槽波地震数据处理 4
物探工考试题及答案
物探工考试题及答案一、多选题（共100题，每题1分，共100分）1.通常所说的煤矿三大规程包括（）。
A、测量规程B、作业规程C、操作规程D、煤矿安全规程正确答案：BCD2.在煤矿井下，电磁波穿过煤层途中遇到（）或其它地质构造时，波的能量被吸收或完全屏蔽。
A、瓦斯富集带B、断层陷落柱C、含水体D、煤层产状变化带正确答案：ABCD3.根据矿化度的大小，可将地下水分为( )。
A、卤水B、弱矿化水C、低矿化水D、高矿化水E、中等矿化水正确答案：ABCDE4.根据节理的力学成因，可将节理分为( )。
A、构造节理B、剪节理C、顺层节理D、走向节理E、张节理正确答案：BE5.在垂直于断层走向的剖面上，可直接测得的断距有( )。
A、地层断距B、斜断距C、真断距D、铅直断距E、水平断距正确答案：BDE6.关于槽波地震探测，以下错误的是（）A、槽波地震勘探中，低速煤层与高速围岩中传播的地震波不会形成槽波。
B、采用槽波透射法探测工作面内部构造，只能用于解决煤层中的陷落柱。
C、槽波地震勘探中，能探测工作面内部的断层但不能探测工作面外部的断层D、槽波地震勘探中，随着煤厚的不断增加，埃里相频率会不断下降，同时埃里相表现得则愈加凸显。
正确答案：ABC7.关于采区电法勘探的地质任务说法正确的是（）A、基本查明奥灰岩溶发育带。
B、基本查明主要含水层的富水异常区；C、基本查明勘探区内采空区及积水区范围。
D、分析落差大于5米的断层、直径大于25米的陷落柱等构造的含导水状况正确答案：ABCD8.沉积岩地区确定断层的存在的特征是( )等。
A、构造岩带的线性分布B、断层面磨擦镜面擦痕阶步的存在C、地层的重复与缺失D、构造线或地质体的不连续性E、特殊的地形与地貌：断层崖与断层三角面的存在正确答案：ABCDE9.直流电探测过程中接收电极一般用（）表示A、AB、BC、MD、N正确答案：CD10.按含水层空隙性质，可将地下水分为( )。
A、岩溶水B、裂隙水C、孔隙水D、承压水E、潜水正确答案：ABC11.地震勘探方法根据波传播方式的不同，分类有（）、（）（）。
槽波成因的简要分析
槽波成因的简要分析赵朋朋【摘要】介绍了槽波勘探技术的发展历史,指出大部分专著及文献中对于槽波形成成因的表述不当.结合波的干涉和波的叠加理论以及斯奈尔定律,对槽波的成因进行定性分析,分别从波的干涉的3个条件进行分析,阐明了不管是Rayleigh型槽波还是Love型槽波,都符合波的叠加理论,而非波的干涉;通过公式推导,再次印证了槽波的形成符合波的叠加原理,是由波的叠加形成,只有少量频率成分的槽波是由干涉形成.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2019(041)005【总页数】4页(P88-91)【关键词】槽波成因;定位分析;波的干涉;波的叠加【作者】赵朋朋【作者单位】煤炭科学研究总院,北京 100013;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】P631.4;TD1660 引言1955年，Evison首次在2 m厚的煤层中激发并接收到Love型槽波，Krey在1963年计算出了槽波在煤层中传播的数学公式，证明槽波可以作为一种勘探手段对工作面内的构造进行预测[1]。
在其后的40年间，槽波地震勘探的技术与装备得到了巨大发展[2]。
国内从1977年开始引进槽波勘探技术，其后的20年间发展迅速，尤其是经历了1997—2007年的停滞阶段后，槽波勘探技术出现了快速的进步[3]。
目前，无论是方法技术、勘探装备，还是处理解释系统都形成了体系。
Krey等[4](1963)提出“channel waves are looked upon as the result of interfering incident and reflected plane waves”。
刘天放等[5]于1994年出版了国内槽波地震勘探第一本专著《槽波地震勘探》，并在其中提出“Rayleigh 波是由P波与SV波形成的干涉波”，“Love波只由单一的SH波在煤层中干涉形成”，“槽波实际上就是由体波在煤层中形成的干涉波，即层间波”，并且在多个章节都提到槽波是干涉形成的。
标准化物探考试题库
标准化物探考试题库2018年矿井物探标准化考试题库（100题）一、填空题(共35题)1、物探依据物理性质不同可分为电法勘探、磁法勘探和重力勘探等。
2、电阻率法是以不同岩矿石之间导电性为基础，通过观测和研究人工电场的分布规律和特点，实现解决各类地质问题的电法勘探。
3、实践中，人们常把AB/2的深度看作电阻率法的影响深度，而把AB/4的深度看作勘探深度来看待。
3、煤矿安全生产地质灾害防治与测量标准化装备管理中明确要求地质工作至少采用 1 种有效的物探装备。
4、煤矿严格执行有掘必探原则，对掘进巷道进行超前探测工作，实行物探先行、化探跟进、钻探验证组合方法进行探测。
5、瞬变电磁法是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈观测由该脉冲电磁感应的地下涡流产生的二次场的空间和时间分布，解决有关地质问题。
6、地面瞬变电磁场为半空间分布，井下瞬变电磁场为全空间分布。
7、井下超前物探直流电法最常用的施工方法是三点源探测法。
8、根据同煤经地字【2016】460号文件要求掘进工作面至少采用 2 种物探方法。
9、根据同煤经地字【2016】460号文件要求超前物探成果严禁作假，一旦发现按“有掘必探”假探、不探进行处理。
10、综采工作面回采前可采用电法、地震勘探法进行隐伏地质构造的探测。
11、井下瞬变电磁法超前物探施工应至少布置三条测线，分别是顺层测线、朝上测线、朝下测线。
12、超前物探原始数据及报告必须及时保存、备份并及时上传至信息平台。
13、YDZ(B)直流电法仪的最大发射电流不大于_65_mA，施工时的发射电流不小于__20__mA。
14、直流电法施工布置时，如果在电极周围浇水是为了__减小______电极周围的接地电阻。
15、YDZ(B)直流电法仪主要两类施工方法，分别是__超前___探测和测深探测，其中测深勘探又分为___三极____测深和对称四极测深。
16、在三极超前探测施工中，需布置3种电极，分别是____发射____电极，___测量__电极和无穷远电极。
防爆无缆遥测地震仪在煤矿槽波勘探中的应用
