槽波法地震勘探原理

含煤巖系中，通常煤層的密度比上下圍巖的密度小，地震波在煤層中傳播速度低，煤層是一個明顯的低速槽。煤層中激發(fā)的地震波，部分能量經(jīng)煤層頂?shù)装宥啻稳瓷?，互相疊加干涉，被煤層制導(dǎo)，僅在煤層及其附近的二維空間傳播，形成槽波(又稱通道波，channel waves)。槽波是只在煤層內(nèi)部傳播的地震波，也叫煤層波(seam waves)或?qū)Р?guided waves)。當(dāng)采煤工作面前方有斷層、陷落柱、沖刷及變薄帶等地質(zhì)異常時，沿煤層傳播的槽波受到阻斷，全部阻斷時只能觀測到反射槽波;部分阻斷時，能觀測到較弱反射槽波及弱的透射槽波。在同一煤層適當(dāng)巷道煤壁上或鉆孔中安置檢波器，可接收到槽波并送到地震儀記錄下來。

根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動方向及其極化特征，槽波可分為勒夫型及瑞利型兩類 (圖1)。

①勒夫型槽波由水平極化橫波 (SH波) 干涉形成，質(zhì)點(diǎn)在煤層內(nèi)平行煤層層面、垂直于波的傳播方向上振動。②瑞利型槽波由縱波(P波)及垂直極化橫波(SV波) 在煤層中干涉形成，質(zhì)點(diǎn)在煤層內(nèi)垂直于煤層層面、平行于波的傳播方向上作逆向橢圓振動，既有水平分量，也有垂直分量。勒夫型槽波的物理構(gòu)成簡單，其形成只要求煤層橫波速度小于圍巖的橫波速度;而瑞利型槽波的物理構(gòu)成復(fù)雜，苛刻地要求煤層的橫波及縱波速度兩者都要小于圍巖的橫波速度。實(shí)際上勒夫型槽波應(yīng)用更為廣泛。

槽波最重要的特征是頻散，即不同頻率的振動以不同的速度傳播，使得槽波波列隨傳播而散開，同時使槽波的相速度與群速度具有明顯的差異。相速度指單一頻率諧和振動的傳播速度。群速度指多個頻率相近諧和振動組成的波包傳播速度。頻散越烈，相速度與群速度差異越大。

槽波法地震勘探是以炸藥震源或錘擊等震源在煤層中激發(fā)槽波，用兩分量檢波器同時記錄兩個水平振動分量：一個分量垂直于煤壁;另一個分量平行煤壁。槽波地震儀與地面數(shù)字地震儀類似，不同點(diǎn)只是防爆，具有更高的上限頻率，更為輕便等。

槽波法地震勘探的基本測量方法有透射波法及反射波法兩種。其原理及對應(yīng)的典型記錄示于下頁圖3。透射波法測量中，震源與檢波器分別安置在不同巷道內(nèi)(包括鉆孔、工作面等);反射波法測量中，震源與檢波器則安置在同一巷道，與地面地震勘探類似。常采用共反射點(diǎn)多次疊加技術(shù)。

若采區(qū)內(nèi)有落差大于煤厚的斷層，斷層將波導(dǎo)完全阻斷，發(fā)生反射而無透射槽波; 若斷層落差小于煤厚，波導(dǎo)部分阻斷，則部分能量被反射，部分能量形成透射槽波。根據(jù)反射與透射槽波的有無及強(qiáng)弱，即可判斷測區(qū)內(nèi)有無異常及阻斷的程度。在煤層厚度1.0～3.5m，夾矸厚度小于1/3煤層厚度等有利條件下，槽波法地震勘探可檢測落差小于1/2煤層厚度的斷層或其它異常。透射的最大距離可達(dá)1000m以上。該法檢測異常的準(zhǔn)確率可達(dá)80%以上。反射波法可確定斷層位置，探測范圍較小，一般在300～400m以內(nèi)，準(zhǔn)確率在60%以上。但不論那一種方法，都不能定量確定斷層落差及識別異常的性質(zhì)。

槽波的頻散及煤層中斷層等異常體走向的隨意性，使槽波法地震勘探數(shù)據(jù)處理具有不同于常規(guī)地面地震勘探的一些特殊方法。①兩分量記錄的極化分析與旋轉(zhuǎn)，用以識別波型，提高信噪比。②頻散分析，用以提取速度信息。③包絡(luò)疊加(計(jì)算共反射點(diǎn)道集的低頻包絡(luò)，經(jīng)動校正后的疊加)，用以克服槽波頻率高，動校正精度不夠的矛盾。④再壓縮或反褶積，用以克服與減輕幾何頻散效應(yīng)，提高分辨率及加大探測范圍，⑤動態(tài)道集 (DTG)疊加，用以修改普通的CDP多次疊加技術(shù)以適應(yīng)槽波地震勘探條件的特殊性。⑥全息成象或散射偏移技術(shù)，通過震源或虛震源成象，將時—空域槽波記錄數(shù)據(jù)偏移到空—空域采區(qū)或盤區(qū)平面圖上，使斷層等異常歸到它的正確位置上。⑦代數(shù)重建(ART)CT成象技術(shù)(根據(jù)目的物的系列投影，借助計(jì)算機(jī)重建圖象的技術(shù))，通過透射記錄數(shù)據(jù)的CT成象，勾繪采區(qū)速度異常平面圖，以預(yù)測礦壓、瓦斯、水、陷落柱及沖刷等異常。

槽波法地震勘探具有廣闊的前景。開發(fā)新震源及輕便、防爆、低能耗及價廉的采集系統(tǒng);開展多波勘探，提高對異常或目標(biāo)性質(zhì)的識別能力;提高精度及地質(zhì)效果，使槽波法地震勘探逐漸完善。 2100433B

《槽波地震勘探》全書共分八章，第一章扼要介紹與槽波密切相關(guān)的地震波理論基礎(chǔ)；第二章至第八章介紹了槽波地震勘探應(yīng)用的物理前提，討論了槽波形成的條件及其在煤層中的傳播規(guī)律，槽波的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、資料解釋以及槽波地震勘探的應(yīng)用問題。

本書是國內(nèi)第一本系統(tǒng)介紹槽波地震勘探的專著，可供煤田開發(fā)應(yīng)用地球物理、礦井地質(zhì)、采礦等

專業(yè)科研與工程技術(shù)人員閱讀，也可供大專院校有關(guān)專業(yè)師生及研究生教學(xué)參考。

書名：槽波地震勘探

作 者： 劉天放,潘冬明,李德春,李海山

書 號： 9787810402668

出 版 社： 中國礦業(yè)大學(xué)出版社

出版日期： 1994-10-1

定 價： 16.0 元

緒論

第一章 地震波基礎(chǔ)理論

第二章 槽波的形成

第三章 槽波的基本特性

第四章 槽波的數(shù)學(xué)模擬技術(shù)

第五章 槽波地震勘探的數(shù)據(jù)采集及工作方法

第六章 槽波地震勘探數(shù)據(jù)的分析與處理

第七章 槽波數(shù)據(jù)分析與處理的MISS系統(tǒng)

第八章 槽波地震勘探應(yīng)用中的幾個問題2100433B