一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法与流程

本发明涉及地质测量
技术领域：
，尤其涉及一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法。
背景技术：
：槽波地震勘探分为透射法勘探和反射法勘探两大类。透射法勘探适用于在一条巷道内激发而在另一条巷道内接受的情况，以查明激发点和接收点射线所穿过的煤层区域内的地质构造；反射法勘探适用于在同一条巷道内激发并在同一条巷道内接受，以探测巷道前方、后方、两侧煤层内的构造情况。槽波反射法勘探原理如图1所示，图1中炮点为激发点，检波点为接收点，上顺槽与下顺槽之间为工作面，可以通过反射波特征来分析断层的位置、落差情况，并可以根据槽波振幅的有无、强弱来判断在相应的透射射线扇形区内有无构造异常，同时还可以通过对正常透射槽波的分析为反射法数据处理及解释提供参数等。技术实现要素：本发明利用的反射法槽波地震超前探测技术为槽波反射法勘探的一种特例，用反射波法槽波地震技术探测独头巷道前方构造，在国内尚属首次，其主要目的在于探测巷道前方100m左右断层情况，同时也可以探测巷道两侧200m左右的断层情况。原理见图2，图2中所示F1、F2、F3三条断层，为断层与巷道相交的三种情形，F1、F3与巷道斜交，夹角小于90°，F2断层与巷道垂直，F1、F3走向关于巷道对称。图2中展示了2炮20个检波点的反射模拟，通过炮点检波点对断层的反射模拟可以看出，有效反射段(图中断层的阴影部分)随着夹角的增大而变小，表明勘探的难度在逐渐增加，当断层与巷道垂直时，有效反射段仅为一个点。由于槽波超前探主要探测巷道前方的断层，与常规槽波反射法勘探相比，难度更大。本发明针对现有技术的不足，提供一种用于独头巷道超前探的新手段、新方法的反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法。本发明通过以下技术手段实现上述技术效果：一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法，包括以下步骤：⑴：建立反射法槽波地震超前探观测系统建立两种不同的反射法槽波地震超前探观测系统，第一种观测系统为：在巷道迎头位置的左右侧帮分别依次打孔布置5-15个检波点，然后在检波点的后方再打孔设置4-10个炮点；第二种观测系统为：在巷道迎头位置的左侧帮或右侧帮依次打孔布置10-30个检波点，然后在检波点的前方再打孔设置4-10个炮点；⑵：进行探测实验根据建立的反射法槽波地震超前探观测系统进行进一步的探测实验，探究不同药量的炮点及其相对检波点的位置方向对检波点信号采集效果的影响，并进一步优选出最佳观测系统及探测条件；⑶：单炮记录结果分析采集反射法槽波地震超前探观测系统探测实验中的各单炮记录并加以分析，初步推断断层的分布情况；⑷：多炮记录叠加数据处理将同一观测系统中的不同单炮记录进行预处理、动校正、包络叠加及叠加剖面偏移处理以得到最终断层位置信息，并同时采用绕射偏移和椭圆画弧偏移处理方式对其进行平行验证。优选地，所述步骤(1)中第一种观测系统与第二种观测系统的炮点均设置于巷道的左右侧帮。优选地，所述步骤(1)中巷道左右侧帮的检波点均等距布置且相距0.4-0.8m。优选地，所述步骤(2)中探测实验还包括探究不同钻孔孔深及不同钻孔方向的炮点对检波点信号采集效果的影响。优选地，所述步骤(2)中不同炮点的药量为100-200g，孔深为2-5m，钻孔方向为底板平钻或底板斜向下，相对检波点的位置方向为同侧帮或异侧帮。优选地，所述步骤(2)之后的试验步骤均在最佳探测条件的基础上进行，所述最佳探测条件为采集到的检波点信号中能检测到相应的反射波。优选地，所述步骤(3)中各单炮记录的分析以原始单炮记录结合预处理后单炮记录对比进行。优选地，所述步骤(4)中，在进行椭圆画弧偏移之前，首先在单炮记录上拾取反射波的同相轴，拾取的同相轴时间经过时间深度转换后建立椭圆方程，再直接画出椭圆，多个椭圆相交处或相切处为断层。优选地，所述检波点为X分量传感器。优选地，所述X分量传感器均通过数据传输线连接于巷道中的地震仪器。本发明的优点在于：用反射波法槽波地震技术探测独头巷道前方构造，在国内尚属首次，可超前探测巷道前方最大距离200m，最小断层落差可达1/2煤厚的构造，并可探测巷道两侧200m范围的构造，为寻找独头巷道超前探的新手段、新方法提供了新的尝试，为可能由未知断层导致灰岩水害发生的巷道安全掘进提供了保障。附图说明图1是本发明