防爆无缆遥测地震仪在煤矿槽波勘探中的应用吴海【摘要】Transmitted in-seam wave exploration technique is the first choice for underground coal mine prospecting. It has the advantage of long detection range and high accuracy. But in the past, the heavy equipment impeded its wide application. We have designed and manufactured a wireless remote seismograph for coal mines, which has the advantage of being free of cable and geophone line to communicate with the main unit. The seismograph has passed EX and MA explosion-proof certification, with operation ability of 240 channels, was used in 9 in-seam wave exploration projects. The excellent performance of the seismograph has been verified, achieving good geology results.%透射槽波勘探是煤矿井下工作面内构造探测的首选技术，具有探测范围大、准确率高等优点。
针对井下槽波勘探仪器笨重等原因，研制了矿用无缆遥测地震仪，具有无缆、无需主机和通讯电话线等独特优点，使得仪器便携，施工简单，并已取得防爆证和MA认证，具备了240道的施工能力。
槽波地震勘探方法研究
槽波地震勘探方法研究随着社会经济的快速发展，煤炭开发技术得到了很大进步。
在开采煤炭的过程中应该做好地震的勘探工作，做好地震的防护措施。
当前地震勘探技术有很多，其中槽波地震勘探方法受到大家的广泛关注。
这项技术主要是通过挖掘煤层时激发的地震波在传输的过程中，会形成一定的反射角度，经过多种反射角度的混合，就会在煤层中显现出槽波，进而工作人员能够判断出该区域的地质构造，文章主要阐述了这种方法的特点及具体的探测方法。
标签：槽波；特点；槽波地震勘探；方法1 槽波的特点槽波自身有很多的特点，其中最为突出的特点就是频散，也就是说频率的函数就是关于槽波的传播速度。
槽波存在着很多不同频率的波段，而且这些波段的传播速度是不同的，而且会因为距离的远近而发生变化，在传播的过程中会形成一个不断变化频率的长波队列。
在槽波传播的过程中频散会由于能量的不同导致传播速度发生改变，这种改变在实际观察的过程中会形成一个曲线。
频散通常会给地震勘探带来很多的问题，具体来说可以分为三个方面。
第一，频散会导致设备不能够精准的判断波段到达的时间，在地面上地质勘探分析设备上也存在着传播时间不均匀的情况，所以必须做好这方面的处理工作，当前主要是采用速度分析法来适应这种变化。
第二，不同类型的槽波会在传播的过程中出现重叠现象，而且这种重叠很难被分开。
第三，随着波段队列不断的分散，就会导致振幅不断的减弱。
通过图1我们可以观察到在同一频率的情况下，煤层的厚度和勒夫波频散成反比，也就是说煤层越厚，勒夫波频散的速度就越低。
在外面不了解煤层的厚度时，我们通常可以先探测一下煤层，如果发现煤层的厚度超过了一定量，那么我们就可以降低频率，如果我们发现煤层的厚度比较薄，我们就需要增加频率。
通过对槽波特点进行了解，我们能够更好地采取措施，尽量减少频散对地震勘探带来的问题，提高地震勘探的准确度和有效性。
图1 勒夫波频散与煤层厚度的变化关系槽波在煤层内部传播的过程中会有低速度、高频率的特征。
地震槽波动力学特征物理_数学模拟及应用进展_皮娇龙
第２８卷第２期２０１３年４月（页码：０９５８－０９７４）地 球 物 理 学 进 展ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．２８，Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０１３皮娇龙，滕吉文，杨 辉，等．地震槽波动力学特征物理－数学模拟及应用进展．地球物理学进展，２０１３，２８（２）：０９５８－０９７４，ｄｏｉ：１０．６０３８／ｐｇ２０１３０２５０．ＰＩ Ｊｉａｏ－ｌｏｎｇ，ＴＥＮＧ Ｊｉ－ｗｅｎ，ＹＡＮＧ Ｈｕｉ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ ａｎａｌｏｇｕｅ－ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｉｎ－ｓｅａｍ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｇｅｏｐｈｙｓ．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ），２０１３，２８（２）：０９５８－０９７４，ｄｏｉ：１０．６０３８／ｐｇ２０１３０２５０．地震槽波动力学特征物理－数学模拟及应用进展皮娇龙１，２， 滕吉文１＊， 杨 辉１， 刘国栋３， 李建新４， 李松营４（１．中国科学院地质与地球物理研究所，北京１０００２９； ２．中国科学院研究生院，北京１０００４９；３．中国地震局地质研究所，北京１０００２９； ４．河南义马煤业集团股份有限公司，义马４７２３００）摘 要 复杂的地质构造和生产环境使得中国的煤业生产时常蒙受巨大的经济损失和人员伤亡，而地震槽波井下探测技术做为当前可探明煤层中局部小构造和异常体的有效技术，具备分辨率高和预测性强等特点，是煤矿生产中井下探测的一种有效的地震勘探方法．本文回顾了地震槽波勘探研究的发展概况，并基于地震槽波在煤层中传播的物理特征和影响煤层中地震槽波传播等主要因素，对地震槽波动力学特征方面已经开展的物理模拟和数值模拟工作进行了综合阐述，进而指出了地震槽波勘探存在的理论问题、应用难题和可能的发展方向．关键词 地震槽波，频散，煤层厚度，物理－数学模拟，动力学特征ｄｏｉ：１０．６０３８／ｐｇ２０１３０２５０ 中图分类号 Ｐ６３１，Ｐ３１５ 文献标识码 Ａ收稿日期 ２０１２－０７－２０； 修回日期 ２０１２－１０－１１． 投稿网址 ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ基金项目 国家自然科学基金重点项目（４１１３０４１９）资助．作者简介 皮娇龙，女，１９８８年生，博士研究生，主要从事地球物理学与地球动力学研究．（Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｉｊｉａｏｌｏｎｇ＠ｍａｉｌ．