藉助槽波在礦井煤層中的傳播探查採煤工作面前方小斷層或其它地質異常的一種地球物理方法。它是地震勘探的一個分支。1955年，F. F. 埃維遜 (F. F. Evison) 在紐西蘭首次於煤層中激發和接收到煤層波，他認為煤層波是頻散波，是煤層制導的勒夫波。1963年，T. C. 克雷(T. C. Krey)發表了槽波頻散關係的理論計算及試驗結果。隨後由於艾里相的套用和井下防爆槽波儀的出現，槽波地震勘探得以突破性進展，在德、英、捷、澳、前蘇聯、美等國相繼實際套用。1978起，在中國也開展了試驗研究，到20世紀90年代初，已成為礦井物探的重要方法。
基本介紹
- 中文名：槽波法地震勘探
- 外文名：in-seam seismic survey,ISS
- 學科：地球物理學
- 出現時間：1955年
- 套用：礦井物探
- 槽波：勒夫型及瑞利型
原理,數據採集,數據處理,發展趨勢,
原理
含煤岩系中，通常煤層的密度比上下圍岩的密度小，地震波在煤層中傳播速度低，煤層是一個明顯的低速槽。煤層中激發的地震波，部分能量經煤層頂底板多次全反射，互相疊加干涉，被煤層制導，僅在煤層及其附近的二維空間傳播，形成槽波(又稱通道波，channel waves)。槽波是只在煤層內部傳播的地震波，也叫煤層波(seam waves)或導波(guided waves)。當採煤工作面前方有斷層、陷落柱、沖刷及變薄帶等地質異常時，沿煤層傳播的槽波受到阻斷，全部阻斷時只能觀測到反射槽波;部分阻斷時，能觀測到較弱反射槽波及弱的透射槽波。在同一煤層適當巷道煤壁上或鑽孔中安置檢波器，可接收到槽波並送到地震儀記錄下來。
根據質點振動方向及其極化特徵，槽波可分為勒夫型及瑞利型兩類 (圖1)。
①勒夫型槽波由水平極化橫波 (SH波) 干涉形成，質點在煤層內平行煤層層面、垂直於波的傳播方向上振動。②瑞利型槽波由縱波(P波)及垂直極化橫波(SV波) 在煤層中干涉形成，質點在煤層內垂直於煤層層面、平行於波的傳播方向上作逆向橢圓振動，既有水平分量，也有垂直分量。勒夫型槽波的物理構成簡單，其形成只要求煤層橫波速度小於圍岩的橫波速度;而瑞利型槽波的物理構成複雜，苛刻地要求煤層的橫波及縱波速度兩者都要小於圍岩的橫波速度。實際上勒夫型槽波套用更為廣泛。
槽波最重要的特徵是頻散，即不同頻率的振動以不同的速度傳播，使得槽波波列隨傳播而散開，同時使槽波的相速度與群速度具有明顯的差異。相速度指單一頻率諧和振動的傳播速度。群速度指多個頻率相近諧和振動組成的波包傳播速度。頻散越烈，相速度與群速度差異越大。
數據採集
槽波法地震勘探是以炸藥震源或錘擊等震源在煤層中激發槽波，用兩分量檢波器同時記錄兩個水平振動分量：一個分量垂直於煤壁;另一個分量平行煤壁。槽波地震儀與地面數字地震儀類似，不同點只是防爆，具有更高的上限頻率，更為輕便等。
槽波法地震勘探的基本測量方法有透射波法及反射波法兩種。其原理及對應的典型記錄示於下頁圖3。透射波法測量中，震源與檢波器分別安置在不同巷道內(包括鑽孔、工作面等);反射波法測量中，震源與檢波器則安置在同一巷道，與地面地震勘探類似。常採用共反射點多次疊加技術。
若採區內有落差大於煤厚的斷層，斷層將波導完全阻斷，發生反射而無透射槽波; 若斷層落差小於煤厚，波導部分阻斷，則部分能量被反射，部分能量形成透射槽波。根據反射與透射槽波的有無及強弱，即可判斷測區內有無異常及阻斷的程度。在煤層厚度1.0～3.5m，夾矸厚度小於1/3煤層厚度等有利條件下，槽波法地震勘探可檢測落差小於1/2煤層厚度的斷層或其它異常。透射的最大距離可達1000m以上。該法檢測異常的準確率可達80%以上。反射波法可確定斷層位置，探測範圍較小，一般在300～400m以內，準確率在60%以上。但不論那一種方法，都不能定量確定斷層落差及識別異常的性質。
數據處理
槽波的頻散及煤層中斷層等異常體走向的隨意性，使槽波法地震勘探數據處理具有不同於常規地面地震勘探的一些特殊方法。①兩分量記錄的極化分析與旋轉，用以識別波型，提高信噪比。②頻散分析，用以提取速度信息。③包絡疊加(計算共反射點道集的低頻包絡，經動校正後的疊加)，用以克服槽波頻率高，動校正精度不夠的矛盾。④再壓縮或反褶積，用以克服與減輕幾何頻散效應，提高解析度及加大探測範圍，⑤動態道集 (DTG)疊加，用以修改普通的CDP多次疊加技術以適應槽波地震勘探條件的特殊性。⑥全息成象或散射偏移技術，通過震源或虛震源成象，將時—空域槽波記錄數據偏移到空—空域採區或盤區平面圖上，使斷層等異常歸到它的正確位置上。⑦代數重建(ART)CT成象技術(根據目的物的系列投影，藉助計算機重建圖象的技術)，通過透射記錄數據的CT成象，勾繪採區速度異常平面圖，以預測礦壓、瓦斯、水、陷落柱及沖刷等異常。
發展趨勢
槽波法地震勘探具有廣闊的前景。開發新震源及輕便、防爆、低能耗及價廉的採集系統;開展多波勘探，提高對異常或目標性質的識別能力;提高精度及地質效果，使槽波法地震勘探逐漸完善。
