煤矿井下反射地震勘探技术初步研究与应用

【摘要】： 目前,地面地震勘探技术已经发展成熟,并在石油天然气、煤炭资源勘探与开发以及工程灾害探测等多个领域,均已得到广泛的应用。但是,地面地震勘探技术在解决地下复杂地质问题时表现出一定的局限性,迫使得人们把目光投向煤矿井下地震勘探技术的研究和试验中。 本文在查阅了近20年来国内外煤矿井下地震勘探技术相关文献资料的基础上,综述了国内外煤矿井下地震勘探技术的研究现状,分析了存在的一些难点问题,如基础研究比较薄弱、煤矿井下地震信号的信噪比较低、煤矿井下防爆仪器少、从事煤矿井下地震勘探技术研究的力量远远不足等;简述了有限差分法、有限元法、伪谱法、谱元法、积分方程法和射线追踪法等各种地震波数值模拟方法的优缺点;对不同正演模拟软件的效果进行了对比分析。 本文利用FORWARD正演模拟软件模拟了煤矿巷道内的弹性波场,得到如下认识:在巷道内激发,巷道顶底界面引起的混响严重干扰巷道下方深部煤层的反射,巷道顶界面检波器接收的是震源激发时产生的声波和一些转换波,巷道底界面检波器接收的X、Y、Z分量中,X、Z分量地震波场比较复杂,Y分量地震波场比较简单;根据地震波场数值模拟得出的结论,开展了煤矿巷道内地震波场的物理模拟,对实际采集地震数据分析后,发现顶板上的检波器接收的是通过空气传播的声波,其能量相对于其它位置非常小,但主频高;能量主要集中在底板检波器上,顶板和侧帮接收的能量也很小;然后,根据地震模型正演模拟及物理模拟试验的结果,开展了煤矿井下二维地震的实际应用,对下组煤层中采空区的探测取得了较好效果,并得到了实际钻探的验证表明,该技术具有探测深度浅、分辨率高等独特优势,具有巨大的发展潜力;最后,对煤矿井下三维地震勘探的可行性进行了分析,并开展了初步的实验。