ｉｇｇｃａｓ．ａｃ．ｃｎ）＊通讯作者 滕吉文，男，１９３４年生，教授，研究员，博导，中国科学院院士，主要从事地球物理学和地球动力学研究．（Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｗｔｅｎｇ＠ｍａｉｌ．ｉｇｇｃａｓ．ａｃ．ｃｎ）Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ ａｎａｌｏｇｕｅ－ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｉｎ－ｓｅａｍ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰＩ Ｊｉａｏ－ｌｏｎｇ１，２， ＴＥＮＧ Ｊｉ－ｗｅｎ１＊， ＹＡＮＧ Ｈｕｉ １， ＬＩＵ Ｇｕｏ－ｄｏｎｇ３， ＬＩ Ｊｉａｎ－ｘｉｎ４， ＬＩ Ｓｏｎｇ－ｙｉｎｇ４（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ；３．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ；４．Ｈｅｎａｎ Ｙｉｍａ Ｃｏａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，ＬＴＤ，Ｙｉｍａ ４７２３００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｏａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｌｗａｙｓ ｓｕｆｆｅｒｓ ｈｕｇｅ ｆｉｎａｎｃｉａｌ ｌｏｓｓｅｓ ａｎｄ ｃａｓｕａｌｔｉｅｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｔｅｃｔｏｎｉｃｓａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｂｎｏｒｍａｌ ｂｏｄｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ，ａｎｄ Ｉｎ－Ｓｅａｍ Ｓｅｉｓｍｉｃ（ＩＳＳ）ｉｓ ａ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｎｓ ｔｏ ｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｐｒｅｄｉｃｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｓｅｉｓｍｉｃ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｓ ｓｅｉｓｍｉｃ ｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅ，Ｗｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ａｎａｌｏｇｕｅ－ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｉｎ－ｓｅａｍ Ｓｅｉｓｍｉｃ．Ｔｈｅｎ ｗｅｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｏｆ ＩＳＳ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅ ｐｒｏｇｎｏｓｉｓｅｄ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｕｔｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅ，ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ａｎａｌｏｇｕｅ－ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ２期皮娇龙，等：地震槽波动力学特征物理－数学模拟及应用进展０ 引 言我国是世界产煤大国，又是煤炭资源总量最多的国家之一，同时也是世界上最早发现和使用煤炭的国家［１］．煤炭做为我国当前的主体能源，在一次性能源结构中占７０％左右的比例，且在未来相当长时期内，煤炭作为主体能源的地位不会改变，因而煤炭工业仍将在长期内成为关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业．截止２０１０年底，全国煤炭保有查明资源储量约１３４１２亿吨，比２００５年增加近３０００亿吨．同年，即２０１０年，全国煤炭产量为３２．４亿吨，其中１４个大型煤炭基地产量达２８亿吨，占全国煤炭总产量的８７％［２，３］．然而，国内大型煤炭基地煤盆地的储煤盆地在地质史上基本上都经受过多期次、多类型和大强度大地构造运动的改造和叠加，不仅“先天性”条件较差，多变的大地构造格局造就了复杂的煤矿地质开采环境，而且井下煤炭的生产条件和突发的井下灾害事件更增加了煤矿安全生产的难度，在煤矿开采过程中常因遇到未被探明的异常地质体（如断裂、采空区水体、应力集中和煤层厚度变化等）导致开采进程和技术上的复杂化、开采成本增加、可开采煤炭储量降低，进而诱发灾难性事故，甚至威胁到井下作业开采人员的生命安全，并造成巨大经济损失和重大的人员伤亡事故［４］．２００８年９月２１日，河南省郑州市登封市郑州广贤工贸有限公司新丰二矿发生特别重大煤与瓦斯突出事故，造成３７人死亡、７人受伤，直接经济损失１７６６余万元．２０１０年３月２８日，华晋焦煤有限责任公司王家岭矿发生特别重大透水事故，共造成３８人死亡、１１５人受伤，直接经济损失达４９３７万元．２０１１年１至９月，全国煤业矿工发生死亡事故８２９起，死亡１４１９人．因此，在大型煤矿煤炭在开采之前，清晰探明断层、尖灭等小幅度的地质构造体以及采空区储水等井间特征对煤矿的开采进度、储量估计、危害评价和矿井水体突发等均具有至关重要的作用．与煤矿常用的地面地震勘探相比，煤矿井下地震槽波具有如下特点：地震波传播距离短，不受地表低速带影响，震源激发频率高（一般１００～１０００Ｈｚ），接收点和震源点都能接近探测目标，且接收到的地震记录频率高（是地面地震记录频率的十几倍到几十倍）、能量强、信噪比高，同时接收波类型多且波形复杂，散射波能量强，能够实现透射波、绕射波、散射波、导波、折射波、转换波和反射波等多类型波的高分辨成像［５，６］．