背景技术：
中提到的槽波反射法勘探原理示意图；图2是本发明
发明内容中提到的反射法槽波地震超前探测原理示意图；图3是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的流程图；图4是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的第一种观测系统布置图；图5是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的第二种观测系统布置图；图6是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的S2炮单炮记录图(a：原始单炮记录，b：预处理后的单炮记录)；图7是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的S1、S2炮预处理后的单炮记录图(a：S1炮预处理后的单炮记录，b：S2炮预处理后的单炮记录)；图8是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的S6、S7炮预处理后的单炮记录图(a：S6炮预处理后的单炮记录，b：S7炮预处理后的单炮记录)；图9是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的S9-S12炮的包络叠加剖面及偏移后结果图(a：包络叠加剖面，b：偏移后结果)；图10是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的S5-S7炮的包络叠加剖面及偏移后结果图(a：包络叠加剖面，b：偏移后结果)；图11是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的S9-S12炮的绕射偏移结果图；图12是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的S5-S7炮的绕射偏移结果图；图13是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的S11、S6炮的单炮记录拾取出反射波同相轴图(a：S11炮的单炮记录拾取出反射波同相轴图，b：S6炮的单炮记录拾取出反射波同相轴图)；图14是本发明实施例1提供的一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法的S11、S6炮的单炮拾取的反射波椭圆画弧偏移结果图。具体实施方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法，如图3所示，包括如下步骤：⑴：建立反射法槽波地震超前探观测系统如图4、图5所示，建立两种不同的反射法槽波地震超前探观测系统，第一种观测系统为：在巷道迎头位置的左右侧帮分别依次打孔布置12个检波点，作为接收点，共24道，编号为G1-G24，等距0.5m布置，其中G1-G12位于左侧帮，G13-G24位于右侧帮，然后在检波点的后方再打孔设置7个炮点，作为激发点，编号为S1-S7，其中S1-S4位于左侧帮，S5-S7位于右侧帮；第二种观测系统为：在巷道迎头位置的左侧帮依次打孔布置24个检波点，共24道，等距0.5m布置，然后在检波点的前方再打孔设置5个炮点，编号S8-S12，其中S9-S12位于左侧帮，S8位于右侧帮；此外，检波点具体为X分量传感器，与巷道中的地震仪器通过数据传输线连接工作；⑵：进行探测实验根据建立的反射法槽波地震超前探观测系统进行进一步的探测实验，探究不同药量(110g或150g)、相对检波点不同位置方向(同侧帮或异侧帮)、不同钻孔孔深(2.5m或4m)及不同钻孔方向(底板平钻或底板斜向下)的炮点对检波点信号采集效果的影响(详见表1、表2)；表1第一种观测系统炮号药量(g)孔深(m)钻孔位置钻孔方向接收排列S11104左底板平钻左侧帮1-12道右侧帮13-24道S21104左底板平钻左侧帮1-12道右侧帮14-24道S31104左底板平钻左侧帮1-12道右侧帮13-24道S41102.5左底板斜向下左侧帮1-12道右侧帮13-24道S51502.5右底板平钻左侧帮1-12道右侧帮13-24道S61502.5右底板平钻左侧帮1-12道右侧帮13-24道S71502.5右