华北型煤田矿井突水地质模型对地震波响应的超声模拟的研究.pdfVIP

华北型煤田矿井突水地质模型对地震波 响应的超声模拟研究 崔元星 中国煤田地质总局水文物测队，邯郸，056001 内窖提要 本文应用地震渡超声模拟方法，研究了华北型煤田的煤系底部奥陶系灰岩岩溶 发育带对地震波的响应特征，为地震勘探技术应用于矿井防治水提供了依据。 关■嗣 矿井突承船声裹拟岩游发育带 。文需I≈ 矿井水害事故是危及煤萨安全生产的5大灾害之一，我国煤炭工业史上发生过的水害事 故十分严重。而且，随着矿井生产向深部和底层发展，以及新煤田的大面积开发，我国矿井水害 事故造成的经济损失呈历年增长趋势。查清矿区水文地质条件，可以为制定防治水害措施提供 基础资料，加强矿井水害预报、预测技术的研究，是一项意义重大的课题。 华北塑煤田属于石炭一二叠系煤田，煤系基底为巨厚的奥陶系灰岩．与上覆地层呈假整合 接触，中奥陶统马家沟组灰岩岩溶水由于水压高，水量大，对该区煤层开采构成了最严重的水 害威胁(李定龙，1997)。作为地球物理方法之一的地震勘探技术，随着野外采集仪器及室内处 理技术的发展，已突破了常规构造勘探的局限，在灰岩岩溶勘探中发挥作用(倪新辉，1997；接 铭训，1999)。 超声波地震物理模型试验技术的基本原理是，超声波的波长远小于常规地震勘探所用的 实际地震波的波长，因此，根据无量纲波动方程的不变性，可以用远小于实际地质剖面的小尺 度模型来研究解决实际问题，并将所得的结论推广到实际观测中。这种研究技术的优点是，在 已知模型条件下，可以突出某一个问题来仔细研究，不受野外条件的干扰和限制，可以反复对 比，以期得到比较理想的结果。由于灰岩岩溶发育带的构造形态复杂，且物理参数难以确定，本 文选择了物理模型试验方法来研究华北型煤田矿井突水地质模型的地震波响应特征，即根据 相似性原理，制作出从典型地质模型简化、抽象出来的小尺度模型，在实验室进行超声测试，研 究渡场特征，并将其推广至实际地震勘探中。 1模型设计及制作 1．1地质模型的建立 尽管引起华北型煤田矿井突水的水源众多(砂岩裂隙水、薄层灰岩水、老窑采空水、奥灰水 等)，突承通道不一(断层、陷落柱等)，但煤系底部的奥陶系灰岩岩溶发育与否是华北型煤田矿 井突水、甚至淹井的关键因素，因此，本文将煤系底部灰岩岩溶发育模型(图1)作为研究对象。 各地层纵波速度及密度参数如下： 煤系 V。=3000～3300m／s R；2．35～2．459／cm3 煤层 V。=2000～2200m／s 风=1．4～1．79／cm3 灰岩 V。=5500～6000m／s Po=2．7～2．89／cm3 747 研究华北地区煤系下部奥陶系灰岩的岩溶发育特征表明，岩溶形态以溶孔、裂隙为主，个 体规模十几厘米，甚至达到1m左右，大规模溶洞罕见，众多的溶蚀裂晾、溶孔相互穿切，构成 连通的网络系统。岩溶裂隙发育率在5“～15％之间，有些地区达到20％。本攻物理模型制作 中已尽可能考虑了华北型岩溶的上述发育特征。 1．2物理模型设计 制作物理模型的材料有铝板、铜板、有机玻璃 Q 等，不同材料的物理参数不同，显示的波形特征不 J—’‘-—————————／———————，————————一 同。考虑到物理参数调整的灵活性，试验选取了以 C+P 水泥、锯末、砂、石膏为原料，变换混台比来制作模 型材料，