显然煤层内地震槽波勘探、反演和资料解释在这个过程中则有着不可比拟的效应．１ 煤层地震波勘探及波场特征１．１ 地震槽波勘探研究发展概况煤层间地震勘探（ＩＳＳ）是利用在煤层（作为低速波导）中激发并传播的导波来探查煤层内的地质异常体［７，８］．当在煤矿井下巷道或工作面上进行采掘工作时，沿煤壁顺煤层安置震源及检波器，然后按地面地震勘探的反射波法旋转９０°，以便从水平方向探测煤层中存在的断层等不连续体，即使落差不大的断层在横向上都存在明显的波阻抗差异，于是就有足够的反射能量返回到检波器以记录下反射波；否则，它将沿煤层一直传播下去，而布置在另一巷道中的检波器则可接收透射波记录［９］．１９６３年德国的Ｋｒｅｙ［１０］从理论和实践上证明了煤层中槽波的存在，并率先指出可利用槽波来确定煤层中地质异常体，地震波场表明：波在岩层－煤层－岩层的介质中传播会形成槽波，且槽波传播时只会形成有限的几种模式；最重要的是槽波有着很强的频散特性．基于此，一系列现场实验、数值模拟和物理模拟等方面的工作得以开展．７０年代中期，德国和英国首先开始了对槽波的大规模研究，随后，美国和澳大利亚也开始了相关研究．在中国这种煤层岩相构造均十分复杂的情况下开展槽波地震勘探研究有着特别重要的意义，但起步较晚，开始于１９７７年底［１１］．１９９５年Ｅｖｉｓｏｎ［１２］首次在新西兰煤矿２ｍ厚的煤层中记录到传播距离达到１００ｍ以上的槽波，并预测槽波在煤层的勘探中将会有很重要的应用前景．鉴于煤层特殊的物理性质，在实际工作中，采用煤层间槽波微震法－ＩＳＳ（Ｉｎ－Ｓｅａｍ Ｓｅｉｓｍｉｃ）具有重要作用．Ｒｅｃｔｏｒ［１３］曾预言，井间地震的未来是光明的，没有哪一项技术能像井间地震这样，可以刻划有关目标层位如此高分辨率、高精度的图像．１．２ 槽波的形成及分类煤层与周围岩层介质，即顶板和底板具有显著的物性差异，这些差异主要体现在弹性纵波和弹性横波在煤层和围岩的速度以及煤层和围岩密度的不同，故在理念上将煤层视为一个典型的低速夹层，在物理上构成一束“波导”．当煤层中激发了体波（包括纵波与横波）后，激发的部分能量在传播中由于煤层顶、底板均为强速度差异界面，故产生的多次全反射９５９地球物理学进展 ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ ２８卷 波被禁锢在煤层及其邻近的岩石中，而不向外侧围岩辐射，且在煤槽中相互叠加、相长干涉，形成一组能量相当强的干涉扰动，呈现出槽波波场的特征［９，１４］．槽波传播距离远、能量强、波形特征易于识别，具有明显的频散特征，在槽波形成过程中，煤层和围岩介质的波速和密度大小之间的相对关系，要比其绝对值更显重要．按物理构成及极化特征划分，槽波可分为Ｌｏｖｅ（ＳＨ）型槽波（也作Ｅｖｉｓｏｎ波）和Ｒａｙｌｅｉｇｈ型槽波（也作Ｋｒｅｙ波），图１给出了两种波的传播方式．显然，槽波实际上就是由体波在煤层中形成的干涉波，即层间面波．这一相长干涉则导致了群速度在局部地带呈现出极小值和极大值，形成了能量强的波列振幅，即Ａｉｒｙ震相［１５］．Ｌｏｖｅ槽波和Ｒａｙｌｅｉｇｈ槽波的相速度界于煤层和围岩的剪切波速度之间［９］，它们在煤层中达到最大振幅，但是在顶板和底板中导波振幅则随着与煤层的距离大小按指数方式迅速衰减［１６］．这种衰减依赖于波长和频率，频率越高则衰减越快，故煤层中的能量比例亦会随着频率的增加而增大．完整的（包含正常模式和泄漏模式）Ｌｏｖｅ槽波波列是所有干涉波的叠加，而Ｒａｙｌｅｉｇｈ槽波则是由在煤层－围岩边界Ｐ波和ＳＶ波的反射波及折射波相长干涉的结果，具有多个临界角．无泄漏模式的Ｒａｙｌｅｉｇｈ槽波中只存在于围岩的切变速度大于煤层的膨胀速度时，但这种情况并不常见，因而实际接收到的槽波以Ｌｏｖｅ波为主，Ｒａｙｌｅｉｇｈ波不太发育．因此不少学者利用Ｌｏｖｅ槽波的透射特性来发现煤层中诸如断层、采空区和煤层减薄带（尖灭层）等地质异常体开展研究［１３，１７，１８］．图２描述了弹性波在煤层－岩层界面处的各类射线路径，当入射角大于临界角时反射波会产生全反射现象．当入射波为ＳＨ波时，在煤层中会由于多次反射而形成ＳＨ型槽波（Ｌｏｖｅ ｗａｖｅ），其相速度的大小取决于入射角的大小．图中三个区域分别表明；Ａ为泄漏区，其中０＜φｓ＜φ＊ｓ，Ｂ和Ｃ正常区，其中φ＊ｓ≤φｓ≤π／２．由于波的入射角小于临界角，故有一部分波能量透过煤层界面折射出去，另一部分则仍在煤层界面处反射．Ｂ区和Ｃ区波的入射角等于或大于临界角，波在煤层界面处产生全反射，波在Ｃ区叠加并最终在煤层中形成槽波．槽波在煤层中的能量不易耗散，所以传播距离较远．前人对槽波的研究涉及了槽波的基础理论、频散现象和频散提取等特征，且利用数值分析的方法图１ 槽波类型及质点振动（Ｋｒｅｙ，１９７６［１６］）Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅａｍ ｗａｖｅａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｍｏｔｉｏｎ［１６］计算讨论了槽波在各种煤层厚度下的吸收与频散关系、频散曲线、振幅－深度分布关系等，模拟了槽波在煤层中的传播情况和在各向异性介质中能量吸收以及对槽波信息的综合利用等，如延迟求和、模式转换、自适应延迟求和与修正共深度点叠加等分析槽波的方法以及标注断层的位置；进而讨论煤层槽波的泄漏模式［１９］，以通过不同的观测布置方案对所记录的槽波数据进行解析以及确定断层或不连续带的位置．这些微震数据主要包括透射和反射数据，其中利用分析反射数据的方法探测不连续界面较为有效．然而，槽波在煤层中的传播速度在很大程度上依赖于其频率，这种明显的频散特性势必会影响到精确的确定槽波在煤层中的传播速度．德国约２００个煤矿的槽波探测对煤层中断层的研究成果表明：利用反射槽波探测断层的成功率可达６６％，利用透射槽波探测断层的成功率则近８３％［１４］．一般而言，反射波方法探测的距离通常为煤层厚度的１２０倍，而透射法探测距离则能达到煤层厚度的３００倍［１０］．１．３ 地震槽波在煤层中传播的物理特征１．３．１ 槽波的频散特征构成合成脉冲的各个谐波分量都具有各自不同的速度，合成振动的波形在传播过程中将不断变化、波列不断被拉长，这种由于速度随频率的变化引起０６９ ２期皮娇龙，等：地震槽波动力学特征物理－数学模拟及应用进展图２ Ｌｏｖｅ型槽波形成过程［１４］Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｏｖｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅ［１４］的波形畸变称为频散．槽波最大的特点之一便是频散，其频散现象主要由煤层特殊的结构所导致，如煤层及其相邻地层各自的厚度和密度及体波速度．