復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造工作面透射槽波勘探應(yīng)用

邢 燦 宋麗超 王 毅

（山西霍州煤電集團(tuán)技術(shù)研究院，山西 霍州 041000）

霍州煤電集團(tuán)多數(shù)礦井都受到斷層、陷落柱等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的影響，常用的無線電坑透技術(shù)探測(cè)距離近、異常區(qū)范圍大、無法對(duì)地質(zhì)構(gòu)造準(zhǔn)確定位，難以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。槽波地震勘探能夠有效探測(cè)煤層賦存狀況，又能精確探測(cè)煤層中可能存在的斷層、陷落柱、沖刷帶（潛在的導(dǎo)水通道）等異常地質(zhì)體。

本次槽波勘探的勘探范圍為2-206 工作面，主要任務(wù)為探測(cè)2-206 工作面煤層內(nèi)隱伏斷層、陷落柱等分布情況。

1 透射槽波地震勘探原理

槽波地震勘探是利用在煤層中激發(fā)和傳播的導(dǎo)波，以探查煤層中的構(gòu)造分布以及煤層厚度變化情況的一種地球物理方法。采用透射法探測(cè)時(shí)，震源與檢波器排列分別布置在不同的巷道內(nèi)。根據(jù)透射槽波的有無、強(qiáng)弱及運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)，來判斷震源與接收排列間所被射線覆蓋的區(qū)域有無地質(zhì)異常。當(dāng)斷層落差大于煤厚時(shí)，煤層波導(dǎo)被完全阻斷，一般接收不到透射槽波；當(dāng)落差為煤厚的30%～70%時(shí)，煤層波導(dǎo)被部分阻斷，接收到的透射槽波能量相應(yīng)減弱。槽波地震勘探在陷落柱、沖刷帶、斷層、應(yīng)力集中區(qū)及老窯巷道探測(cè)等方面具有良好的應(yīng)用前景。

2 典型工作面透射槽波數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

本次透射槽波勘探，選取霍州煤電集團(tuán)所屬辛置煤礦2-206 工作面作為典型復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造工作面進(jìn)行研究。

檢波器和激發(fā)點(diǎn)布設(shè)：

其中：炮點(diǎn)沿2-206 切巷—2-2061 巷—310 二采區(qū)皮帶巷依次布設(shè)，炮間距30m，共計(jì)20 炮，編號(hào)為P1 ～P20。檢波點(diǎn)沿2-2062 巷—2-206 切巷—2-2061 巷依次布設(shè)，道間距10m。由于2-2062 巷、2-206 切巷構(gòu)造復(fù)雜，在13 道～82 道、88 道～102道加密為5m 道間距，以便于增加射線覆蓋程度，為后期數(shù)據(jù)處理、成果分析提供足夠的數(shù)據(jù)。檢波點(diǎn)共計(jì)135 道，編號(hào)為G1 ～G135。

2-206工作面槽波勘探范圍內(nèi)射線覆蓋較密集，尤其是2-206 切巷附近構(gòu)造發(fā)育區(qū)域，射線覆蓋密集，整體上能夠滿足本次槽波地震勘探的要求。

3 透射槽波數(shù)據(jù)處理分析及成果解釋

3.1 原始記錄分析

在辛置煤礦2-206 工作面槽波地震勘探中，共獲得20 張單炮地震剖面記錄。地震剖面記錄中記錄了直達(dá)P 波、直達(dá)S 波、槽波等地震波。其中，直達(dá)P 波最早到達(dá)檢波點(diǎn)并被采集記錄；直達(dá)S 波的到達(dá)時(shí)間較前者晚；槽波速度最低，其到達(dá)時(shí)間最遲，位于地震記錄的末尾。圖1 所示為P3 號(hào)炮的單炮地震剖面記錄。從整體上來看，各炮地震剖面記錄中具有明顯地槽波波形特征，各個(gè)地震道的槽波埃里相的連續(xù)情況及其振幅、頻率特征清晰可見。

