瑞利波勘探原理及应用实例[1]

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1、26吴迪等:瑞利波勘探原理及应用实例第10卷
第5期瑞利波勘探原理及应用实例吴迪
张涛
刘广亮
秦鸿刚(煤炭科学研究总院西安研究院
陕西西安
710054)摘
要:瑞利波作为一种地球物理勘探手段已经取得了广泛的应用,该方法具有施工方便、处理快捷等优点。本文介绍了瑞利波的勘探原理、施工方法以及YTR(D)型瑞利波探测仪在邢台葛泉煤矿的地质构造探察中的应用,并提出了施工中应注意的问题和解决方法。关键词:瑞利波
煤矿
地质构造1
引言道瞬态法瑞利波探测原理见图1所示。瑞利波探测法是近三十年来兴起的一种新型勘探方法,主要用于近地表层的工程地质勘探。其原理主要是利用瑞利波的

2、两个特性:一是波在分层介质中传播时的频散特性;二是波的传播速度与介质的物理力学特性密切相关。目前瑞利波探测技术有两种方法,一种是面波变频探测法,亦称稳态法,是利用某一波长的瑞利波相速度来表征深度小于该波长一半(
/2)的地层平均剪切波速度(用VR-
/2曲线表示),改变激振器的频率从而得到不同波长的瑞利波,当曲线形态发生异常,在曲线异常处的深度上图1
多道瞬态法瑞利波探测原理示意图就可能存在地质异常体或岩性界面。这种方法由于激振器笨重使用困难,在煤矿井下无法采用。另一瑞利波探测技术可用于井下全方位探测(既种方法是面波频谱分析法,也叫瞬态法,它是由震源可以用于掘进头

3、前方,也可以用于巷道侧帮、煤层激发出瑞利波,不同频率的瑞利波叠加在一起,以脉顶底板探测等),同时可进行浅层探测和深层探冲的形式向前传播,通过测线上定距离的加速度传测,浅层探测式一般用于预计探测的目的层比较感器接收,由仪器记录下来。对采集的信号取以排浅(不大于15m),如探测剩余煤层厚度,可得到9列中点对称的任意两道,进行FFT和频谱分析技个物理点的探测结果,探测原理如图2所示。深术,通过相干函数的互功率谱相位展开谱,利用多次层探测的探测距离一般为3~80m,6道传感器只覆盖、多次叠加技术,从而得到瑞利波信号在不同频率f的平均速度VR。根据弹性波理论的半波理论可知,

4、探测深度为H=
/2,即H=VR/2f,从而得到H-VR曲线。通过利用小波分析法对瑞利波频散曲线做出奇异性显示方式,使岩性介面分层频散突变点在探测深度曲线上直观的显示出来,便于做出物探异常推断解释。2
探测原理及施工方法2
1
探测原理图2
浅层探测原理示意图瑞利波探测的工程探测原理是基于瞬态法,多2009年10月地质装备27得到1个物理点的探测结果,探测原理如图3所波勘探的工作过程是在震源点使用锤击的方式产生示。一个瞬态冲击振动作为震源,产生一定频率范围的瑞利波,不同频率和振幅的瑞利波叠加在一起沿介质表面传播,在距震源x处的测线上,采用纵观测系统,即震源和传感

5、器排列在一条直线上,以道间距为x安置有6只单分量加速度传感器,对于布置传感器的道间距x,理论上讲越大,所接收瑞利波频谱的低频成分越丰富,对加大勘探深度非常有利。如果x太小,所接收的各道信号就没有足够的相位差,从而无法保证资料处理。由于施工现场条件图3
深层探测原理示意图限制,应视施工现场场地大小来决定x,在通常情2
2
施工方法况下,道间距x布置约为100cm左右。震源激发YTR(D)瑞利波探测采用了瞬态法瑞利波勘探点距第一个传感器也布置约100cm左右,如图4所方法,仪器具有防爆性能,既可以应用于矿井地质构示。由于瑞利波探测是点测量,探测位置是C与造

6、勘探,又可以应用于地面工程勘探。瞬态法瑞利D的中心点。图4
施工布置示意图3
勘查实例3
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数据采集根据葛泉煤矿已知地质资料分析,矿区内地质结构复杂,褶曲、陷落柱等构造广泛发育。随着开采逐步向深部延伸,陷落柱突水的可能性增大;另外采区内的地质构造发育还严重阻碍了工作面采煤的顺利进行。因此及时对这些构造进行超前预测,可以圈定出陷落柱影响范围,探测出断层在工作面中的走向及延伸情况,对防治矿井突水,工作面顺利回采有重要意义。葛泉矿1427运料巷侧邦陷落柱边界位置探测,本次探测共设4个测点,测点间距为10m,测点1~4的位置如图5所示。图5
1427运料巷测点布置及结果

7、对比图探测地点:1427运料巷;测点1的原始数据曲线见图6。探测时间:2007年8月10日上午;3
2
成果分析探测目的:煤巷侧邦内部X416陷落柱边界位在地面经计算机数据处理后,得到瑞利波速度置探测;曲线,见图7所示。图中尖峰突起即代表异常所在探测模式:巷道侧邦水平深层模式;位置。从4个测点反映出的异常情况可以看出,在采样频率:4000Hz;探测80m范围内,10~30m范围内,存在一较明显记录长度:2048;的异常层位反映,此层位可认为是X416陷落柱边叠加次数:5炮;28吴迪等:瑞利波勘探原理及应用实例第10卷
第5期工作量小,仪器操作易于掌握。地面资料处理

8、不用专业人