煤层和围岩的滞弹性对槽波频散的影响通常可以忽略，密度比的改变对频散曲线的形状影响同样也很小．频散信号的波形依赖于震源的频谱、炮检距和煤层结构的频散特征，从而对槽波的频散和吸收特征进行分析和研究可得到煤层和周围地层的构造特征及煤层厚度等信息．由于Ｌｏｖｅ槽波的数学模型容易建立，并且易于用数值分析的方法求解，前人的大部分工作都是以Ｌｏｖｅ槽波为模型．对于槽波的频散特性，前人主要是从频散曲线方程出发，来研究煤层的弹性性质、煤层厚度和围岩等因素对槽波频散特性的影响．Ｂｕｃｈａｎａｎ［７］导出了Ｌｏｖｅ型槽波的“单模式”频散方程：ωｎｑｃｎｄ＝ｔａｎ－１μｒｑｒｎμｃｑ（）ｃｎ＋π２．（１）其中：ｎ＝０，１，２，３…为模式阶次参数，ｑｃｎ＝（β－２ｃ－ｃ－２ｎ）１２，ｑｒｎ＝（ｃ－２ｎ－β－２ｒ）１２．同时，他还给出了截止低频的表达式：ωｎ０＝ｎπ２ｄ（β－２ｃ－β－２ｒ）１２，ｎ＝０，１，２，…．（２）截止低频是对称岩层－煤层－岩层层序中基阶Ｌｏｖｅ型槽波的特征传播，其大小与煤层厚度和煤层和围岩的剪切波速度有关．Ｒａｄｅｒ ｅｔ ａｌ．［２０］利用相位递归算法建立了多个水平层状结构下ＳＨ型槽波的图３ Ｌｏｖｅ型槽波和Ｒａｙｌｅｉｇｈ型槽波的前三个对称模式的相速度和群速度的频散曲线［２１］Ｆｉｇ．３ Ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｇｒｏｕｐ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅｆｉｒｓｔ ｔｈｒｅｅ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｏｖｅ ｓｅａｍ ｗａｖｅ（ａ）ａｎｄｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｓｅａｍ ｗａｖｅ（ｂ）ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｅ ｓｅａｍ［２１］１６９地球物理学进展 ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ ２８卷 频散曲线方程，计算了Ｌｏｖｅ型槽波在均匀、水平和各向同性煤层介质中传播时的频散曲线并描述了槽波激发的基阶和第一高阶下的波形．Ｄｒｅｓｅｎ［２１］得到了简单煤层模型中Ｌｏｖｅ型槽波和Ｒａｙｌｅｉｇｈ型槽波的前三个对称模式的相速度和群速度的频散曲线．Ｐｅｔｅｒｓｏｎ［２２］的研究表明；Ｒａｙｌｅｉｇｈ型槽波的频散曲线形状依赖于煤层和围岩材料参数的绝对值，而Ｌｏｖｅ型槽波的频散曲线只与煤和围岩的密度之比和剪切波速度之比有关．比值越小，频散越少，比值越大，Ａｉｒｙ相频率越高，就有更多的能量围陷在煤层中．Ｄｒｅｓｅｎ（１９８５）［２１］的研究表明；槽波的相速度总是介于围岩与煤层之间的横波速度，随着频率的升高而逐渐降低，群速度小于相速度，不同的振型对应着不同的频散曲线与不同的截止频率和频带范围．Ｒａｙｌｅｉｇｈ型槽波的群速度曲线存在１个以上的极值点，它们分别对应于槽波波列上的Ａｉｒｙ震相，如图３所示，图中βｒ和βｃ分别代表围岩中的横波速度和煤层中的横波速度，ｆ为频率，２ｄ为煤层厚度．煤层厚度变化对Ｌｏｖｅ波频散曲线影响明显［２３，２４］，随着煤层厚度的增大，Ｌｏｖｅ波所含主要频段向低频偏移，围岩与煤层速度差异越大，Ｌｏｖｅ波频散越强烈．Ｄｏｂｒｏｋａ［２５，２６］运用ＷＫＢ方法，同时用常数Ｑ模型描述滞弹性摩擦，推导出了在厚度变化的煤层中传播的Ｌｏｖｅ波的复杂频散关系和位移函数，给出了吸收－频散关系的数值解．他认为，在不同频率范围内，煤层厚度的变化影响Ｌｏｖｅ波的相速度和吸收系数，探测煤层厚度变化的最佳处应在平均Ａｉｒｙ震相频率处，而且煤层厚度变化的均匀导波结构与煤层厚度不变时的水平非均匀导波结构存在一致性．值得注意的是，底部粘土、夹矸层以及冲蚀带的存在均会对槽波频散曲线有着显著影响［１９，２７，２８］．与前人［１３］采用Ｓｎｅｌｌ定理推导相速度频散方程不同，杨真［２９，３０］采用波矢连续做为边界条件；其求得的相速度频散方程为ｔａｎ ２πｆｄ１β２－１ｃ槡（）２＝μｒｆ１ｃ２－１β２ｒ槡ｆμｃ１β２－１ｃ槡２．（３）其结果与前人得到的结果相一致，并且，根据相速度与群速度的关系，他进一步得给出了群速度的频散方程： ｖｇ＝ｃ１－２πｆｃｓｅｃ２２πｆｃｄｃ（）β２槡（）－１×ｃ（）β２槡（）－１ｔａｎ２πｆｃｄｃ（）β２槡（）－１×１ｃ（）β２－１＋１１－ｃβｒ（）ｆ烄烆烌烎２＋ｃ２２πｆｄｃｓｅｃ２２πｆｃｄｃ（）β２槡（）－１β２ｃ（）β２槡烄烆烌烎烄烆烌烎－１．（４） 式（３）和式（４）中ｒ，ｃ和ｆ分别代表煤层的顶板（ｒｏｏｆ），煤层（ｃｏａｌ ｓｅａｍ）和煤层的底板（ｆｌｏｏｒ）．βｒｆ为Ｓ波在岩层中的速度，β为Ｓ波在煤层中的速度，ｃ为所求相速度，２ｄ为煤层厚度，ｆ为频率，μｒｆ和μｃ分别代表煤层的顶、底板的剪切模量和煤层的剪切模量，ｖｇ代表群速度．Ｋｎｏｐｏｆｆ方法和δ－矩阵法在地震学中广泛用于沿地球表面的平面波的传播．它们也适用于浅煤层模型．Ｐｅｔｅｒｓｏｎ［２２］运用基于δ－矩阵技术设计的算法研究了不同浅煤模型中的频散特征．Ｄｕｎｋｉｎ［３１］运用Ｈａｓｋｅｌｌ方法得到了厚煤层中Ｒａｙｌｅｉｇｈ波的频散方程的解．Ｋｅｎｎｅｔｔ［３２］发展了在分层介质中表面波和槽波的传播理论，这一理论将传播矩阵法与递归算法联系起来，描述了表面波和槽波频散计算密切关系．Ｂｕｃｈａｎａｎ［３３］导出了对称和非对称模型下的Ｌｏｖｅ型槽波和Ｒａｙｌｅｉｇｈ型槽波的振幅－深度分布．Ａｒｎｅｔｚｌ ａｎｄ Ｋｌｉｎｇｅ［１４］给出了简单煤层模型中，基阶Ｌｏｖｅ型槽波在不同频率下的相对振幅－深度分布图（图４）．如图中所示，频率越高，就有越多槽波的能量围陷在煤层中．这是槽波高频部分重要的实际意义的所在．１．３．２ 地震槽波在煤层中传播时的衰减除了频散特性之外，槽波在沿煤层及邻近岩层中传播时，其能量具有不断衰减的特征，这主要与波前扩散、频散和介质的非完全弹性吸收等因素有关，也与在煤层中的异常体上的反射、透射乃至辐射等因素相关．煤层和围岩实际介质并非理想的完全弹性介质，而槽波频率又常高达５００～１０００Ｈｚ以上，因此煤层介质对槽波的吸收作用是不能忽略的．２６９ ２期皮娇龙，等：地震槽波动力学特征物理－数学模拟及应用进展图４ 基阶Ｌｏｖｅ型槽波在不同频率下的相对振幅－深度分布图（简单煤层模型）［１４］Ｆｉｇ．４ Ｒｅｌａｔｉｖｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ－ｄｅｐｔｈ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｌｏｖｅ ｗａｖｅ ｍｏｄｅｉｎ ａ ｓｉｍｐｌｅ ｓｅａｍ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｅｑｕｎｃｉｅｓ［１４］对于简化的一维槽波传播模型，Ａｉｒｙ相振幅的频散随距离ｘ－１３衰减，而相同槽波模型下其他波组的频散在呈ｘ－１２衰减．因此，在槽波地震观测中Ａｉｒｙ相常被用来探测煤层中的断层，而Ａｉｒｙ相的振幅是Ａｉｒｙ相频率下震源信号振幅谱的一部分．因此，震源信号的频率响应对于记录到的在煤层中传播的Ａｉｒｙ相振幅十分重要．Ｓａｖａｇｅ［３４］分析了与Ａｉｒｙ相相关的波列的频散波形，并指出Ａｉｒｙ相形状取决于Ａｉｒｙ函数和余弦函数的乘积．Ｔｏｌｓｔｏｙ［１３］得到了Ａｉｒｙ相信号的持续时间和群速度曲线的极值点的关系；平缓的群速度曲线对应着一个极少震动的波包，而一个“急剧峰值”的频散曲线和一个长的近乎调和（Ａｉｒｙ相）的波列相关．实际煤层与邻近岩层对槽波能量的吸收效应是由材料或岩石特性所引起，是一个复杂的过程．介质的吸收效应一般可用吸收系数α来描述．煤槽（槽波传播通过的煤层与邻近的岩石层）的吸收衰减与这一介质的吸收特性或品质因子Ｑα值相关．Ｘｉａｏ－Ｐｉｎｇ Ｌｉ［３５，３６］研究了两个板空间简单三层均匀线弹性模型中Ｌｏｖｅ型槽波的吸收－频散关系，并估算了与频率相关的Ｌｏｖｅ型槽波品质因子Ｑα．他假设煤层的品质因子Ｑｓ１和围岩的品质因子Ｑｓ２均为常数，并将复传播函数引入到频散关系中以描述Ｌｏｖｅ型槽波的特征，导出Ｌｏｖｅ型槽波品质因子Ｑα与煤层品质因子Ｑｓ１和围岩的品质因子Ｑｓ２之间的关系：１Ｑα＝ＡＱｓ１＋ＢＱｓ２，（５）其中：Ａ＝１ｑｓｔａｎ（ｋｈη１）１η２１（）－１＋Ｄη１ＶｓＶｓ（）１（）２，Ｂ＝１ｑｓｔａｎ（ｋｈη１）１η２２（）（）＋１，ｑｓ＝ｔａｎ（ｋｈη１）１η２１＋１η（）２２＋Ｄη１，Ｄ＝ｋｈｓｅｃ２（ｋｈη１），η１＝ＶｓＶｓ（）１２（）－１１２，η２＝１－ＶｓＶｓ（）２（）２１２．Ｌｏｖｅ型槽波的品质因子Ｑα，不仅取决于煤层的品质因子Ｑｓ１，而且与围岩的品质因子Ｑｓ２、频率及煤层厚度相关［１３，３４－３６］．Ｘｉａｏ－ＰｉｎｇＬｉ［３５，３６］分析式（５）的解析解指出：在高频端，Ｌｏｖｅ型槽波的能量在煤层中传播，其传播只取决于煤层的物理特性；而在低频端（频率接近于０），Ｌｏｖｅ型槽波的能量在围岩中传播，故在煤层中观测不到槽波．Ｂｕｃｈａｎａｎ（１９８３）［３７］给出了衰减系数α与频率的线性回归方程：α＝（３．４２×１０－３±４．３５×１０－４）＋ｆ（７．６４×１０－５＋２．２７×１０－５），其中ｆ＝ω／２π．相应的每１００Ｈｚ衰减损耗为（０．０９６±０．０２１）ｄＢ／ｍ，每３００Ｈｚ衰减损耗为（０．０２９±０．０２９）ｄＢ／ｍ．如图５所示，在低频端以外，衰减系数α与频率线性相关，图中数据的置信水平为９５％．图５ 衰减系数α（ｗ）的回归线［３７］Ｆｉｇ．５ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｎ ｔｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ［３７］当速度为常数时，基于这一线性频率－衰减关系，Ｌｏｖｅ型槽波的品质因子Ｑα为常数；当速度为频率的函数时，Ｌｏｖｅ型槽波的品质因子Ｑα为非常数．线性衰减法则能够用来解释槽波在传播过程中大部分的衰减耗散，但是当煤层中包含有等厚度的夹矸石层或者煤层厚度发生变化时，在一些特定频率处α（ω）的斜率会发生变化．３６９地球物理学进展 ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ ２８卷图６ 槽波的品质因子及吸收系数［８］（ａ）品质因子；（ｂ）吸收系数Ｆｉｇ．６ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌｗａｖｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ［８］（ａ）Ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅ；（ｂ）Ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ图６反映了不同煤层厚度下Ｌｏｖｅ型槽波的煤槽品质因子和吸收系数与频率的关系，煤槽品质因子Ｑ值曲线与槽波的群速度曲线（图３ａ）形态相似，左支陡，右支缓，在Ａｉｒｙ震相附近具有极小值．高频端比低频端α随ω的升高增长快，而在Ａｉｒｙ震相附近，α随ω有急增的趋势，增长最快．图６（ａ）表明：煤层的品质因子与煤层厚度有关；对于不同的煤层厚度，煤槽品质因子Ｑ值随频率的变化趋势相同，且表现为Ｑ值在较短时间内快速减小，待达到某一极小值后，变化趋于平缓，煤层越厚，Ｑ值随着频率的变化越剧烈．煤层越厚，槽波的吸收系数在低频端的变化越剧烈，当剧烈变化达到某一限值后，吸收系数随频率呈现出线性关系．图７为在含有底粘土的四层滞弹性煤层模型中，基阶Ｌｏｖｅ型槽波的吸收系数与频率的关系．αｃ（ω）、αγ（ω）和α（ω）分别代表煤层的吸收系数，围岩的吸收系数及基阶Ｌｏｖｅ型槽波的吸收系数．在低频端，基阶Ｌｏｖｅ型槽波的吸收系数α（ω）近似于围岩的横波吸收系数αγ（ω）；在高频端，基阶Ｌｏｖｅ型槽波的吸收系数α（ω）近似于煤层的横波吸收系数αγ（ω）．Ｌｏｖｅ型槽波在煤层中的衰减系数和Ｑ值因不图７ 基阶Ｌｏｖｅ型槽波的吸收系数（含底粘土层）［１４］Ｆｉｇ．７ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔα（ｗ）ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌＬｏｖｅ ｓｅａｍ ｗａｖｅ ｍｏｄｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａｎｅｌａｓｔｉｃ ｆｏｕｒ－ｌａｙｅｒｅｄ ｓｅａｍ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｒｏｏｔ ｃｌａｙ［１４］同的煤层厚度、不同的煤层物理特征及不同的地质构造及岩相都会有着不同的变化形态．在实际观测中，煤槽的Ｑ值随煤的类型和产地不同而各异，估计煤槽的Ｑ值一般小于１００．２ 影响煤层中地震槽波传播的主要因素前文的论述可知，地震槽波传播的波场动力学过程不仅具备频散现象，其能量还具有衰减的特征，而且这些物理特性随着煤层厚度和煤层厚度变化等主要因素而呈现不同的动力学响应．