薄层状介质中反射地震超前探测的特性分析_胡运兵
九龙川矿黄土塬复杂地表三维地震勘探技术
九龙川矿黄土塬复杂地表三维地震勘探技术罗建峰;王松;孙杰龙;陈江;孟昌;朱元伟【摘要】研究了九龙川煤矿二区块厚黄土层覆盖条件下三维地震勘探技术。
根据黄土塬区复杂的地震地质条件，通过大量的试验，确定适合该黄土塬区的参数进行数据采集，选择合理的数据处理流程、参数进行资料处理，通过联井时间剖面确定层位，用纵横向时间剖面来追踪反射波相位及其变化特征，用水平切片、层拉平切片做进一步的检验，反复对比分析地震地质特征在三维空间的属性，查明了九龙川矿区总体为一个向北西缓倾的单斜构造，逆断层7条，正断层4条，主要煤层煤6层厚度较稳定，煤8层厚度变化较大。
%In this paper, study was made on the 3D seismic prospecting technique used in No. 2 district in Jiulongchuan Mine which was covered by the thick loess layer. According to the complex seismic-geological conditions in the loess tableland area and through a lot of tests, the parameters suitable for this loss tableland area were determined for data acquisition and the rational data processing program and parameters were chosen for data processing. The horizons were determined by the joint-well time section, the vertical and horizontal time sections were used to follow up the phase of the reflected wave and its variation characteristics. Further tests were done with the horizontal slices and layer flattening slices, repeated comparative analysis was carried out on the attribute of the seismic-geologic characteristics in the 3D space. Finally, it was found out by using the above techniques and methods that Jiulongchuan Mining Area was a north-west gently-inclined monocline structure, there were 7 reverse faults and 4 normal faults, the thickness ofNo. 6 coal seam was relatively constant but that of No. 8 seam changed greatly.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】4页(P73-76)【关键词】黄土塬区;三维地震勘探;煤层特性;断层;褶曲【作者】罗建峰;王松;孙杰龙;陈江;孟昌;朱元伟【作者单位】西安科技大学，陕西西安710054; 甘肃能源集团有限责任公司，甘肃庆阳745000;西安科技大学，陕西西安710054;西安科技大学，陕西西安710054;西安科技大学，陕西西安710054;西安科技大学，陕西西安710054;西安科技大学，陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TD166黄土地区蕴藏着丰富的煤炭、煤层气资源。
工程与环境物探_第1.2节_工程地震勘察_反射波法
（华东）
地震测线布置的基本要求
+
（华东）
2. 现场试验工作
• 试验工作的目的是选择正确的施工方案，内容包括： 干扰波调查、激发方式和接收条件的选择，以及观测 系统和仪器因素的确定。如在老工区开展工作，应该 全面收集和分析原有资料，对存在的问题进行补充试 验，加以解决。 • 试验阶段的工作
– – – – – 干扰波调查 测定地层的波速 激发、接收条件的选择 观测系统选择 使用仪器的选择
（华东）
1. 水平界面共炮点时距曲线
-2000 -1000 0 1000 2000
x
已知水平界面模型第 一层介质的厚度和波 速，求 t – x 关系。
2 2 x t ( x) h v 2
2
0.5
1.0
O
t
x
1 4h 2 x 2 v
2 0
h=500m v=2500m/s
