跨孔地震CT層析成像系統(tǒng)在煤層采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

李白業(yè)

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì),新疆烏魯木齊 830091)

跨孔地震CT層析成像系統(tǒng)在煤層采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

李白業(yè)

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì),新疆烏魯木齊 830091)

跨孔地震層析成像,是基于彈性波速差異,根據(jù)測(cè)出的差異數(shù)據(jù),利用2個(gè)既有鉆孔,在激發(fā)孔由深到淺依次激發(fā)地震波,在接收孔和地面同時(shí)接收由激發(fā)孔傳遞來(lái)的信號(hào),然后在室內(nèi)使用專用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理,最后得到所需的孔間地質(zhì)異常。通過(guò)跨孔波速測(cè)試,對(duì)測(cè)區(qū)的不良地質(zhì)情況可以有較全面的認(rèn)識(shí),通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)資料的全面解析,可以發(fā)現(xiàn)在測(cè)區(qū)各測(cè)試孔間均存在得不同程度的采空區(qū)等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

跨孔地震CT 采空區(qū) 勘查

跨孔地震CT(簡(jiǎn)稱地震CT)層析成像，是基于彈性波速差異，根據(jù)測(cè)出的差異數(shù)據(jù)，利用2個(gè)既有鉆孔(一個(gè)孔作為激發(fā)孔，一個(gè)孔作為接收孔)，在激發(fā)孔由深到淺依次激發(fā)地震波，在接收孔和地面同時(shí)接收由激發(fā)孔傳遞來(lái)的信號(hào)，將每次采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，然后在室內(nèi)使用專用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，最后得到所需的孔間地質(zhì)異常。

跨孔法是由美國(guó)土動(dòng)力學(xué)專家Woods等1972年提出的。它既能用來(lái)測(cè)定P波，也可用來(lái)測(cè)定S 波，適合于任何地層。試驗(yàn)時(shí)，若孔距和測(cè)點(diǎn)位置選擇恰當(dāng)，該法可測(cè)定低速軟弱夾層的波速?？缈追ㄋ哂械膬?yōu)點(diǎn)使它一經(jīng)提出就受人們的重視，現(xiàn)在已作為一種比較完備的勘測(cè)方法在大中型工程中廣泛應(yīng)用?？缈自囼?yàn)儀器設(shè)備包括振源、檢波器、觸發(fā)器、放大器和記錄儀等。

1 跨孔地震波速測(cè)試的基本要求

(1)對(duì)鉆孔的要求：鉆孔深度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求；鉆孔內(nèi)徑不小于80mm，鉆孔直徑應(yīng)保證振源和檢波器能順利地在孔中或套管中上下移動(dòng)；鉆孔要有護(hù)壁，最好使用PVC材料的套管或鋼管作為套管，保證在測(cè)試過(guò)程中測(cè)試設(shè)施能到達(dá)預(yù)定的測(cè)試深度，并保證不塌孔；鉆孔內(nèi)注滿泥漿或水，保證信號(hào)在均勻介質(zhì)內(nèi)傳導(dǎo)；鉆孔要求垂直，沒有傾斜。

(2)對(duì)測(cè)試場(chǎng)地的要求：要求測(cè)試區(qū)域地形相對(duì)平坦；激發(fā)孔與接收孔間距不大于100米；場(chǎng)地附近沒有明顯的振動(dòng)干擾。

(3)對(duì)激發(fā)信號(hào)的爆炸裝置的要求：采用炸藥爆炸震源，炸藥震源的激發(fā)特點(diǎn)是具有好的脈沖特性、頻帶寬、高頻成分豐富、藥量大、信號(hào)頻率低、視周期大。激發(fā)通常在潛水面或低速帶以下激發(fā)。炸藥使用能夠防水的乳化炸藥，用瞬發(fā)電雷管引爆。

(4)對(duì)信號(hào)接收器的要求：接收孔內(nèi)使用多級(jí)系列檢波器、地面使用100Hz檢波器；要求檢波器有很好的一致性、有較高的靈敏度；采集數(shù)據(jù)的儀器有較高的靈敏度、有較高的頻帶寬度和動(dòng)態(tài)范圍。

2 測(cè)區(qū)地質(zhì)概況

在整個(gè)測(cè)區(qū)，地質(zhì)工作者做了大量的地質(zhì)調(diào)繪工作，也布置了大量的工程地質(zhì)鉆探工作，為測(cè)區(qū)地質(zhì)探查提供了保障。

測(cè)區(qū)主要地層：地表覆蓋層以雜填土為主，厚度為3～25m左右，雜填土的成份主要為卵礫石、混泥土建筑垃圾、生活垃圾、煤渣、粉土等；覆蓋層以下的地層主要為砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂礫巖、煤巖、煤層。測(cè)區(qū)不良地質(zhì)主要為煤層采空區(qū)、采空塌陷、軟弱地層等。