不同类型煤的超声速试验测量［３８］亦证实：煤的动力弹性特征与煤级及施加的有效压力相关，煤的热成熟度对煤的动力弹性特征亦有着显著影响．在槽波振幅曲线的形成过程中，煤层与围岩的速度和密度值之间的相对差异要比二者的绝对值大小所带来的影响更大［３９］．２．１ 煤层厚度变化的响应煤层厚度是煤储层的重要几何特征之一，它与煤层稳定性、煤层结构等共同显现出煤储层在三维空间上的展布形式，构成煤层气控气系统中的重要地质因素．煤层厚度及其变化对槽波频散和能量衰减都起到了重要作用．从煤炭开采的角度，可采煤层的厚度可分为５个厚度级：煤厚０．３～０．５ｍ为极薄煤层；０．５～１．３ｍ为薄煤层；１．３～３．５ｍ为中厚煤层；３．５～８．０ｍ为厚煤层；大于８ｍ的为巨厚煤４６９ ２期皮娇龙，等：地震槽波动力学特征物理－数学模拟及应用进展层［４０］；将单层煤厚超过６０ｍ的称之为超厚煤层，也有学者将４０ｍ作为超厚煤层的起点．在地震勘探中，薄层和厚层的划分，与采用的仪器频率响应、分辨率、所使用的方法相关，但没有一个统一的划分界限．但目前多数人仍以λ／４（λ为地震子波的主波长）为界来划分［４１，４２］．２．１．１ 煤层厚度变化与瓦斯的关系瓦斯在煤矿安全生产中具有相当突出的地位，通常认为煤层厚度越大，其中瓦斯生成含量亦越大，当具有良好的瓦斯保存条件时，煤层变厚带一般也是瓦斯富集带，显然煤厚变化大的煤层是造成瓦斯分布不均衡的重要原因．这是因为煤厚变化破坏了瓦斯在煤层中的均衡状态，从而促进了瓦斯的运移和变化．此外，煤厚变化处也往往是地应力发生变化和集中的地方，而故地应力分布与瓦斯分布极为密切．这表明：煤层的埋藏深度越深，煤层中的瓦斯向地表运移的距离就越长，散失就越困难；同时深度的增加也使煤层在上覆压力的作用下降低了透气性，有利于保存瓦斯．琚宜文［４３］指出，煤层流变性常使得煤层厚度发生变化，当巷道采掘近厚薄过渡区时易发生瓦斯突出．一般煤层流变性强，煤层厚度变化显著时，瓦斯突出危险大，强度也较大．煤层中瓦斯（煤层气）的逸散以扩散方式为主，空间两点之间的浓度差是其扩散的主要动力．根据费克定律以及质量平衡原理建立的煤层甲烷扩散数学模型，在其他初始条件相似的情况下，煤层厚度越大，达到中值浓度或者扩散终止所需要的时间就越长［４４］．由于控气地质构造因素的复杂性，使得很多地区煤储层厚度与其含气性之间并无直接因果关系，但在对淮南、邢台、临城、石嘴山等矿区的观测中发现二者之间具有明显正相关趋势．秦勇等［４５］的分析指出：煤储层厚度对其渗透率和含气性具有显著影响．煤层本身就是一种高度致密的低渗透性岩层，上、下部分地层对中部分层起着强烈的封盖作用，煤层厚度越大，中部分层中煤层气向顶底板扩散的路径就越长，扩散阻力就越大，对煤层气的保存就越有利，这也许就是大多数矿区或井下煤层厚度与含气量之间具有正相关趋势的根本原因．刘新荣等［４６］采用煤层厚度、煤厚标准差、煤厚变异系数和煤厚变化的指数等作为煤层厚度及其变化的定量指标，根据某煤矿瓦斯涌出量的测试结果，运用回归分析方法定量探讨了瓦斯涌出量与煤层厚度及其变化之间的关系．研究结果表明：随着煤层厚度及其变化的增大，煤层瓦斯涌出量反而减小，究其原因主要是邻近煤层瓦斯的大量涌出．煤层瓦斯涌出除了与煤层厚度及其变化有关外，还受到其它许多地质条件的影响，其影响因素包括煤岩组成、煤的变质程度、煤层厚度、媒体结构、裂隙系统、煤层的埋藏深度以及围岩性质等，故必须综合分析各种地质条件的影响．但至今这一问题研究的程度还较低，尚难以求得一些量化的标志或认识．２．１．２ 煤层厚度的计算与变化的研究传统的煤层厚度计算是利用钻孔资料的对比与内插获得，这种方法能提供的煤厚资料精度较低．８０年代后期，试用煤层反射波综合特征参数［４７］（包括振幅、能量、能量比）进行煤层厚度估算：根据煤层厚度与反射波振幅或能量成准线性关系，利用反射波振幅参数来估算煤层厚度［４８］；根据薄层理论，采用振幅谱平方比法和谱矩法推导出煤层厚度与反射波频率域参数的近似线性关系直接反演煤层厚度．上述几种方法并没有考虑煤层为厚煤层（煤层合并）时的情况，对不同煤厚与地震属性灵敏度研究还不够，而且都是用某种或几种地震属性参数进行煤层厚度预测，这可能会影响煤层厚度的预测精度．董守华等［４９］针对这一研究缺陷依据地质、地震资料设计了地震地质正演模型，模拟了在煤层缺失、剥失、分叉、合并等情况下反射波振幅、频率等地震属性，还研究了这些属性对不同煤层厚度反映的灵敏度．利用人工神经网络算法在解决一些复杂的、非线性的问题时所具备的优越性，孟召平［５０］和崔若飞等［５１］通过对地震属性的分析、优选，结合已知的钻孔资料预测了煤层厚度，并且对模型进行了误差分析和应用结果的比对分析，反映出人工神经网络模型在煤厚预测中具有好的应用效果．张爱敏等［５２］从弹性波动力学理论出发，研究不同厚度煤层ＡＶＯ特征，设计了几种不同厚度煤层模型，给出了厚度依赖于纵、横波反射、透射系数的关系，指出相位角可作为解释煤厚的辅助参数，力图为煤层厚度预测提供新途径．但由于纵、横波反射、透射等系数随煤厚的变化关系是在一定的理想条件下得出的，因而与实际情况还存在一定的误差．彭苏萍等［５３］用ＡＶＯ探测煤层瓦斯富集时指出；煤层的厚度对ＡＶＯ梯度Ｇ和ＡＶＯ截距Ｐ有明显的影响，其中无量纲梯度Ｇ表示振幅随炮检距变化的快慢，Ｐ即零炮检距处的反射振幅．图中显示：当煤层厚度小于９ｍ（近似λ／４波长）时，Ｇ的绝对值随着煤层的厚度增加而增大；煤层厚度介于９～１４ｍ之间，Ｇ的绝对值随着煤层的５６９。
槽波地震仪Summit ⅡEx组成
槽波地震仪正如前言所述，德国DMT公司研发的新一代防爆槽波地震仪Summit ⅡEx是世界上最先进的槽波地震仪，目前它已销往西班牙、波兰、英国、俄罗斯等欧洲产煤国，并在德国国内得到广泛应用。
我国义马煤业集团和河北煤炭研究院、龙煤集团、中国矿业大学定购了新一代防爆槽波地震仪Summit Ⅱ Ex。
在工作面实测验收结果表明，仪器性能先进、轻便、操作简单，工作非常稳定，观测结果理想。
我国定购的防爆槽波地震仪Summit Ⅱ Ex均已圆满通过“安标国家矿用产品安全标志中心”和“煤炭工业电气防爆检验站”的安全防爆检测，并已获得“进口矿用产品安全标志证书”。
1.Summit Ⅱ Ex 防爆槽波地震仪包括：中心站（主机）数据采集站中继站双分量水平检波器触发单元触发脉冲单元爆炸机（可选用国内矿用爆炸机）数据传输电缆充电器槽波数据处理和解释软件包现简述如下：1）中心站（主机）外壳和键盘均采用不锈钢金属材料，专为井下勘探设计，具有极高安全系数和防爆功能。
15英寸LED背光彩色显示器，四组镍镉防爆可充电电池。