反射点/段 震源相对于界面的 对称点称为虚震源
– – – – – – 地震测线的布臵 现场试验工作 干扰波调查与识别 观测系统选择 激发方式选择 接收参数设计
（华东）
1. 地震测线布置
• 地震测线是指沿着地面进行地震勘探野外数据采集工 作的路线。 • 沿测线观测的地震数据经处理之后的成果是反映地下 地质结构的地震剖面（时间剖面或深度剖面），是地 震资料地质解释的基本依据。因而，测线的布臵与了 解地下地质结构的关系很大。 • 石油地震勘探早已从二维发展到三维，以及高分辨率 三维，甚至是时移地震；工程地震勘探一般还是二维 测网的方式。
• 好的条件：构造简单，断层较少，岩层倾角不大，岩 性稳定，基岩埋深不大等。
（华东）
表层地震地质条件
• 影响地震勘探效果的表层介质和地形地貌等条件
反射波地震勘探原理和资料解释
反射波地震勘探原理和资料解释1. 你知道反射波地震勘探原理是啥不？就好比我们在黑暗中用手电筒去寻找东西，地震波就是那束光，通过它的反射来了解地下的情况。
比如说，在探测石油的时候，就靠它来找到那些隐藏的宝藏呢！2. 嘿，反射波地震勘探原理可神奇啦！就像我们玩捉迷藏，地震波去探寻地下的秘密，然后把信息带回来。
你想想看，要是没有这个原理，我们怎么能发现地下那么多有趣的东西呀，比如珍贵的矿产！3. 反射波地震勘探原理呀，简单来说就是给地下做个“CT”。
哎呀，就像医生给病人检查身体一样！比如探测地质结构，不就像了解人体的骨骼架构嘛，多重要啊！4. 哇塞，你可别小看反射波地震勘探原理哦！这就好像是给地球内部开了一扇窗，让我们能看到里面的景象。
像探测地下的洞穴，没有它怎么行呢！5. 反射波地震勘探原理，这可是个大宝贝呀！好比是我们探索未知世界的钥匙。
你说，要是没有它，我们怎么能搞清楚地下到底有啥，比如神秘的地质断层呢！6. 嘿呀，反射波地震勘探原理真的太有意思啦！就如同一个侦探在寻找线索，地震波就是那关键的线索呀。
像寻找地下的含水层，没有它可就难咯！7. 你想过反射波地震勘探原理有多重要吗？那简直就是打开地下奥秘之门的魔法呀！就像我们能通过它找到隐藏的地下宝藏，比如古老的遗迹，多神奇呀！8. 反射波地震勘探原理，这可真是个了不起的东西呢！就好像是我们在黑暗中点亮的一盏明灯，照亮地下的路。
比如探测地下的岩浆活动，没有它可咋办呀！9. 哇哦，反射波地震勘探原理真的好酷呀！如同一个超级英雄，为我们揭示地下的秘密。
像搞清楚地下的岩层分布，这可全靠它啦！10. 嘿，别小瞧了反射波地震勘探原理和资料解释呀！这可是我们了解地球内部的重要途径。
就像我们要了解一个人的内心，不通过特别的方法怎么行呢！比如说要找到深埋地下的天然气，没有它们可就难了呀！我的观点结论：反射波地震勘探原理和资料解释真的非常神奇和重要，它们让我们能够深入了解地球内部，为各种地质研究和资源勘探提供了关键的依据，我们应该好好利用和发展它们呀！。
[公路水运工程试验检测人员考试密押题库与答案解析]公路水运工程试验检测人员桥梁隧道工程分类模拟35
![[公路水运工程试验检测人员考试密押题库与答案解析]公路水运工程试验检测人员桥梁隧道工程分类模拟35](https://img.taocdn.com/s3/m/04aaf7be3c1ec5da51e2708c.png)
A.地质调查法
B.弹性波反射法
C.超前钻探法
D.地震波反射法
答案:C[解析] 断层为面状结构面，可采用超前钻探法较准确地预报其位置、宽度、物质组成及地下水发育情况等。断层破碎带与周围介质多存在明显的物性差异，可采用弹性波反射法探测破碎带的位置及分布范围。因此本题选C。
C.出水点和地层岩性、地质构造、岩溶、暗河等的关系分析
D.围岩稳定性特征及支护情况 A B C D
答案:ABCD[解析] 隧道内地质素描包括以下主要内容：
(1)工程地质包括有害气体及放射性危害源的存在情况；应记录塌方部位、方式、规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方的地质原因及其对继续掘进的影响等。
A.150m
B.100m
C.80m
D.30m
答案:B[解析] 地质雷达法在一般地段预报距离宜控制在30m以内；瞬变电磁法每次预报有效探测距离宜为100m；红外探测法有效预报距离宜在30m以内；高分辨率直流电法有效预报距离不宜超过80m；地震波反射法等在软弱破碎地层或岩溶发育区，每次预报距离宜为100m左右，在岩体完整的硬质岩地层每次预报距离宜为150m内。本题选B。
D.孔内摄影 A B C D
答案:ACD[解析] 超前钻探法包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。
问题:2. 关于隧道超前钻探技术要求以下描述正确的是______。
A.富水岩溶发育区每循环宜钻3～5个孔，揭示岩溶时，应适当增加，以满足安全施工和溶洞处理所需资料为原则
B.在需连续钻探时，前后两循环钻孔应重叠5～8m
答案:A[解析] 隧道涌水量为1×103～1×104m3/d，为中小型涌水，地质灾害属于B级。
浅层地震反射与散射联合成像法在工程探测中的应用
