槽波地震與無線電透視在地質勘探中的對比分析

劉文寶

(潞安環能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

王莊煤礦作為我國特大型現代化煤炭生產企業，為國民經濟建設輸入了大量的消費能源，然而，隨著采掘的不斷深入，開采環境也隨之變得惡劣，斷層、陷落柱、破碎帶等復雜的地質環境向王莊煤礦的安全高效生產提出了更多挑戰，而近年來我國煤礦各種災害事故頻發，也為王莊煤礦的生產安全敲響了警鐘。在此形態下，如何對復雜的地質環境進行有效探測，成為王莊煤礦消除安全隱患的重要手段之一。王莊煤礦現有隱伏地質勘探手段以無線電透視法為主，其以高效、簡便、探測范圍廣等特點在王莊煤礦隱伏地質構造探測中發揮了重要作用，然而，無線電透視法受礦井介質電性影響較大，探測結果存在誤差[1]。槽波地震勘探是一種具有發展前景的地質勘探手段，因其具有抗干擾能力強、探測精度高、解譯方法簡便等特點很好地彌補了無線電透視法存在的不足，為煤礦地質勘探工作提供了更有力的支撐[2-3]。

1 槽波地震基本原理及方法

煤層與覆巖層相比，具有地震波傳播速度慢、密度小等特點，在工作面巷道內激發震動，形成水平、垂直方向震動波向四周傳播，當波傳輸遇見煤層會發生能量反射，這些能量被禁錮在煤層內，形成能量干涉，即槽波[2]。槽波的形成主要受到介質傳播速度的影響，對于煤層來說，煤層厚度越大，煤層賦存地質條件越簡單，槽波傳播速度越慢，即形成了槽波的勒夫型槽波頻散特征和衰減特征[3]。煤層中隱伏地質構造的存在，改變了煤層中槽波的形成狀態及能量衰減程度。

1) 煤層中地質構造的存在，使震動波在原生結構煤層中的反射能量數量改變，槽波形態產生不規則，隨著震動波的頻率不斷改變，速度因素受到的干擾明顯，而隨著波段頻率的不斷升高，速度頻散趨于平穩，所以在煤層地質構造探測中，需要尋求波段的臨界值。

2) 槽波信號傳播至煤層地質構造，會發生波段能量的消散傳播，原生結構煤槽波能量面臨煤層地質構造會發生衰減，而隨著波段頻率的提高，槽波能量衰減程度會不斷增加，而隨著煤層厚度的增加，地質結構投射槽波能量將逐漸占主導地位。槽波在煤層中的傳播特征以及在煤層地質結構中發生的形態變化和能量衰減，將槽波地震探測煤層隱伏地質成為現實。

2 無線電波透視法基本原理

無線電波透視法是利用發射的電磁波通過不同介質會發生不同程度的能量損耗來辨別介質的不同結構。無線電波透視法應用于地質構造探測，是基于在工作面巷道內發射的電磁波向工作面煤層傳播，當電磁波通過斷裂構造介質時，電磁波會發生一定程度的反射或者折射，造成電磁波能量損耗，產生地質構造透視異常，而通過電磁波接收機可以清楚接收到電磁波能量的變化情況，以此來判斷地質異常區域的存在，達到探測隱伏地質的目的。以王莊煤礦8103工作面地質異常探測來看(見圖1)，無線電波透視法探測結果顯示距離切眼150～550 m范圍內，存在兩個異常區域，其中可能存在小陷落柱和斷層等地質構造，根據實測結果，該范圍內存在大斷層F304，斜跨70°貫穿于整個范圍，存在陷落柱DX12，對比分析，探測結果與實測存在一定的差異性，主要體現在小地質構造和地質構造范圍的探測精度上，所以根據探測結果，需要對探測異常區域進行進一步確定和鉆探，以此達到地質異常區域精確判讀的目的。

圖1 無線電波透視法與實測對比

3 實例對比分析

槽波地震與無線電波透視法從工作原理來講，具有一定的相同點和差異性：①相同點在于，兩者都是基于能量波通過煤層和隱伏地質結構等不同介質發生的能量損耗來對煤層內的隱伏地質進行判斷和解譯的；②從發射波的屬性來說，地震波屬于彈性波，是通過發射源向外傳播的彈性波段，在不發生外界干擾情況下，距離發射源越遠，波的能量越弱，而電磁波屬于衡能量波，在真空中傳播不會發生能量的損耗；③槽波地震是以地震波通過不同介質，波段在原生結構煤和構造煤不同介質中傳播速度變化，造成最終槽波形態差異性來判斷煤層隱伏地質構造的存在區域；而無線電波透視法辨別地質構造是基于電磁波通過地質異常會發生折射或反射現象，形成無線電波透視異常現象。總體來說，槽波的工作原理主要在于波的發射頻率和傳播速度，而無線電波主要在于發射頻率和接收波的能量損耗。

下面通過實例來對比分析兩種方法，探測結果見圖2(圖中虛線為槽波探測結果，實線為無線電透視法探測結果)[4]。

1) 張集礦1410(1)工作面槽波探測結果判斷1～6號為地質異常區，判斷地質異常區域內存在煤厚變化、煤層夾矸以及斷層，無線電波透視法探測異常區域為7～8號，解譯地質異常主要為煤厚變化和斷層導致，其中1號位于坑透7號范圍內，2、3、4號位于坑透8號范圍內，經過工作面實測驗證，異常區域范圍與兩者探測結果基本一致，槽波探測異常區域及異常特征解譯更為準確，但無線電透視法范圍內，仍舊存在有小的破碎帶和小斷層，槽波探測結果未成功解譯。

2) 張集礦1113(1)工作面槽波探測結果判斷出煤層中存在3號和4號兩個異常區域，解譯為小斷層的存在，無線電波透視法劃定了5號和6號兩個異常區，解譯為可能存在小斷層、破碎帶等地質異常，兩者劃定區域基本吻合，但槽波探測結果范圍更小，經過工作面實測對比，槽波探測結果邊界更為清晰，解譯結果更為準確。

圖2 槽波地震與無線電波透視法地質勘探結果對比

4 結 語

通過實例對比分析可以看出，槽波探測結果判定的異常區域與無線電波透視判定結果基本吻合，探測結果劃定異常范圍更小，結果更為精確，提高了地質異常區的判斷效率和準確度[4-5]。但與實測結果相比，無線電波透視法基本涵蓋了所有的異常區域，而槽波探測結果對于一些地質異常的判斷存在一定的缺失性。所以，在實際應用中，可以綜合、靈活的應用槽波探測和無線電波透視法，在地質異常探測中充分體現兩者的優勢，首先以無線電波透視法劃定地質異常區域，然后對區域內重點、難點區域進行槽波探測，進行進一步的確定和解譯，實現地質異常區域的精細化探測[6]。