底板平钻左侧帮1-12道右侧帮13-24道表2第二种观测系统在第一种观测系统探测实验前期，炮点采用药量110g，激发4炮后采用150g，对比发现，药量150g接收的单炮记录质量更好，因此后面的炮点全部采用药量150g；同时，本次探测也研究了炮点孔深、钻孔方向对采集效果的影响，方法与药量试验类似，对比发现，4m孔深和2.5m孔深效果、底板平钻与底板斜向下钻孔效果均差别不大，因此后期采用2.5m孔深、底板斜向下钻孔；关于炮点相对检波点不同位置方向对于检波点信号采集效果的影响，将结合后期单炮记录结果分析进行；⑶：单炮记录结果分析本次探测中共激发12个炮点，采集到了12张单炮记录，单炮记录总体质量较高，部分记录中反射波清晰，可以原始单炮记录结合预处理后单炮记录对比中初步推断断层的分布情况；其中，S2原始单炮记录与S2预处理后单炮记录如图6所示，经预处理后，单炮记录中的第1-10道在200ms下方出现反射波，反射波同相轴与直达波槽波同相轴视速度大小相近，方向相反，是典型的巷道前方有近似垂直断层的表现，在观测系统图中S2炮点位于巷道左侧帮，第1-12道检波器位于左侧帮，13-24号检波器位于右侧帮，可见炮点和检波点位于统一侧帮时有利于反射波的接受，因此后面的分析、处理中均采用同一侧帮的数据；S1与S2预处理后单炮记录如图7所示，发现在150-300ms之间出现一组明显的反射波同相轴，判断为断层反射波；S6与S7预处理后单炮记录如图8所示，发现在450ms附近出现一组明显的反射波同相轴，判断为断层反射波；⑷：多炮记录叠加数据处理①包络叠加反射槽波的埃里震相具有频率高、振幅大、几何衰减慢的特点，其绝大部分能量集中在煤层中传播，反射系数大，对构造破坏及异常反射体的分辨率高。在反射槽波数据多次叠加处理中，采用包络叠加的方法可使问题简化；在得到单炮记录结果后，将同一观测系统中的不同单炮记录进行预处理、动校正、包络叠加及叠加剖面偏移处理以得到最终断层位置信息，其中，炮点S9-S12经预处理、动校正、包络叠加处理后及叠加剖面偏移的结果如图9所示，炮点S5-S7经预处理、动校正、包络叠加处理后及叠加剖面偏移的结果如图10所示；②绕射偏移绕射偏移处理是建立在射线理论基础上，使反射波自动偏移归位到其空间真实位置上的一种方法，叠加剖面是“自激自收”剖面，只有当界面水平时才能正确成像，一般都将带来剖面构造形态的畸变，通过绕射偏移，可以使倾斜界面正确归位，呈现正常的构造形态；本实施例在采用包络叠加进行多炮记录叠加以得到断层信息的同时，采用绕射偏移对其进行平行验证，其中，炮点S9-S12单炮记录经预处理后直接进行绕射偏移后的结果如图11所示，图中CH-F1为断层位置；炮点S5-S7单炮记录经预处理后直接进行绕射偏移后的结果如图12所示，图中CH-F2为断层位置；③椭圆画弧偏移本实施例同时还采用椭圆画弧偏移处理方法进行平行验证，椭圆画弧偏移的原理和绕射偏移原理一致，只在偏移对象上有所区别，在进行椭圆画弧偏移之前，首先在单炮记录上拾取反射波的同相轴，拾取的同相轴时间经过时间深度转换后建立椭圆方程，直接画出椭圆，多个椭圆相交处或相切处即为断层，其中，炮点S11与炮点S6单炮记录拾取出反射波同相轴如图13所示；炮点S11与炮点S6单炮拾取的反射波椭圆画弧偏移结果如图14所示，图中CH-F1、CH-F2为断层位置。结果分析：对比分析步骤(4)中三种处理方法得到的结果，再结合地质资料进行分析，本次槽波探测共解释两条断层CH-F1和CH-F2，CH-F1距离巷道迎头约82.7m，由于处理过程的时深转换采用的是估算速度，会存在一定的误差，误差约5-10m，再经钻探验证，实际位置误差约4m；断层CH-F2距离迎头188.2m，误差约10-15m；断层的落差主要依据单炮记录中反射波能量的强弱，叠加剖面中的反射波同相轴特征来判断，推测CH-F1断层落差约2/3煤厚，实际落差比预计落差大，CH-F2断层落差约1/2煤厚。结论：本次反射法槽波地震独头巷道超前探的应用，为寻找独头巷道超前探的新手段、新方法提供了新的尝试；通过对比分析，确定第二种观测系统适合更适合我矿，药量150g，孔深2.5m，钻孔方向底板斜向下，其中，炮点相对检波点位置为同侧帮最佳；试验表明，反射法槽波地震独头巷道超前探技术可超前探测巷道前方最大距离200m，最小断层落差可达1/2煤厚的构造，并可探测巷道两侧200m范围的构造。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3