２ 工 程 实例
第 者 千 ；１ 一 ， 年 业 杭 商 院 胃 警 作 誊 ： ２６ 、 ，２ Ｉ 精ｌ 瞎 用 ２１ 竹／工， 个 一 简 王荣ｑ ） ９ 毕 千¨ 应 由 ． 一 介－ （ ０ 男 ９ 州 学 市 电 ’ ０ ５９ 舅１ ９ 于 薄层互薄层 ‘ 寸 探测工点 ／ １ ・
地 震成 像处 理 阶段 ， 据钻 孔 和 实 际 地层 实 际 情 根
况 ， 工点 选择 以下 参数 绘制 时 间 、 本 深度 剖 面图 。相 关 半径 ：５ 成像 结 果 ： 幅 ＋； 法 模 型 ： 合 ； 斜 ： １； 振 算 联 倾 水
平 。得 到地震 成果 如 图 １ 。
射 波法 提供 了较好 的前 提条 件 。对 于 地下充 满水 的溶
反 映地 层结 构 。
强 。②能 量主 要分 布在 透 射 波 上 ， 射 角 的变 化 对 透 入
射 系数影 响不 大 ， 学 模 型 显示 曲线 变 化 平稳 。反射 数
系数 随 入射 角 的增 大 而 减小 ， ｏ ２ 。 在 ￣ ０ 的范 围 内反射 ＜
系数 变化 较小 ， 这是 地 震纵 波 反 射 工 作最 为 有 利 的 角
厚 ２ ４～１ ． ． ０ ０ｍ。钻 孔 揭 示 基 岩 为 白垩 系 泥 岩 夹 砂
图 １ 火 炬 特 大 桥 成 果 图
岩、 泥岩 夹 砾 岩 。泥 岩 ： 紫红 色 、 红 色 ， 棕 泥质 结 构 ， 层 状 构 造 ， 泥 质胶结 ， 见泥砾 ， 理和 节理裂 隙发 育 ， 钙 多 层
炮点距 ： ｍ； ２ 偏移 距 ： ｍ； １
道 间距 ： ｍ； １
两 侧为一 级 阶地及 低 山丘陵 ， 陵坡 面较 陡 ， 丘 局部 基 岩
TSP超前地质预报地震波反射特性研究
第4卷 第4期 地下空间与工程学报V o l.4 2008年8月 C h i n e s eJ o u r n a l o f U n d e r g r o u n dS p a c e a n d E n g i n e e r i n g A u g.2008 T S P超前地质预报地震波反射特性研究＊许振浩1,李术才1,张庆松1,刘 斌1,张 霄1,葛颜慧1,2(1.山东大学岩土与结构工程研究中心,济南 250012;2.山东交通学院土木工程系,济南 250023)摘 要:深埋隧道工程地质和水文地质条件复杂多变,盲目施工常会造成突水、突泥(涌砂)和塌方等安全事故,深入细致的超前地质预报工作是隧道信息化设计和施工的重要依据之一。
以高风险岩溶隧道沪蓉西高速齐岳山隧道为工程背景,结合地震波传播理论和T S P超前地质预报实践,研究了岩溶隧道内断层破碎带,泥夹石充填型、软弱夹泥充填型、地下水充填型和无充填型溶洞,以及富水岩层的地震波反射特性;提出了以深度偏移为主要依据,并结合反射层图、反射事件表、纵横波速和岩体物性参数分析的预报方法,该方法可以有效提高T S P 对断层破碎带、溶洞、和地下水的超前地质预报效果,对类似工程具有一定的借鉴意义。
关键词:T S P;深度偏移;断层破碎带;溶洞;地下水中图分类号:P642 文献标识码:A 文章编号:1673-0836(2008)04-0640-05R e f l e c t i o n C h a r a c t e r i s t i c o f S e i s m i c Wa v e i nT S PA d v a n c e G e o l o g i c a l P r e d i c t i o nX UZ h e n-h a o1,L I S h u-c a i1,Z H A N GQ i n g-s o n g1,L I UB i n1,Z H A N GX i a o1,G EY a n-h u i1,2(1.G e o t e c h n i c a l a n dS t r u c t u r a l E n g i n e e r i n gR e s e a r c h C e n t e r o f S h a n d o n g U n i v e r s i t y,J i n a n250012P.R.C h i n a;2.D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g,S h a n d o n gJ i a o t o n gU n i v e r s i t y,J i n a n250023P.R.C h i n a)A b s t r a c t:F o r d e e p t u n n e l s t h e i r e n g i n e e r i n g g e o l o g i c a l a n dh y d r o-g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s a r e h i g h l y c h a n g e a b l ea n d c o m p l e x.R o u g h c o n s t r u c