主机控制整个仪器操作，数据采集、管理和实时显示观测结果。
重22Kg。
配置四组防爆可充电电池。
2）数据采集站采集站外壳为导电塑料材质，具极高防爆功能，有2个状态指示灯LED指示采集站工作状态，重2.7Kg。
3）中继站中继站外壳以导电塑料材料。
每250m长测线接一个中继站，用来增强信号信号幅度。
状态指示灯LED代表中继站工作状态。
重2.7kg。
4）双分量水平检波器检波器互为垂直的双分量水平检波器，直径为55mm 。
检波器插入煤层中的孔洞后，用气筒给检波器胶囊充气使其膨胀，以便检波器紧紧的贴在巷道壁上。
在移出检波器时，只需轻轻按下阀门便可释放橡胶囊内部气体。
重3.3Kg 。
5）触发单元当触发单元接收到爆炸信号后，便立即触发数据采集单元和中继站开始记录，重 2.7Kg主机中内置的 USB 接口也具有触发功能，可以代替触发单元。
物探工测试题(含参考答案)
物探工测试题（含参考答案）1、坑透法利用岩矿石的（）不同来进行探测的A、力学性B、磁性|C、电性|答案：C2、PROTEM瞬变电磁仪的动态范围是（）bits.A、27B、28C、29D、30答案：C3、发射时电流过大（大于70mA），仪器发射后显示“error！”需（）。
A、提高电压B、重新砸电极C、接入限流盒D、重新启动仪器答案：C4、瓦斯喷出区域和突出煤层采用局部通风机通风时，必须采用（）。
A、压入式B、抽出式C、混合式D、其它答案：A5、过滤电场的形成是由于（）。
A、岩石颗粒与溶液负离子的选择吸附作B、溶液与矿体之间的电化学作用C、高浓度溶液向低浓度的溶液的扩散答案：A6、瞬变电磁仪二次磁场具有对于高阻体，曲线衰减（）；对含水低阻体呈现为衰减( )的特征。
A、较慢、较快|B、较快、较慢C、较慢、较慢D、较快、较快7、射线和波前的关系是（）A、无关联B、相互平行C、相互斜交|D、相互垂直答案：D8、对共反射点道集记录，经过动校正后，各道反射波的传播时间，都校正成()反射时间。
A、垂直B、标准答案：A9、探放水工打钻过程中（）停风。
A、可以B、不准C、不注意D、及时答案：B10、使用音频电穿透仪探测时，在接收巷道布置M、N电极时，电极一般（）。
A、与巷道平行、不定间距B、与巷道平行、等间距C、与巷道垂直、等间距D、与巷道垂直、不定间距答案：C11、槽波地震施工时，炮点与数据采集站布置在同一巷道内，接收来自工作面内的地震反射信号，属于（）A、透射/反射联合勘探法B、回射槽波勘探法C、反射槽波勘探法D、透射槽波勘探法答案：C12、瞬变电磁操作时，叠加次数应不少于（）次。
A、30B、24D、64答案：A13、采区避灾路线上应当设置压风管路，其中主管路直径不小于（）mm。
A、120B、100C、75D、50答案：B14、井下临时停工的作业地点（）停风。
A、根据瓦斯浓度大小决定B、不得C、可以D、根据时间长短决定答案：B15、关于逆断层，下列说法错误的是( )。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
槽波反射法成像处理软件
2015年1月 版本2.1
槽波地震数据处理解释软件系列ISSPro2015
技术服务
在使用软件过程中，如果您有疑问、需要额外帮助或遇到了疑难
问题，请使用以下信息与我们联系：
为了对软件使用指南的未来版本进行改进，我们希望获取任何您
认为有用的修正、说明或更深入的信息。联系我们时，请附以下信息：
➢ 您所谈及的指南版本与标题
➢ 您所使用的软件版本
➢ 您的名字、单位名称及电话号码
研发团队
目 录
第1章 槽波反射法成像2.1软件界面........................1
第2章 槽波反射法处理....................................2
2.1 处理..............................................2
2.2 数据导出..........................................2
第3章 槽波反射法数据处理实例............................4
3.1 邢台邢东矿区槽波反射实例..........................4
3.2 邢台邢东矿区工作面槽波反射实例....................7
槽波反射法成像使用指南
1
第1章 槽波反射法成像2.1软件界面
槽波反射法成像以预处理后的地震单炮记录为基础数据，在用户导入预处理
完的地震数据后，便可成像。槽波反射法成像软件界面窗口如图1-1所示，其中
剖面的横坐单位为m，纵坐标单位为m。
（a）
（b）
图1-1（a）槽波反射法成像软件界面窗口
（b）槽波反射法成像软件成像后界面窗口
槽波反射法成像使用指南
2
第2章 槽波反射法处理
2.1 处理
在“文件”菜单项下，点击“导入sgy文件”后，点击“处理”菜单下的“处
理”子项，弹出“反射处理”对话框，输入参数后，点击“开始”便进入处理流
程。用户无需关心处理流程的细节，只需等待，直到出现处理结果。
2.2 地震剖面的再处理
在2.1处理完后，如果用户想要对处理的结果进行修饰，可进行“处理”菜
单下的“滤波”、“混波”、“显示”三项处理。
滤波：“滤波”功能详见“槽波地震数据预处理软件”中的“滤波”功能；
混波：见图2-1，用户可选择3道混波、5道混波处理。
图2-1 混波处理对话框
显示：“显示”功能详见“槽波地震数据预处理软件”中的“显示设置”；
2.2 数据导出
用户在处理完以后，可将当前处理的结果保存为文件，分为：地质剖面文件
和地震数据文件。
地质剖面文件：点击“文件/导出地质剖面”菜单项，弹出图2-2所示对话
框，输入参数信息后点击“确认”按钮，可将处理结果导出为bmp文件和txt文
件。在txt文件中，按提示在AutoCAD操作，可将bmp文件按实际坐标和大小与
AutoCAD中的工作面进行匹配。
槽波反射法成像使用指南
3
图2-2 处理结果导出地质剖面文件对话框
sgy文件：点击“文件”菜单下的“导出sgy文件”子项，即可把当前的处
理结果，保存为sgy格式地震数据文件。
槽波反射法成像使用指南
4
第3章 槽波反射法数据处理实例
3.1 邢台邢东矿区槽波反射实例
1、井下采掘工程图和巷道实际揭露情况
槽波反射法成像使用指南
5
2、部分单炮记录
Shot 12
Shot18
槽波反射法成像使用指南
6
3、处理结果与揭露断层的吻合
槽波反射法成像使用指南
7
3.2 山东兖矿工作面槽波反射实例
1、采掘工程图和三维地震勘探解释断层
槽波反射法成像使用指南
8
2、典型单炮记录
Shot2
槽波反射法成像使用指南
9
3、槽波反射法处理结果