反射槽波探测法在煤层褶曲与断层识别中的研究与应用

作     者：吴国庆 WU Guoqing

作者机构：中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 

出 版 物：《煤田地质与勘探》 (Coal Geology & Exploration)

年 卷 期：2024年第52卷第9期

页      面：154-165页

核心收录：

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

基　　金：国家重点研发计划课题(2018YFC0807804,2020YFB1314002) 中煤科工西安研究院(集团)有限公司2023年度科技创新基金项目(2022XAYSZ03-07) 陕西省自然科学基础研究计划项目(2024JC-YBMS-236) 

主　　题：矿井安全 槽波勘探 反射槽波 地质异常体 褶曲 断层 数值模拟 

摘      要：【背景】煤矿智能化转型中,精准识别地下异常体对地质透明化体系构建至关重要,褶曲异常体的精确探测是井下物探技术的难点,其准确辨识对减少掘进成本、回采难度及安全风险有重要意义。【目的和方法】基于以往的槽波勘探实践,发现褶曲对槽波的传播特性具有显著影响,但传统槽波反演技术难以区分褶曲与断层。为此,构建了几何形态类似、勘探距离相等的断层与褶曲数值模型,首先运用三维波场模拟技术挖掘波场信息,明确了二者波场响应差异;其次采用绕射偏移成像方法反演处理,获取了成像结果。【结果和结论】研究结果表明:(1)褶曲异常相较于断层,其反射槽波波形更为分散且模糊,不同反射点能量分布不均。(2)褶曲异常在远偏移距处的直达槽波信噪比高于断层构造,且能减缓直达槽波的衰减速度,使得直达槽波在褶曲异常中的传播距离约为断层构造中的1.5倍。(3)断层的反射槽波与直达槽波能量差异较小,而褶曲异常则表现出较大的能量差异。(4)褶曲异常的反射槽波主频低于断层构造,并导致直达槽波与反射槽波的频带变宽;褶曲异常反射槽波频率和速度均略高于直达槽波,断层构造此特征不明显。(5)断层构造的反射面通常位于断层面中上端,而褶曲异常的反射面则倾向于褶曲面中部,且褶曲异常的绕射偏移成像反射面在连续性上较断层构造差。基于上述波场特征与频散特性的深入分析,以山西阳泉某矿15号煤层为例,通过反射槽波绕射偏移成像技术,成功实现了巷道侧帮煤层中断层与褶曲的定性识别,并清晰描绘了褶曲的发育形态。研究成果不仅为采区工作面的合理布局提供了更为精确的地质依据,也为煤矿的安全生产、高效开采提供了有力的技术支撑。