槽波波场分析马云.pptVIP

* * * * * * * 煤炭是我国主要能源之一，为了提高煤炭的产量， 综合机械化是采煤的必由之路。然而在机械化生产中，首先遇到的问题是不能准确地预测回采工作面内有何种地质异常以及准确位置，规模大小，以致造成巨大的经济损失和人员伤亡。仅仅依靠已有的传统物探方法、地质学方法、数学地质统计预测方法、钻探及巷探的手段是不够的，必须寻找一种新的有效的技术方法来解决上述问题，煤矿井下诸多地球物理方法中，槽波地震勘探是矿井物探中最受各国关注、最有发展前景的一种地球物理方法。 槽波地震勘探具有探测距离大、数据量大、精度高、抗电干扰能力强、波形特征较易识别以及最终成果直观的优点。 槽波地震勘探示意图 接收排列 激发排列 工作面布置 采集数据 1、槽波形成地质条件 2、槽波观测方法 3、槽波波场分析 在地质剖面中，煤层是一个典型的低速夹层，在物性上构成一个“波导”层。煤层中激发的能量由于顶底界面的多次全反射被禁锢在煤层中(简称煤层波或槽波) 图1 槽波形成示意图 1、槽波形成地质条件 2、槽波观测方法 2.1 、槽波透射法探测 2.2 、槽波反射法探测 2.3 、槽波超前预报探测 槽波勘探的基本观测方法有两类，透射法和反射法。它们的原理都很简单：由震源在煤层中激发的槽波，沿煤槽传播，如果工作面或巷道前方煤层不连续，槽波就完全或不完全被阻断，反射槽波遇到阻断面时，就将产生反射或部分反射，而透射槽波不能有效地穿过异常体，因此观测不到透射槽波。 2、槽波观测方法 2.1透射法探测 图2 槽波透射勘探示意图 透射法测量中，震源与检波器（排列）布置在不同的巷道内。在一条巷道内激发，在另一条巷道中接收通过采区或盘区的透射槽波。根据透射槽波的有无强弱，尤其是频散特征，来判断震源与接收排列间射线覆盖的扇形区内煤层的连续性。当断层落差大于煤厚时，槽波完全阻断，一般接收不到透射槽波；在落差相当于煤厚30％～70％左右，槽波部分阻断，接收到的透射槽波能量较正常情况下有不同程度的减弱，速度也发生变化，（如图2所示）。目前在厚约1～3.5m的中厚煤层中，最大透射距离可达1000m以上。 图3 透射槽波原始记录 P波 S波 槽波 2.2反射法探测 图4 槽波反射勘探示意图 图5 槽波反射法原始数据 震源与检波器排列布置在同一巷道内，在煤层中激发和接收槽波。如果工作面内煤层连续，没有任何地质异常，则槽波就能传播到对面巷道然后反射回来，被检波器接收，形成巷道反射波，巷道反射波没有应用价值，如果工作面存在断层等地质现象使得煤层出现横向不连续，它就是一个很强的波阻抗分界面，就将产生反射或部分反射。 P波 S波 槽波 图6 超前预报布置图和模拟记录 2.3超前预报探测 目前国内有10家煤业集团和高校利用槽波地震进行井下探测工作，在查找断层、陷落柱、煤厚变化、煤层破碎带等方面都有可喜的成果。槽波勘探主要利用的是勒夫波，主频即埃里震相。埃里震相的特点是频率高、强度大、速度低、衰减慢。目前透射法槽波勘探主要建立在槽波的频散分析基础之上，较少的考虑槽波记录的原始波场，但我们对一些工作面的槽波勘探原始波场记录分析后，发现埃里震相的波场特征可以解释多种地质现象，如断层位置、煤厚变化、陷落柱位置、煤层破碎带等。 3.1、波场总体特征分析 3.2、埃里震相分析 3、槽波波场分析 透射槽波按其到时可分为直达P波，直达S波和 勒夫波（L），勒夫波中的埃里震相最强，最清晰。 勒夫波沿煤层传播，质点垂直传播方向做水平运动。埃里相位是勒夫波的主相位，它的幅度最强，随激发源距离衰减慢，传播速度最低。勒夫波的频散特征、即波速随频率变化特征，对煤层厚度变化，矸石层分布和煤层内的各种地质异常反映最敏感。勒夫波CT速度成像能清晰地显示煤层内部结构和各种地质异常的位置和大小；勒夫波CT能量成像能清晰地反映煤层的完整性和遭受破坏的程度，是开采安全评估的重要依据。 瑞利波也是槽波，它的质点沿水平传播方向做垂直运动，由于我们应用x，y双向水平检波器记录槽波，所以瑞利波很难显现。 我们通过对16个工作面的槽波原始记录的综合分析，发现不同工作面煤层和顶底板之间的速度不同和地质条件不同，槽波总体的记录形态有很大差异。 晋煤5308工作面记录的单炮槽波原始记录，该工作面煤厚为6.07m，较稳定，条带状结构，煤芯完整，顶底板较完整，可见槽波记录清晰、规整，埃里相连续，振幅强，无明显变化， 通过原始记录P波和S波的初至和传播距离，估算其顶底板的P波速度约4000m/s,S波速度2700m/s,通过频率分析计算煤层勒夫波速度1190m/s，可见煤层稳定，顶底板速度差大，所以槽波质量好 3.1.1波场总体特征分析 图7 晋煤5308工作面单炮记录 义马云顶11100工作面的单炮槽波原始记录，该