复杂地质构造工作面透射槽波勘探应用

邢 灿 宋丽超 王 毅

（山西霍州煤电集团技术研究院，山西 霍州 041000）

霍州煤电集团多数矿井都受到断层、陷落柱等复杂地质构造的影响，常用的无线电坑透技术探测距离近、异常区范围大、无法对地质构造准确定位，难以满足实际生产的需要。槽波地震勘探能够有效探测煤层赋存状况，又能精确探测煤层中可能存在的断层、陷落柱、冲刷带（潜在的导水通道）等异常地质体。

本次槽波勘探的勘探范围为2-206 工作面，主要任务为探测2-206 工作面煤层内隐伏断层、陷落柱等分布情况。

1 透射槽波地震勘探原理

槽波地震勘探是利用在煤层中激发和传播的导波，以探查煤层中的构造分布以及煤层厚度变化情况的一种地球物理方法。采用透射法探测时，震源与检波器排列分别布置在不同的巷道内。根据透射槽波的有无、强弱及运动学、动力学参数，来判断震源与接收排列间所被射线覆盖的区域有无地质异常。当断层落差大于煤厚时，煤层波导被完全阻断，一般接收不到透射槽波；当落差为煤厚的30%～70%时，煤层波导被部分阻断，接收到的透射槽波能量相应减弱。槽波地震勘探在陷落柱、冲刷带、断层、应力集中区及老窑巷道探测等方面具有良好的应用前景。

2 典型工作面透射槽波数据采集设计

本次透射槽波勘探，选取霍州煤电集团所属辛置煤矿2-206 工作面作为典型复杂地质构造工作面进行研究。

检波器和激发点布设：

其中：炮点沿2-206 切巷—2-2061 巷—310 二采区皮带巷依次布设，炮间距30m，共计20 炮，编号为P1 ～P20。检波点沿2-2062 巷—2-206 切巷—2-2061 巷依次布设，道间距10m。由于2-2062 巷、2-206 切巷构造复杂，在13 道～82 道、88 道～102道加密为5m 道间距，以便于增加射线覆盖程度，为后期数据处理、成果分析提供足够的数据。检波点共计135 道，编号为G1 ～G135。

2-206工作面槽波勘探范围内射线覆盖较密集，尤其是2-206 切巷附近构造发育区域，射线覆盖密集，整体上能够满足本次槽波地震勘探的要求。

3 透射槽波数据处理分析及成果解释

3.1 原始记录分析

在辛置煤矿2-206 工作面槽波地震勘探中，共获得20 张单炮地震剖面记录。地震剖面记录中记录了直达P 波、直达S 波、槽波等地震波。其中，直达P 波最早到达检波点并被采集记录；直达S 波的到达时间较前者晚；槽波速度最低，其到达时间最迟，位于地震记录的末尾。图1 所示为P3 号炮的单炮地震剖面记录。从整体上来看，各炮地震剖面记录中具有明显地槽波波形特征，各个地震道的槽波埃里相的连续情况及其振幅、频率特征清晰可见。

上部实线代表初至P 波到达时刻位置，下部实线代表槽波埃里相到达时刻附近位置。

图1 P3 号炮点透射槽波地震剖面记录

3.2 频谱分析

在槽波资料的处理分析中，频谱分析是将时间域信号转化为频率域信号加以分析，频谱曲线特征与煤厚变化或夹矸情况和地质构造亦有关联。当煤层厚度越厚，槽波频率主要集中在较低频率；反之煤厚越薄，槽波频率主要集中在较高频率。当煤层中存在较大地质构造而造成局部煤层通道阻断时，该地震道的槽波能量就会缺失，仅留下体波（P 波和S 波）频段的能量。

图2 所示为P15 号炮的地震道信号的原始信号波形及其频散曲线图。单道波形显示图中，横坐标表示时间，纵坐标表示振幅。分析图中频谱曲线，并结合频散分析结果可知，P 波的主要能量的频率范围约80 ～130Hz，槽波的主要能量的频率范围约130 ～200Hz。3.3 成果分析本次透射资料的解释主要依据槽波能量层析成像图。槽波能量CT 成像结果为2D 视衰减系数模型图，断层一般呈现为“条带状”异常，而陷落柱、煤厚变薄带的异常则可呈现为“片状”分布。结合地震成像结果，并综合已有地质资料和工作面采掘资料，对槽波能量成像结果进行了如下地质解释。

（1）结合透射能量成像资料，F-1 疑似为断层引起的异常，断层走向为北偏西68°，断层影响工作面长度约为69m。

（2）结合透射能量成像资料，F-2 疑似为断层引起的异常，断层走向为北偏西63°。

（3）结合透射能量成像资料，F-3 疑似为断层引起的异常，断层走向为北偏西79°，断层影响工作面长度约为80m。

（4）结合透射能量成像资料，F-4 疑似为断层引起的异常，断层走向为北偏西63°，断层影响工作面长度约为290m。

（5）结合透射能量成像资料，F-5 疑似为断层引起的异常，断层走向为北偏西64°，断层影响工作面长度约为398m。

（6）结合透射能量成像资料，F-6 疑似为断层引起的异常，断层走向为北偏东80°，断层影响工作面长度约为200m。

（7）结合透射能量成像资料，F-7 疑似为断层引起的异常，断层走向为南偏东80°，断层在工作面内延伸长度约为70m。

（8）结合透射能量成像资料，F-8 疑似为断层引起的异常，断层走向为北偏西14°，断层在工作面内延伸长度约为86m。

（9）结合透射能量成像资料，F-9 疑似为断层引起的异常，断层走向为北偏东6°，断层在工作面内延伸长度约为41m。

图2 P15 号炮第 58 道频谱分析图

4 实际揭露结果与槽波成果对比分析

工作面实际揭露结果如图3 所示。从图中可以看出，工作面断层较发育，主要为H=4m ∠38°、H=3.8 m ∠ 4 8 °、H=3.2 m ∠ 4 3 °、H=2.5m ∠47°，断层走向与圈定的异常界面基本一致。

图3 2-206 工作面透射槽波成果及实际揭露成果对比图

5 结语

辛置煤矿2-206 工作面的成功探测，验证了槽波地震勘探方法在该地区复杂煤层中探测地质构造的适用性，不仅为矿井积累地震参数、勘探经验、应用成果，而且为矿区井下适用性提供了实际典范，也为下一步采区内部构造精细化探测提供了有效的探测参照。