t i o n o f t e n t r i g g e r s o r p r o d u c e s a c c i d e n t s,s u c h a s w a t e r f l u s h,m u d(s a n d)i n r u s h,c o l-l a p s ee t c.F o r i n f o r m a t i o n a l d y n a m i c d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f t u n n e l s,i t i s o f v i t a l i m p o r t a n c e t o c a r r y o u t a d v a n c e dg e o l o g i c f o r e c a s t i n g.B a s e do nt h e e n g i n e e r i n gb a c k g r o u n do f Q i Y u e s h a nT u n n e l,ah i g hr i s kk a r s t t u n n e l i nt h ew e s t e r ns e c t i o n o f H u-R o n ge x p r e s s w a y,c o m b i n e dw i t hs e i s m i c p r o p a g a t i o nt h e o r ya n dT S Pg e o l o g i c a l p r e d i c t i o n p r a c t i c e s,s t u d i e s w e r e d o n e o nr e f l e c t i o nc h a r a c t e r i s t i co f s e i s m i c w a v e,w h i l e w a v e s m e e t f a u l t f r a c t u r ez o n e s,u n-d e r g r o u n dw a t e r,r o c ks t r a t u m w i t hr i c h w a t e r,a n d k a r s t c a v e s f i l l e d w i t h c l a y a n d s t o n e,o r s o f t c l a y,o r w a t e r,o rw i t h n o f i l l e r s.A p r e d i c t i o nm e t h o di s p r o p o s e dw i t ha d v a n c e g e o l o g i c a l p r e d i c t i o ne f f e c t,f o r f a u l t f r a c t u r ez o n e s, k a r s t c a v e s a n du n d e r g r o u n d w a t e r,c a nb ee f f e c t i v e l yi m p r o v e do nt h e m a i nb a s i s o f d e p t hm i g r a t i o na n a l y s i s,w i t hi n t e g r a t i o no f a n a l y s i s o n d i a g r a mo f r e f l e c t o r,e v e n t b r o w s e r,v e l o c i t y o f c o m p r e s s i o n a l w a v e s(P-w a v e s)a n d s h e a rw a v e s(S-w a v e s),a n d p h y s i c a l p a r a m e t e r s o f r o c km a s s.K e y w o r d s:T S P;d e p t hm i g r a t i o n;f a u l t f r a c t u r e z o n e s;k a r s t c a v e s;u n d e r g r o u d w a t e r1 引言随着西部大开发战略的深入开展,在工程地质和水文地质条件复杂、水能和矿产资源丰富、陆路交通网密度远低于全国平均水平的西部地区将会修建更多的长大隧道[1]。
地震勘探原理与方法》习题库
