槽波地震與無線電透視在地質(zhì)勘探中的對比分析

劉文寶

(潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

王莊煤礦作為我國特大型現(xiàn)代化煤炭生產(chǎn)企業(yè)，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)輸入了大量的消費能源，然而，隨著采掘的不斷深入，開采環(huán)境也隨之變得惡劣，斷層、陷落柱、破碎帶等復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境向王莊煤礦的安全高效生產(chǎn)提出了更多挑戰(zhàn)，而近年來我國煤礦各種災(zāi)害事故頻發(fā)，也為王莊煤礦的生產(chǎn)安全敲響了警鐘。在此形態(tài)下，如何對復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行有效探測，成為王莊煤礦消除安全隱患的重要手段之一。王莊煤礦現(xiàn)有隱伏地質(zhì)勘探手段以無線電透視法為主，其以高效、簡便、探測范圍廣等特點在王莊煤礦隱伏地質(zhì)構(gòu)造探測中發(fā)揮了重要作用，然而，無線電透視法受礦井介質(zhì)電性影響較大，探測結(jié)果存在誤差[1]。槽波地震勘探是一種具有發(fā)展前景的地質(zhì)勘探手段，因其具有抗干擾能力強(qiáng)、探測精度高、解譯方法簡便等特點很好地彌補了無線電透視法存在的不足，為煤礦地質(zhì)勘探工作提供了更有力的支撐[2-3]。

1 槽波地震基本原理及方法

煤層與覆巖層相比，具有地震波傳播速度慢、密度小等特點，在工作面巷道內(nèi)激發(fā)震動，形成水平、垂直方向震動波向四周傳播，當(dāng)波傳輸遇見煤層會發(fā)生能量反射，這些能量被禁錮在煤層內(nèi)，形成能量干涉，即槽波[2]。槽波的形成主要受到介質(zhì)傳播速度的影響，對于煤層來說，煤層厚度越大，煤層賦存地質(zhì)條件越簡單，槽波傳播速度越慢，即形成了槽波的勒夫型槽波頻散特征和衰減特征[3]。煤層中隱伏地質(zhì)構(gòu)造的存在，改變了煤層中槽波的形成狀態(tài)及能量衰減程度。

1) 煤層中地質(zhì)構(gòu)造的存在，使震動波在原生結(jié)構(gòu)煤層中的反射能量數(shù)量改變，槽波形態(tài)產(chǎn)生不規(guī)則，隨著震動波的頻率不斷改變，速度因素受到的干擾明顯，而隨著波段頻率的不斷升高，速度頻散趨于平穩(wěn)，所以在煤層地質(zhì)構(gòu)造探測中，需要尋求波段的臨界值。

2) 槽波信號傳播至煤層地質(zhì)構(gòu)造，會發(fā)生波段能量的消散傳播，原生結(jié)構(gòu)煤槽波能量面臨煤層地質(zhì)構(gòu)造會發(fā)生衰減，而隨著波段頻率的提高，槽波能量衰減程度會不斷增加，而隨著煤層厚度的增加，地質(zhì)結(jié)構(gòu)投射槽波能量將逐漸占主導(dǎo)地位。槽波在煤層中的傳播特征以及在煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)中發(fā)生的形態(tài)變化和能量衰減，將槽波地震探測煤層隱伏地質(zhì)成為現(xiàn)實。

2 無線電波透視法基本原理

無線電波透視法是利用發(fā)射的電磁波通過不同介質(zhì)會發(fā)生不同程度的能量損耗來辨別介質(zhì)的不同結(jié)構(gòu)。無線電波透視法應(yīng)用于地質(zhì)構(gòu)造探測，是基于在工作面巷道內(nèi)發(fā)射的電磁波向工作面煤層傳播，當(dāng)電磁波通過斷裂構(gòu)造介質(zhì)時，電磁波會發(fā)生一定程度的反射或者折射，造成電磁波能量損耗，產(chǎn)生地質(zhì)構(gòu)造透視異常，而通過電磁波接收機(jī)可以清楚接收到電磁波能量的變化情況，以此來判斷地質(zhì)異常區(qū)域的存在，達(dá)到探測隱伏地質(zhì)的目的。以王莊煤礦8103工作面地質(zhì)異常探測來看(見圖1)，無線電波透視法探測結(jié)果顯示距離切眼150～550 m范圍內(nèi)，存在兩個異常區(qū)域，其中可能存在小陷落柱和斷層等地質(zhì)構(gòu)造，根據(jù)實測結(jié)果，該范圍內(nèi)存在大斷層F304，斜跨70°貫穿于整個范圍，存在陷落柱DX12，對比分析，探測結(jié)果與實測存在一定的差異性，主要體現(xiàn)在小地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)構(gòu)造范圍的探測精度上，所以根據(jù)探測結(jié)果，需要對探測異常區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步確定和鉆探，以此達(dá)到地質(zhì)異常區(qū)域精確判讀的目的。