上部實(shí)線代表初至P 波到達(dá)時(shí)刻位置，下部實(shí)線代表槽波埃里相到達(dá)時(shí)刻附近位置。

圖1 P3 號(hào)炮點(diǎn)透射槽波地震剖面記錄

3.2 頻譜分析

在槽波資料的處理分析中，頻譜分析是將時(shí)間域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻率域信號(hào)加以分析，頻譜曲線特征與煤厚變化或夾矸情況和地質(zhì)構(gòu)造亦有關(guān)聯(lián)。當(dāng)煤層厚度越厚，槽波頻率主要集中在較低頻率；反之煤厚越薄，槽波頻率主要集中在較高頻率。當(dāng)煤層中存在較大地質(zhì)構(gòu)造而造成局部煤層通道阻斷時(shí)，該地震道的槽波能量就會(huì)缺失，僅留下體波（P 波和S 波）頻段的能量。

圖2 所示為P15 號(hào)炮的地震道信號(hào)的原始信號(hào)波形及其頻散曲線圖。單道波形顯示圖中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示振幅。分析圖中頻譜曲線，并結(jié)合頻散分析結(jié)果可知，P 波的主要能量的頻率范圍約80 ～130Hz，槽波的主要能量的頻率范圍約130 ～200Hz。3.3 成果分析本次透射資料的解釋主要依據(jù)槽波能量層析成像圖。槽波能量CT 成像結(jié)果為2D 視衰減系數(shù)模型圖，斷層一般呈現(xiàn)為“條帶狀”異常，而陷落柱、煤厚變薄帶的異常則可呈現(xiàn)為“片狀”分布。結(jié)合地震成像結(jié)果，并綜合已有地質(zhì)資料和工作面采掘資料，對(duì)槽波能量成像結(jié)果進(jìn)行了如下地質(zhì)解釋。

（1）結(jié)合透射能量成像資料，F(xiàn)-1 疑似為斷層引起的異常，斷層走向?yàn)楸逼?8°，斷層影響工作面長(zhǎng)度約為69m。

（2）結(jié)合透射能量成像資料，F(xiàn)-2 疑似為斷層引起的異常，斷層走向?yàn)楸逼?3°。

（3）結(jié)合透射能量成像資料，F(xiàn)-3 疑似為斷層引起的異常，斷層走向?yàn)楸逼?9°，斷層影響工作面長(zhǎng)度約為80m。

（4）結(jié)合透射能量成像資料，F(xiàn)-4 疑似為斷層引起的異常，斷層走向?yàn)楸逼?3°，斷層影響工作面長(zhǎng)度約為290m。

（5）結(jié)合透射能量成像資料，F(xiàn)-5 疑似為斷層引起的異常，斷層走向?yàn)楸逼?4°，斷層影響工作面長(zhǎng)度約為398m。

（6）結(jié)合透射能量成像資料，F(xiàn)-6 疑似為斷層引起的異常，斷層走向?yàn)楸逼珫|80°，斷層影響工作面長(zhǎng)度約為200m。

（7）結(jié)合透射能量成像資料，F(xiàn)-7 疑似為斷層引起的異常，斷層走向?yàn)槟掀珫|80°，斷層在工作面內(nèi)延伸長(zhǎng)度約為70m。

（8）結(jié)合透射能量成像資料，F(xiàn)-8 疑似為斷層引起的異常，斷層走向?yàn)楸逼?4°，斷層在工作面內(nèi)延伸長(zhǎng)度約為86m。

（9）結(jié)合透射能量成像資料，F(xiàn)-9 疑似為斷層引起的異常，斷層走向?yàn)楸逼珫|6°，斷層在工作面內(nèi)延伸長(zhǎng)度約為41m。

圖2 P15 號(hào)炮第 58 道頻譜分析圖

4 實(shí)際揭露結(jié)果與槽波成果對(duì)比分析

工作面實(shí)際揭露結(jié)果如圖3 所示。從圖中可以看出，工作面斷層較發(fā)育，主要為H=4m ∠38°、H=3.8 m ∠ 4 8 °、H=3.2 m ∠ 4 3 °、H=2.5m ∠47°，斷層走向與圈定的異常界面基本一致。

圖3 2-206 工作面透射槽波成果及實(shí)際揭露成果對(duì)比圖

5 結(jié)語

辛置煤礦2-206 工作面的成功探測(cè)，驗(yàn)證了槽波地震勘探方法在該地區(qū)復(fù)雜煤層中探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造的適用性，不僅為礦井積累地震參數(shù)、勘探經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)用成果，而且為礦區(qū)井下適用性提供了實(shí)際典范，也為下一步采區(qū)內(nèi)部構(gòu)造精細(xì)化探測(cè)提供了有效的探測(cè)參照。