬时相位属性以及波形差异属性,分析表明:1、整体来看,瞬时振幅属性在采空区识别上更适用且识别精度较高;瞬时相位属性、波形差异属性适用于单一型采空区,识别精度较低。2、单一空洞型和单一塌陷型采空区在瞬时振幅属性上的识别极限皆为λ/8;单一空洞型采空在瞬时相位属性、波形差异属性上的识别极限分别为λ/8、λ/4;单一塌陷型采空在瞬时相位属性、波形差异属性上的识别极限都为λ/4。3、在两个相邻采空区的地震属性分析上,仅有瞬时振幅属性对其识别较好,识别极限均为λ/4。由此可见,用地震属性的方法进行采空区解释,识别能力有所提高且识别精度有所提高,同时也要注意选取合适的地震属性进行采空区解释。基于此,将地震属性的方法应用于研究区采空区的解释中,取得了良好的效果。