《应用地球物理―地震勘探原理与方法》习题库杨有发韩立国王德利编吉林大学地球探测科学与技术学院2003年10月应用地球物理――地震勘探原理与方法 练习题一一、名词解释（1）波阻抗 （2）地震界面 （3）速度界面 （4）地震子波（5）振动图 （6）波剖面 （7）视速度 （8）正常时差（9）倾角时差 （10）地震排列 （11）动校正 （12）均方根速度（13）调谐振幅 （14）调谐厚度 （15）地震组合法 （16）水平多次叠加法二、说明下列公式的物理意义 1.)cos 1(2)(θλθ+=i K 2.1111----+-=n n n n n n n n n V V V V R ρρρρ 3.21,1,02112===⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n n n r r A A n 4.)(0kz wt i z e e A --=αϕ 5.e V V V cos sin *==ε 6.Vh t 20= 7.ψϕαsin sin cos = 8.2022Vt x t =∆ 9.20222t V x t NMO += 10.20220)sin (111αββαβ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-z tg x 11.())(111022202t V sh t V ch z x ββββ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+ 12.t f n t f n Vx f n V x f n T t ∆∆=∆∆=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆Φππππsin sin /sin /sin ** 三、证明题1.试证明介质的品质因数Q 与介质的吸收系数α成反比关系。
2.试证明地层厚度等于4λ时，调谐振幅达最大值。
3.试证明均匀介质中反射波时距曲线转换到p -τ域内则变成椭圆形状。
4.试证明倾斜地层时共中心点时距曲线按共反射点时距曲线作正常时差校正时有剩余时差。
四、推导公式1.水平层状介质中以均方根速度表示的时距曲线方程。
2.推导单一倾斜界面时反射波时距曲线方程及倾角时差。
1、2.地震勘探基础及浅层折射、反射波法
振幅谱～(A-ｆ) 相位谱～(φ-ｆ)
一个非周期波动可以由许多不同振幅、 不同频率、不同初相的谐和振动合成。
3、频谱分析的作用
发现地震波特征（振幅、初相位）的频率差异，为 野外工作方法的选择、干扰波的压制、资料的解释
提供依据。
由地震勘探的各 种资料统计得到
某一浅层地震的干扰波调查剖面， 经频谱分析后得到其频谱特征；
•概述
地震勘探的主要内容、基本 原理、方法分类及其特点； 工程地震勘探的主要用途和特点；
•弹性介质与地震波的形成 •地震波的描述、类型及其传播特征
•地震勘探的地质基础
一、地震勘探的主要内容
研究人工激发的地震波 在介质中的传播规律。
即两个特征： 波的运动学特征(v、s、t) 波的动力学特征(波的成因、 振幅、频率和相位)
所以，水下激震可以使地震波的频率丰富、能量增大、 改善勘探效果。 但也给识别界面的真实性增加了难度(水面？基岩面？)
3、地质剖面 的均匀性
断层、溶洞、尖灭层、人工堆积物等都 使地质剖面纵向或横向不均匀，从而影 响地震波的走时、走向，增加了勘探、 解释的难度。
4、地震界面和地质界面的差异
前者是不同波速或波阻抗介质的分界面，后者是不同岩 性或年代介质的分界面；它们有时可能一致、有时可能 不同，要结合多种资料才能识别。
流体静压力
•切变模量(剪切)（Pa）
剪切应力与 切变角之比； 液体 µ=0。 横、纵向应变之比； 在0.05～0.45； 越硬越小，液体为0.5。 PXX～横向拉应力
•泊松比
•拉梅系数（Pa） •互换关系
三、振动与地震波
1、弹性振动
在应力和惯性力的作用下，质点 围绕原平衡位置发生的振动。 质点以弹性振动的形式在介 质中的传播所形成的波动。
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地震超前探测提供了一个较理想的横向各向同性介 质模型, 对超前探测的资料解释更有利 , 特别是对 有效利用弹性常数辅助进行资料的分析解释提供了 可能 . 为了利用煤层近似于横向各项同性介质的有 利条件, 测线布置时需要把测线尽量布置在煤层或 岩层中; 值得特别注意的是测线不能布置在两层不 同的介质中 , 也不能布置在两 层介质的交界 面上 ( 图 5) . 对于图 1 所示的地层条件 , 当测线布置在煤层 中的时候 , 煤层的物性条件及其赋存情况的几何形态都有利于形成槽波. 频散和极化分析中很容易区 分纵波、横波和槽波三大能量团的存在 , 在这种情况下槽波的影响较大. 3. 3 弹性常数在资料解释中的应用 常用的弹性常数有杨氏模量 E 、泊松比 、体积模量 k 、拉梅常数 和 , 又称为剪切模量. 这些弹性常数都是在假定介质为各向同性的基础上进行推导的 , 它们都定义为正值 . 事实上 , 岩石大 多数是成层的, 每一层有不同的弹性, 且弹性还常随方向而变化, 如果考虑各向异性问题就会变得非 常复杂. 对于横向各向同性介质来说, 在其一个面上是各向同性的 , 即具有相同的弹性 ; 而在垂直于 该面的方向, 弹性是变化的, 好多岩石 , 特别是页岩 , 是横向同性的; 更重要的是层状介质 , 尽管每 一层是各向同性的, 但层与层之间的弹性是变化的, 它的总体效应是横向各向同性的.