3 野外工作布置

在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，按指定的鉆孔孔位布置觀測(cè)系統(tǒng)。在激發(fā)孔設(shè)置爆炸裝置，在地面和接收孔內(nèi)同時(shí)設(shè)置信號(hào)接收器(檢波器)。埋設(shè)地面檢波器的目的是為了接收到更豐富的來(lái)此激發(fā)孔內(nèi)的信息，達(dá)到綜合測(cè)試和解析的目的。一般情況下地面檢波器道間距選擇為2～2.5米，井中檢波器道間距2.5～5米。

在每一次測(cè)試前，首先量測(cè)指定鉆孔之間的實(shí)際距離、鉆孔深度、水位，大致了解孔內(nèi)是否有坍塌情況，明確激發(fā)裝置或接收裝置能到達(dá)的實(shí)際深度和孔內(nèi)實(shí)際水位，如果量測(cè)的實(shí)際深度與設(shè)計(jì)深度差異較大，就必須先透孔，最大地滿足測(cè)試要求；如果發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)有障礙物，孔內(nèi)激發(fā)裝置和接收裝置無(wú)法達(dá)到預(yù)定深度，要求采用一系列措施透孔，當(dāng)基本符合測(cè)試條件后再開始測(cè)試。如果量測(cè)的實(shí)際水位，不能滿足測(cè)試要求，就從地面向孔內(nèi)注水，盡可能地將孔內(nèi)注滿水，以便取得良好的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

4 跨孔地震CT層析成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

對(duì)野外采集的跨孔地震波速測(cè)試數(shù)據(jù)，在室內(nèi)使用符合要求的數(shù)據(jù)處理軟件Pickwin、Plotrefa、Surfer等專用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理分析。

跨孔地震CT層析成像數(shù)據(jù)處理是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，有大量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理和計(jì)算。處理流程及基本過(guò)程如下：對(duì)野外記錄進(jìn)行初步判斷和分析-獲得時(shí)距曲線記錄-建立地層速度模型分別進(jìn)行孔－孔、孔－地面初步反演。

5 跨孔地震層析成像成果資料分析

通過(guò)跨孔波速測(cè)試，對(duì)測(cè)區(qū)的不良地質(zhì)情況可以有較全面的認(rèn)識(shí)，通過(guò)對(duì)測(cè)區(qū)資料的全面解析，發(fā)現(xiàn)在測(cè)區(qū)各測(cè)試孔間均存在不同程度的塌陷，塌陷的深度、程度、規(guī)模、形態(tài)、平面位置都有所不同。

在測(cè)試中選取的6對(duì)鉆孔中，部分區(qū)域均發(fā)現(xiàn)了異常區(qū)域。在ZK01-02孔間的異常區(qū)，圈定兩處低速區(qū)：深度分別位于23－25米處及72－90米處，速度為240～800m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK03-04孔間的異常區(qū)，圈定兩處低速區(qū)：深度分別位于30－45米處及55－90米處，速度為240～800m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK05-06孔間的異常區(qū)，圈定一處低速區(qū)：深度位于55－63米處，速度為210～700m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK07-08孔間的異常區(qū)，圈定兩處低速區(qū)：深度分別位于39－42米處及64－68米處，速度為210～700m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK09-10孔間的異常區(qū)，圈定兩處低速區(qū)：深度分別位于38－42米處及85－92米處，速度為400～800m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK11-12孔間的異常區(qū)，圈定兩處低速區(qū)：深度分別位于32－43米處及50－69米處，速度為400～900m/s，推斷為空洞或塌落體。

6 建議

為了對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)的不良地質(zhì)有更全面、更清楚的認(rèn)識(shí)，還需要對(duì)測(cè)區(qū)的地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)鉆探、地面物探、井中各種測(cè)試等資料進(jìn)行綜合分析，結(jié)合跨孔波速測(cè)試資料，進(jìn)行點(diǎn)、線、面、孔立體綜合評(píng)價(jià)。對(duì)類似問(wèn)題，應(yīng)再補(bǔ)充部分跨孔波速測(cè)試孔的資料，以達(dá)到三維解析的條件，進(jìn)行三維成圖。必要時(shí)應(yīng)布置部分鉆探驗(yàn)證孔對(duì)塌陷區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證。

如果能充分利用鉆孔，進(jìn)行連續(xù)斷面測(cè)試，會(huì)取得更好測(cè)試效果，會(huì)對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)有更深層次的認(rèn)識(shí)。

李白業(yè)(1983.10—),男,青海樂都縣人,工程師,現(xiàn)供職于新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì),主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)工作。