跨孔地震CT层析成像系统在煤层采空区勘查中的应用

李白业

(新疆地矿局第一水文工程地质大队,新疆乌鲁木齐 830091)

跨孔地震CT层析成像系统在煤层采空区勘查中的应用

李白业

(新疆地矿局第一水文工程地质大队,新疆乌鲁木齐 830091)

跨孔地震层析成像,是基于弹性波速差异,根据测出的差异数据,利用2个既有钻孔,在激发孔由深到浅依次激发地震波,在接收孔和地面同时接收由激发孔传递来的信号,然后在室内使用专用数据处理软件进行处理,最后得到所需的孔间地质异常。通过跨孔波速测试,对测区的不良地质情况可以有较全面的认识,通过对测区资料的全面解析,可以发现在测区各测试孔间均存在得不同程度的采空区等不良地质现象。

跨孔地震CT 采空区 勘查

跨孔地震CT(简称地震CT)层析成像，是基于弹性波速差异，根据测出的差异数据，利用2个既有钻孔(一个孔作为激发孔，一个孔作为接收孔)，在激发孔由深到浅依次激发地震波，在接收孔和地面同时接收由激发孔传递来的信号，将每次采集到的信号数据储存，然后在室内使用专用数据处理软件进行处理，最后得到所需的孔间地质异常。

跨孔法是由美国土动力学专家Woods等1972年提出的。它既能用来测定P波，也可用来测定S 波，适合于任何地层。试验时，若孔距和测点位置选择恰当，该法可测定低速软弱夹层的波速。跨孔法所具有的优点使它一经提出就受人们的重视，现在已作为一种比较完备的勘测方法在大中型工程中广泛应用。跨孔试验仪器设备包括振源、检波器、触发器、放大器和记录仪等。

1 跨孔地震波速测试的基本要求

(1)对钻孔的要求：钻孔深度要达到设计要求；钻孔内径不小于80mm，钻孔直径应保证振源和检波器能顺利地在孔中或套管中上下移动；钻孔要有护壁，最好使用PVC材料的套管或钢管作为套管，保证在测试过程中测试设施能到达预定的测试深度，并保证不塌孔；钻孔内注满泥浆或水，保证信号在均匀介质内传导；钻孔要求垂直，没有倾斜。

(2)对测试场地的要求：要求测试区域地形相对平坦；激发孔与接收孔间距不大于100米；场地附近没有明显的振动干扰。

(3)对激发信号的爆炸装置的要求：采用炸药爆炸震源，炸药震源的激发特点是具有好的脉冲特性、频带宽、高频成分丰富、药量大、信号频率低、视周期大。激发通常在潜水面或低速带以下激发。炸药使用能够防水的乳化炸药，用瞬发电雷管引爆。

(4)对信号接收器的要求：接收孔内使用多级系列检波器、地面使用100Hz检波器；要求检波器有很好的一致性、有较高的灵敏度；采集数据的仪器有较高的灵敏度、有较高的频带宽度和动态范围。

2 测区地质概况

在整个测区，地质工作者做了大量的地质调绘工作，也布置了大量的工程地质钻探工作，为测区地质探查提供了保障。

测区主要地层：地表覆盖层以杂填土为主，厚度为3～25m左右，杂填土的成份主要为卵砾石、混泥土建筑垃圾、生活垃圾、煤渣、粉土等；覆盖层以下的地层主要为砂岩、泥质砂岩、砂砾岩、煤岩、煤层。测区不良地质主要为煤层采空区、采空塌陷、软弱地层等。

3 野外工作布置

在测试现场，按指定的钻孔孔位布置观测系统。在激发孔设置爆炸装置，在地面和接收孔内同时设置信号接收器(检波器)。埋设地面检波器的目的是为了接收到更丰富的来此激发孔内的信息，达到综合测试和解析的目的。一般情况下地面检波器道间距选择为2～2.5米，井中检波器道间距2.5～5米。

在每一次测试前，首先量测指定钻孔之间的实际距离、钻孔深度、水位，大致了解孔内是否有坍塌情况，明确激发装置或接收装置能到达的实际深度和孔内实际水位，如果量测的实际深度与设计深度差异较大，就必须先透孔，最大地满足测试要求；如果发现孔内有障碍物，孔内激发装置和接收装置无法达到预定深度，要求采用一系列措施透孔，当基本符合测试条件后再开始测试。如果量测的实际水位，不能满足测试要求，就从地面向孔内注水，尽可能地将孔内注满水，以便取得良好的观测数据。

4 跨孔地震CT层析成像系统数据处理

对野外采集的跨孔地震波速测试数据，在室内使用符合要求的数据处理软件Pickwin、Plotrefa、Surfer等专用数据处理软件进行处理分析。

跨孔地震CT层析成像数据处理是一个复杂的过程，有大量的数据需要进行处理和计算。处理流程及基本过程如下：对野外记录进行初步判断和分析-获得时距曲线记录-建立地层速度模型分别进行孔－孔、孔－地面初步反演。

5 跨孔地震层析成像成果资料分析

通过跨孔波速测试，对测区的不良地质情况可以有较全面的认识，通过对测区资料的全面解析，发现在测区各测试孔间均存在不同程度的塌陷，塌陷的深度、程度、规模、形态、平面位置都有所不同。

在测试中选取的6对钻孔中，部分区域均发现了异常区域。在ZK01-02孔间的异常区，圈定两处低速区：深度分别位于23－25米处及72－90米处，速度为240～800m/s，推断为空洞或塌落体；在ZK03-04孔间的异常区，圈定两处低速区：深度分别位于30－45米处及55－90米处，速度为240～800m/s，推断为空洞或塌落体；在ZK05-06孔间的异常区，圈定一处低速区：深度位于55－63米处，速度为210～700m/s，推断为空洞或塌落体；在ZK07-08孔间的异常区，圈定两处低速区：深度分别位于39－42米处及64－68米处，速度为210～700m/s，推断为空洞或塌落体；在ZK09-10孔间的异常区，圈定两处低速区：深度分别位于38－42米处及85－92米处，速度为400～800m/s，推断为空洞或塌落体；在ZK11-12孔间的异常区，圈定两处低速区：深度分别位于32－43米处及50－69米处，速度为400～900m/s，推断为空洞或塌落体。

6 建议

为了对整个测区的不良地质有更全面、更清楚的认识，还需要对测区的地质调查、地质钻探、地面物探、井中各种测试等资料进行综合分析，结合跨孔波速测试资料，进行点、线、面、孔立体综合评价。对类似问题，应再补充部分跨孔波速测试孔的资料，以达到三维解析的条件，进行三维成图。必要时应布置部分钻探验证孔对塌陷区进行验证。

如果能充分利用钻孔，进行连续断面测试，会取得更好测试效果，会对整个测区有更深层次的认识。

李白业(1983.10—),男,青海乐都县人,工程师,现供职于新疆地矿局第一水文工程地质大队,主要从事水文地质、工程地质、环境地质相关领域的生产工作。