5
结 论
薄层状介质地层在一定条件下同时存在
各向异性和横向各向同性的情况, 因此在测 线布置时应尽量布置在横向各向同性介质层 中, 而不能布置在两层不同的介质中, 也不 能布置在两层介质的交界面上 ; 否则理论模 型变得比较复杂 , 用数字描述的难度大 , 使 资料解释的准确度和可信度降低. 当测线布置在煤层中的时候, 煤层的物 性条件及其赋存情况的几何形态都有利于形 成槽波. 频散和 极化分析 中很容易 区分纵 波、横波 3 大能量团的存在. 在这种情况下 槽波的影响较大 . 由于煤层近似于横向各向 同性介质 , 因此反射地震超前探测的动态弹 性常数反映的是前方介质的物理性质, 这为 利用弹性常数辅助进行资料解释, 以及提高解释结果的准确性和精度提供了保障. 如果对现场测试的 动态弹性常数进行实验测试校正, 还可以利用校正后的数据实现一定程度的定量解释.
直于层位 . 对于薄层各向异性的情况, 波的能量首先穿过高速层, 平行层位的振动的波传播速度快; 垂直层位振动的波, 每个层位按比例分配传播时间, 其传播速度较慢. 对于各向异性的程度 , 通常用 最大速度和最小速度的相对变化描述 , 即 ( V m ax - V min ) / V max , 有时也用最大速度和最小速度之比 V max / V m in 来描述. 对于接近地表的岩石, 各向异性值是1. 2~ 1. 4 . 由于地震波在煤层中的速度较低, 因此煤层近似于横向各向同性介质 . 反射地震超前探测时 , 地 震波是在 xy 面内传播 , 对称轴沿 z 轴 , 位移相对于 y 轴的导数为零 , 但横波可以在 y 轴方向振动. 这种情况下横向各向同性介质的波动方程为
泊松比 0. 31 0. 30 0. 31 0. 30 0. 31 0. 33 0. 13 0. 33 0. 32 0. 31 0. 30 体积模量 k / G Pa 91 90 90 89 91 93 64 93 93 89 89 拉梅常数 / GPa 63 62 62 61 63 68 22 68 67 62 61 杨氏模量 E / G Pa 113 115 113 115 113 106 162 104 109 109 113 剪切模量 / GPa 42 43 42 43 42 39 65 39 40 41 42
2 2 u u w * + * ) , ( 1) 2+ 2+ ( z x t x z 2 2 2 v = v+ * v , ( 2) 2 2 t x z2 2 2 2 2 w = ( + *) u + * w+ ( + 2 ) w . ( 3) 2 2 x z t x z2 在 ( 3) 式和 ( 5) 式中, u 和 w 是相互关联的, 它表征了纵波和 SV 波成对出现的原因 ; ( 2) 式 2
第 25 卷第 6 期 2006 年 12 月
河 南 理 工 大 学 学 报 JOU RNA L O F HEN AN POLY T ECHNI C U N IV ERSI T Y
Vol. 25 No. 6 Dec. 2006
薄层状介质中反射地震超前探测的特性分析
胡运兵1, 2 , 吴燕清1, 2, 宋
已知地震波的传播速度, 就可以通过测得的反射波传播的时间推导出反射面与检波器的距离以及 与巷道掘进面的距离 , 即 X 2+ X 3 2X 2 + X 1 T2 = = , ( 5) Vp Vp 式中 , T 2 为反射波传播时间 , s; X 2 为爆破孔与反射面的距离 , m; X 3 为传感器与反射面的距离, m. 3. 2 测线布置的特点 煤矿巷道掘进的特点是沿煤层掘进 , 这对反射
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河南理工大学学报 ( 自然科学版 )
2006 年第 25 卷
由于波长 度, 就得到
、波的频率 f 与波速 v 之间的基本关系式为 = v / f . 波速 v 取 3 500 m/ s 的纵波速 = 7. 99 m ; 因此图 1 的地层属于薄层各向异性和横向各向同性并存的情况 , 对称轴垂
2
2. 1
薄煤层中地震波的传播特性
南方煤田地层的特点
南方煤田地质构造复杂, 瓦斯和水等灾害严重, 且煤层较薄, 厚度为 1 m 以上就属于可采煤层, 甚至几十厘米的煤层也在进行开采 ; 因此南方煤田的地层属于薄层状岩层组成的层状介质地层. 图 1 为重庆某矿的地层柱状图 , 其中 M6 3 煤层是当前主采煤层. 从图 1 可以看出, 岩层非常薄, 最薄的 只有 0. 2 m, 最厚的才 2. 58 m . 图 2 为在该地层条件下测得的地震波图谱. 图 3 是该地震波的频谱, 由图 3 可以得到该区地震波的主频为 438 Hz. 2. 2 薄层状介质模型的波动理论 层状介质和平行的裂隙带趋于形成横向各向同性介质 . 一系列各向同性的地层 ( 如沉积层) , 如 果波长远大于单层的厚度 ( > 8 d , 其中 d 是层位厚度) 于层位. 以图 1 的地层为例, 波的频率 f = 438 Hz.
