矿井物探-7(槽波地震勘探)课件.ppt

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1、第7章槽波地震勘探槽波地震勘探（In-SeamSeismics缩写为ISS）是利用在煤层中激发和传播的导波、以探查煤层不连续性的一种地球物理方法。它是地震勘探的一个分支。槽波地震勘探具有探测距离大、精度高、抗电干扰能力强、波形特征较容易识别以及最终成果直观的优点。1955年，Evison在一篇短论文中首先报道了他在新西兰一个煤矿里激发与接收到了煤层波，认为它是由煤层制导的洛夫波，并预言了该导波可能在采矿业中得到应用。1963年，TH.克雷（Kery）教授发表了有关地震波在煤层中传播的理论和数学推导。上世纪70年代后期，随着数字地震技术、计算机、仪器发展及煤炭生产需要，ISS在联邦德国

2、、英国、澳大利亚、匈牙利、捷克斯洛伐克、前苏联、美国等国家迅速发展起来，并逐渐用于生产，成为一种可供选择的、成功的矿井地球物理方法之一。(a)断层落差小于煤厚；(b)落差大于煤厚；(c)煤层变薄；(d)煤层分叉；(e)煤层被冲刷；(f)充水巷道R－瑞利波L－洛夫波1－入射槽波；2－反射槽波；3－透射槽波；4－由辐射再激发的槽波；5－反射及透射损失；6－充水废弃工作面及巷道槽波的反射与透射7.1.1岩石－煤－岩石剖面特征§7.1槽波的形成煤层总是以泥岩、粉砂岩、砂岩或偶尔还有灰岩作为顶底板或为围岩，而赋存于它们中间。与围岩相比，煤层具有速度低、密度小的特点（见下表）。由表可知，在岩石－

3、煤岩石剖面中，以煤层为中心形成了一个低速“槽”。煤与围岩密度、速度的比值约为1:1.5～3.0之间。煤层上、下界面都是一个极强的波阻抗分界面。岩性，km/s，km/s、g/cm3围岩(砂岩、粉沙岩、泥岩、页岩、灰岩)3.0～4.81.6～2.82.4～2.8煤1.8～2.40.9～1.41.3§7.1槽波的形成地震波的基本类型7.1.1岩石－煤－岩石剖面特征§7.1槽波的形成7.1.2槽波的形成§7.1槽波的形成反射和透射斯奈尔定律——分别代表煤层的P波速度与S波速度——分别代表围岩的P波速度与S波速度——分别代表P波与S波的折射角——波前沿煤—岩分界面传播的速度7.1.2槽波的形成

4、由P波与SV波激发的槽波——简振型及漏能振型当煤层中激发的体波以入射角小于临界角入射到煤－岩分解面时，尽管这些界面都是反射系数的强反射面，在其界面上产生强的反射返回煤层，但同时仍有相当多的能量，由于折射作用，以体波的形式向围岩辐射，因而，使这些地震体波在煤层内来回反射的过程中，迅速衰减而消失，形成了所谓的“泄漏”振型（图7-2a、b、c、e、f）7.1.2槽波的形成由P波与SV波激发的槽波——简振型及漏能振型当体波以入射角大于临界角入射到煤－岩分界面，即，则由于全反射，地震体波的能量被限制在煤层及邻近岩石的一个薄层中，不向围岩辐射而损耗，形成了所谓的简正振型（图7-2d、g、h)7.

5、1.2槽波的形成§7.1槽波的形成§7.1槽波的形成煤层中的SH波由于质点振动平面垂直于P波、SV波质点振动平面，在煤－岩分界面上没有波型转换，在煤层内只存在SH波与SH波的干涉模式。对于P波与SV波，则由于质点振动在同一平面，且在煤－岩分界面上可以相互转换，干涉模式要复杂得多。如图所示，在煤层内P波与SV波干涉示意图中，从点①、②发出的上行P波，经上界面全反射的P波，与点②、③发出的上行S波，经上界面全反射的转换P波在同一方向传播；同理，点③、④发出的P波，经上界面全反射的转换S波与④、⑤的上行S波经上界面全反射的S波在同一方向传播。此后经下界面全反射，在点⑥的P波与S波只要考虑到

6、上下界面全反射相移、波长与煤厚关系适当，在煤层内将形成P－SV波的相长干涉。这样可能有两类干涉振动，作为简正振型在煤层内传播。在煤层中可能同时存在P波、SV波和SH波。§7.1槽波的形成煤层上下界面的速度条件直接关系到槽波的形成。煤层S波速度小于上、下围岩S波速度，煤层中的S波速度可能被煤层所制导，但要区别不同极化的横波：垂直极化SV波入射到煤－岩分界面上，部分能量转换成P波，如果P波不满足全反射条件，它将以透射P波的形式向围岩辐射，因此它的能量不断“泄漏”，最后煤层内激发的P波与SV波迅速消失；而SH波在煤－岩分界面上只要满足全反射条件，它在煤层中不产生能量的漏失而相长干涉形成槽波

7、。当煤层的横波与纵波速度都小于上下围岩的横波速度时，不仅SH波而且SV波和P波都能产生全反射被煤层有效制导。当SV波与P波都以大于临界角入射到煤－岩分界面时，根据斯奈尔定律，P波入射时转换的SV波与SV波入射时形成的反射SV波传播方向相同；SV波入射时转换的P波与P波入射时形成的反射P波传播方向相同。从而P波与SV波具有干涉的可能。考虑到煤层上下界面上全反射时产生的相移，一旦入射波波长（或频率）与入射角的关系合适，P波与SV波就可能产生相长干涉形成槽波。纵