第三讲槽波地震勘探.ppt

槽波地震勘探一、引言二、槽波1.槽波的形成2.井下槽波勘探中记录到的地震波3.勒夫波频散分析和速度成像三、槽波勘探方法与应用实例1.槽波勘探方法2.透射法勘探实例3.反射法勘探实例4.透射/反射法联合勘探实例四、槽波地震仪1.SummitⅡEx防爆槽波地震仪2.SummitⅡEx主要技术指标3.SummitⅡEx主要特点五、井下槽波勘探过程1.勘探方案设计2.施工前准备3.施工布置4.施工六、河南义马煤业集团槽波地震勘探1.仪器组成2.现场验收3.义安煤矿11061工作面槽波勘探成果一、前言早在一九五五年，F.F.艾维逊就对槽波用于采煤业的可行性做了预见性的肯定。但直到一九六三年才由T.C.克雷正式发表关于槽波在煤层中的传播模式理论。经过四十多年世界若干个研究团体的努力，槽波方法已经发展成为一种最有效的、实用性较强的煤田井下“槽波地震勘探技术”（ISS）。目前“槽波地震勘探技术”已在德国、英国、澳大利亚、美国、波兰、西班牙、俄罗斯、匈牙利等国获得较广泛应用。国内中国矿业大学刘天放教授可以说是开创了槽波地震勘探先河，在上世纪80年代中期留学德国进行槽波地震勘探技术学习并于1994出版了一本《槽波地震勘探》专著。我国河南义马煤业集团和河北煤炭科学院在2010年分别从德国DMT公司引进槽波地震仪。义马煤业集团首次应用就获得了意想不到的结果。槽波又称之为导波或煤层波。槽波在煤层中激发，通过同一煤层传播、衰减和反射，并在同一煤层中被接收。由于煤的密度和弹性波传播速度一般小于顶、底板的速度，所以在煤层内激发的弹性波大部分能量不能向煤层外部传播，总是在两个界面（煤层顶板和底板）之间反射和混响，从而形成一种特殊的弹性地震波——槽波。井下槽波勘探精度高，可发现尺寸1-2m或更小的地质异常和断距为煤厚1/3的断层。槽波探测距离大，透射槽波探测距离为煤厚的300倍；反射槽波探测距离为煤厚的100倍。槽波可以解决一下问题二、槽波1.槽波形成上图描述的槽波形成过程是：煤层内炮点产生的地震波，向顶、底板传播：在A区由于地震波的入射角小于临界角，所以一部分能量透过顶、底板向围岩中泄露，而另一部分能量反射回煤层内部，A区称为泄露区。在B区和C区入射角大于临界角，地震波在顶、底板界面上被全反射和全折射回煤层之中，这些反射和折射回煤层之中地震波，在C区内相互叠加混响形成槽波。由于槽波是由不同类型和频率的地震波叠加而成，所以槽波的传播速度是频率的函数，槽波是频散波。由于槽波被限制在煤层之中，所以在煤层中能传播很远，但槽波与煤层厚度有关，煤层越薄，槽波频率越高，传播距离越短。2.井下槽波勘探中记录到的地震波图3井下槽波勘探记录到的原始地震数据图3表示由X、Y双分量水平检波器在单炮情况下记录到的透射槽波。从图3可见，有两套相似的地震信号，其中一个是X分量信号（左侧），一个是Y分量信号（右侧）。Y分量垂直巷道壁，X分量平行巷道壁。图3记录的是未经动校正的单炮地震信号，共有34个数据采集站和34个X分量检波器（1-34号）及34个Y分量检波器（35-68号）。炮点距离第17个数据采集站最近，也即距17号X分量检波器和52号Y分量检波器最近，因此直达波到达第17个数据采集站的时间最短，向两侧到时逐渐加长，所以图3中的地震信号呈弧形分布。从图3可见，最早到达的是直达P波，震相强，可连续追踪；紧随其后的是直达S波，在X分量中振幅很强，但向两侧减弱；最后到达的是瑞利波震相，振幅强，速度最低；勒夫波震相位于直达S波和瑞利波震相之间，振幅弱。3.槽波地震勘探波场分析4.勒夫波频散分析和速度成像图5是在单煤层情况下勒夫波频散与煤层厚度的关系，可见曲线陡度主要与频率有关，若所选择的分析频率位于曲线的最陡部分，则煤层变化所引起的勒夫波速度变化最明显，也即探测精度越高。图6是在夹矸石存在的情况下，勒夫波的频散曲线分布，即勒夫波频散与夹矸石厚度的关系。可见，勒夫波在中频段（160-380Hz）其波速对夹矸石厚度变化最敏感，因此探测夹矸石厚度变化最好利用此频段的勒夫波速度成像。在给定的频率下对勒夫波进行频散分析后，便可计算在该频率下工作面内各网格点的勒夫波速度值和勒夫波速度成像结果（图7某工作面的勒夫波速度成像图（250Hz））。勒夫波速度成像图是煤层厚度变化和煤层内部各种地质异常体的综合反映，是透射法槽波勘探结果地质解释的主要依据。三、槽波地震勘探方法图8透射法勘探原理2.反射槽波勘探法3.透射/反射联合勘探法四.槽波地震勘探应用实例从图10上图可见，当位于断层左侧的炮点14激发时，各数据采集站均可收到直达P波，而位于断层左侧的采集站1-11仅能接收到瑞利波，但位于断层右侧各采集站由于断层的阻挡收不到瑞利波。从图10下图可见，而当位于断层右侧炮点12激发时，各采集站均可收到直达P波，而位于断层