復雜地質構造工作面透射槽波勘探應用

2020-06-10 09:06:44宋麗超

山東煤炭科技 2020年5期

邢燦宋麗超王毅

（山西霍州煤電集團技術研究院，山西霍州 041000）

霍州煤電集團多數礦井都受到斷層、陷落柱等復雜地質構造的影響，常用的無線電坑透技術探測距離近、異常區范圍大、無法對地質構造準確定位，難以滿足實際生產的需要。槽波地震勘探能夠有效探測煤層賦存狀況，又能精確探測煤層中可能存在的斷層、陷落柱、沖刷帶（潛在的導水通道）等異常地質體。

本次槽波勘探的勘探范圍為2-206 工作面，主要任務為探測2-206 工作面煤層內隱伏斷層、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和傳播的導波，以探查煤層中的構造分布以及煤層厚度變化情況的一種地球物理方法。采用透射法探測時，震源與檢波器排列分別布置在不同的巷道內。根據透射槽波的有無、強弱及運動學、動力學參數，來判斷震源與接收排列間所被射線覆蓋的區域有無地質異常。當斷層落差大于煤厚時，煤層波導被完全阻斷，一般接收不到透射槽波；當落差為煤厚的30%～70%時，煤層波導被部分阻斷，接收到的透射槽波能量相應減弱。槽波地震勘探在陷落柱、沖刷帶、斷層、應力集中區及老窯巷道探測等方面具有良好的應用前景。

2 典型工作面透射槽波數據采集設計

本次透射槽波勘探，選取霍州煤電集團所屬辛置煤礦2-206 工作面作為典型復雜地質構造工作面進行研究。

檢波器和激發點布設：

其中：炮點沿2-206 切巷—2-2061 巷—310 二采區皮帶巷依次布設，炮間距30m，共計20 炮，編號為P1 ～P20。檢波點沿2-2062 巷—2-206 切巷—2-2061 巷依次布設，道間距10m。由于2-2062 巷、2-206 切巷構造復雜，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，為后期數據處理、成果分析提供足夠的數據。檢波點共計135 道，編號為G1 ～G135。

2-206工作面槽波勘探范圍內射線覆蓋較密集，尤其是2-206 切巷附近構造發育區域，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 透射槽波數據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P 波、直達S 波、槽波等地震波。其中，直達P 波最早到達檢波點并被采集記錄；直達S 波的到達時間較前者晚；槽波速度最低，其到達時間最遲，位于地震記錄的末尾。圖1 所示為P3 號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，各個地震道的槽波埃里相的連續情況及其振幅、頻率特征清晰可見。

上部實線代表初至P 波到達時刻位置，下部實線代表槽波埃里相到達時刻附近位置。

圖1 P3 號炮點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，頻譜分析是將時間域信號轉化為頻率域信號加以分析，頻譜曲線特征與煤厚變化或夾矸情況和地質構造亦有關聯。當煤層厚度越厚，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。當煤層中存在較大地質構造而造成局部煤層通道阻斷時，該地震道的槽波能量就會缺失，僅留下體波（P 波和S 波）頻段的能量。

圖2 所示為P15 號炮的地震道信號的原始信號波形及其頻散曲線圖。單道波形顯示圖中，橫坐標表示時間，縱坐標表示振幅。分析圖中頻譜曲線，并結合頻散分析結果可知，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槽波能量層析成像圖。槽波能量CT 成像結果為2D 視衰減系數模型圖，斷層一般呈現為“條帶狀”異常，而陷落柱、煤厚變薄帶的異常則可呈現為“片狀”分布。結合地震成像結果，并綜合已有地質資料和工作面采掘資料，對槽波能量成像結果進行了如下地質解釋。

（1）結合透射能量成像資料，F-1 疑似為斷層引起的異常，斷層走向為北偏西68°，斷層影響工作面長度約為69m。

（2）結合透射能量成像資料，F-2 疑似為斷層引起的異常，斷層走向為北偏西63°。

（3）結合透射能量成像資料，F-3 疑似為斷層引起的異常，斷層走向為北偏西79°，斷層影響工作面長度約為80m。

（4）結合透射能量成像資料，F-4 疑似為斷層引起的異常，斷層走向為北偏西63°，斷層影響工作面長度約為290m。

（5）結合透射能量成像資料，F-5 疑似為斷層引起的異常，斷層走向為北偏西64°，斷層影響工作面長度約為398m。

（6）結合透射能量成像資料，F-6 疑似為斷層引起的異常，斷層走向為北偏東80°，斷層影響工作面長度約為200m。

（7）結合透射能量成像資料，F-7 疑似為斷層引起的異常，斷層走向為南偏東80°，斷層在工作面內延伸長度約為70m。

（8）結合透射能量成像資料，F-8 疑似為斷層引起的異常，斷層走向為北偏西14°，斷層在工作面內延伸長度約為86m。

（9）結合透射能量成像資料，F-9 疑似為斷層引起的異常，斷層走向為北偏東6°，斷層在工作面內延伸長度約為41m。