圖1 無線電波透視法與實測對比

3 實例對比分析

槽波地震與無線電波透視法從工作原理來講，具有一定的相同點和差異性：①相同點在于，兩者都是基于能量波通過煤層和隱伏地質(zhì)結(jié)構(gòu)等不同介質(zhì)發(fā)生的能量損耗來對煤層內(nèi)的隱伏地質(zhì)進(jìn)行判斷和解譯的；②從發(fā)射波的屬性來說，地震波屬于彈性波，是通過發(fā)射源向外傳播的彈性波段，在不發(fā)生外界干擾情況下，距離發(fā)射源越遠(yuǎn)，波的能量越弱，而電磁波屬于衡能量波，在真空中傳播不會發(fā)生能量的損耗；③槽波地震是以地震波通過不同介質(zhì)，波段在原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤不同介質(zhì)中傳播速度變化，造成最終槽波形態(tài)差異性來判斷煤層隱伏地質(zhì)構(gòu)造的存在區(qū)域；而無線電波透視法辨別地質(zhì)構(gòu)造是基于電磁波通過地質(zhì)異常會發(fā)生折射或反射現(xiàn)象，形成無線電波透視異常現(xiàn)象。總體來說，槽波的工作原理主要在于波的發(fā)射頻率和傳播速度，而無線電波主要在于發(fā)射頻率和接收波的能量損耗。

下面通過實例來對比分析兩種方法，探測結(jié)果見圖2(圖中虛線為槽波探測結(jié)果，實線為無線電透視法探測結(jié)果)[4]。

1) 張集礦1410(1)工作面槽波探測結(jié)果判斷1～6號為地質(zhì)異常區(qū)，判斷地質(zhì)異常區(qū)域內(nèi)存在煤厚變化、煤層夾矸以及斷層，無線電波透視法探測異常區(qū)域為7～8號，解譯地質(zhì)異常主要為煤厚變化和斷層導(dǎo)致，其中1號位于坑透7號范圍內(nèi)，2、3、4號位于坑透8號范圍內(nèi)，經(jīng)過工作面實測驗證，異常區(qū)域范圍與兩者探測結(jié)果基本一致，槽波探測異常區(qū)域及異常特征解譯更為準(zhǔn)確，但無線電透視法范圍內(nèi)，仍舊存在有小的破碎帶和小斷層，槽波探測結(jié)果未成功解譯。

2) 張集礦1113(1)工作面槽波探測結(jié)果判斷出煤層中存在3號和4號兩個異常區(qū)域，解譯為小斷層的存在，無線電波透視法劃定了5號和6號兩個異常區(qū)，解譯為可能存在小斷層、破碎帶等地質(zhì)異常，兩者劃定區(qū)域基本吻合，但槽波探測結(jié)果范圍更小，經(jīng)過工作面實測對比，槽波探測結(jié)果邊界更為清晰，解譯結(jié)果更為準(zhǔn)確。

圖2 槽波地震與無線電波透視法地質(zhì)勘探結(jié)果對比

4 結(jié) 語

通過實例對比分析可以看出，槽波探測結(jié)果判定的異常區(qū)域與無線電波透視判定結(jié)果基本吻合，探測結(jié)果劃定異常范圍更小，結(jié)果更為精確，提高了地質(zhì)異常區(qū)的判斷效率和準(zhǔn)確度[4-5]。但與實測結(jié)果相比，無線電波透視法基本涵蓋了所有的異常區(qū)域，而槽波探測結(jié)果對于一些地質(zhì)異常的判斷存在一定的缺失性。所以，在實際應(yīng)用中，可以綜合、靈活的應(yīng)用槽波探測和無線電波透視法，在地質(zhì)異常探測中充分體現(xiàn)兩者的優(yōu)勢，首先以無線電波透視法劃定地質(zhì)異常區(qū)域，然后對區(qū)域內(nèi)重點、難點區(qū)域進(jìn)行槽波探測，進(jìn)行進(jìn)一步的確定和解譯，實現(xiàn)地質(zhì)異常區(qū)域的精細(xì)化探測[6]。