岩层厚度 / m 0~ 20. 4 20. 4~ 24. 8 24. 8~ 26. 6 26. 6~ 39. 1 39. 1~ 48. 5 48. 5~ 51. 0 51. 0~ 58. 2 58. 2~ 58. 8 58. 8~ 83. 8
表 1 岩层动态弹性系数 T ab. 1 Dynamic elasticit y coefficient
u
2
2
= (
+ 2
)
描述的 SH 波与纵波和 SV 波没有联系, 它是独立的. 2. 3 槽波现象 地震有效槽的存在是产生槽波的先决条件, 这种槽通常就是夹在 2 个岩层之间的煤层. 煤层在物 理上具有这样的特性 , 即煤层与围岩相比, 煤层的密度小 , 波在煤层中的传播速度慢, 煤层的顶底界
第6期
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河南理工大学学报 ( 自然科学版 )
2006 年第 25 卷
由于煤层 近似于横向各 向同性介 质, 因此 , 反射地震超前探测的动态弹 性常 数反映的 是前方介 质的物 理性质 ( 表 1) , 这为利用弹性常数辅助进行资 料解释以及提高解释结果的准确性和精 度提供了保障. 不过现场测试的动态弹 性常数不同于实验室测试的静态弹性常 数, 如果对动态弹性常数进行实验测试 校正 , 它会发挥更大的作用.
4
探测实例分析
以图 6 所示矿区反射地震超前探测
83. 8~ 106. 0 106. 0~ 121
为例, 现场工作时把测线布置在 M 6 3 煤层中. 从采集的原始数据看 , 数据质 量比较理想, 达到了预想的效果.
通过对探测数据的速 度分析, P 波、S 波分离, 偏移处理 , 提取出反射界面. 从提取的反射界面可以 看到沿巷道轴向上, 在掘进工作面前方 20 余米和 50 余米段存在明显的反射界面, 但仅此还不足以判定探 测的异常体的性质, 需要结合煤岩层的弹性常数进行 综合分析 . 提取的反射界面还显示在掘进工作面前方 大约 20~ 26 m 段存在较小的反射界面 , 主要为节理 或小构造影响区域. 在掘进工作面前方约 50~ 58 m 段反射信号较强 , 主要为煤层夹矸影响或构造影响区 域 ( 图 7) .
[ 4]
, 就会形成薄层各向异性, 对称轴垂直
y
收稿日期 : ห้องสมุดไป่ตู้006 06 11; 修回日期 : 2006 07 12 基金项目 : 国家 973 计划资助项目 ( 2005cb221500) ; 国家自然科学基金重点资助项目 ( 50534080) 作者简介 : 胡运兵 ( 1973 ) , 男 , 四川泸县人 , 在读博士生 , 工程师 , 主要从事矿井物探设备及方法的研究工作 . E mail: fdg cqccri@ 126. com
发的 T SP ( T unnel Seismic Predict ion) 超前预报方法在隧道工程中已经有较好的应用[ 3] . 机械化程度的提高, 传统的超前预报方法已不能满足生产的需要, 这为反射地震法远距离超前探测技 术提供了应用空间; 但值得注意的是, 煤巷中的反射地震法超前探测技术有其特殊性, 特别是在我国 的南方煤田地层中, 其煤层较薄 , 煤层的物性条件及其赋存情况的几何形态复杂, 有利于槽波的形 成, 这些特征对其反射地震超前探测技术的影响都值得进行探讨.
胡运兵等 : 薄层状介质中反射地震超前探测的特性分析
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面就形成波反射的地震界面; 因此在煤层内激发的地震 波, 通常是在煤层的上下界面反射 , 一定条件下 , 在煤 层中形成特殊槽波 ( 图 4) . 槽波的频散越大 , 煤层中的槽波能量就越多 . 当频 率增高时, 槽波的振幅在围岩中较小, 在煤层中较大 . 槽波具有标准的频散 , 所以槽波波列开始时频率低, 结 束时频率高. 埃里相就在波列末端 , 其振幅很大 .