地震波CT技術(shù)在采空區(qū)勘查中的應用

地震波CT技術(shù)在采空區(qū)勘查中的應用一以淄川區(qū)洪山鎮(zhèn)北工村舊村改造項目為例時彥芳【摘要】地震波CT層析成像技術(shù)是利用地震波在不同介質(zhì)中傳播速度的差異來重建測試區(qū)域地震波速度場的分布特征,以此來推斷剖面介質(zhì)的精細構(gòu)造及地質(zhì)異常體的位置、形態(tài)和分布狀況.通過鉆孔間的組合，可實現(xiàn)二維空間探測，具有直觀準確、真實可靠等優(yōu)點,具有單孔鉆探方法無可比擬的優(yōu)勢，應用前景廣闊.【期刊名稱】《化工礦產(chǎn)地質(zhì)》【年(卷)，期】2014(036)003【總頁數(shù)】3頁(P190-192)【關(guān)鍵詞】地震波CT;孔間探測;采空區(qū)勘查【作者】時彥芳【作者單位】山東省地礦工程勘察院,山東濟南,250014【正文語種】中文【中圖分類】P631.5;TP391地震波CT技術(shù)是計算機技術(shù)和現(xiàn)代地震數(shù)字觀測技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來的新的探測技術(shù)。作為一種新的精細測量技術(shù)，它利用地震波射線穿透地質(zhì)體，可以形象直觀的重現(xiàn)地質(zhì)剖面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而對巖體作出評價，越來越廣泛的應用于邊坡治理、災害評估、工程勘察等領(lǐng)域中，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。1.1工作原理地震波層析成像技術(shù)是通過探測超聲波（其頻率為103-106HZ）在巖體內(nèi)的傳播特征來研究巖體性質(zhì)和完整性的一種物探手段。超聲波在不同類型介質(zhì)中具有不同的傳播特征，當巖體介質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)和密度等因素發(fā)生變化時，超聲波的傳播速度、能量的衰減及頻譜成份等發(fā)生相應變化。因此，利用該特性可對所測巖體的完整性等參數(shù)進行評價。1.2工作方法采用跨孔彈性波CT技術(shù)在試驗區(qū)內(nèi)選定的兩個鉆孔間進行測試。在工作過程中采用單點激發(fā)多點接收的工作模式，即在一個鉆孔中以一定的點距逐點激發(fā)，而在另一個鉆孔中按照一定的間隔用檢波器接收震源點所激發(fā)的地震波信號，并用儀器將該信號記錄下來，從而構(gòu)成地震CT層析成像觀測系統(tǒng)。見圖1。在實際工作中，鉆孔間距要根據(jù)勘查區(qū)不同巖性的波的傳播速度、能量和接收系統(tǒng)的接收精度來選擇，激發(fā)與觀測點距要小于目標體的空間大小以保證異常體空間分辯率，。有條件的情況下,可對每對鉆孔中采取的巖心進行聲波測試,以便獲得測區(qū)巖體的縱波速度參數(shù),為地質(zhì)解釋提供可靠依據(jù)。2.1工區(qū)概況工區(qū)位于淄博市洪山鎮(zhèn)北工村，地下煤層分布廣泛，煤礦開采歷史悠久，雖現(xiàn)已停產(chǎn)，但所形成的的采空區(qū)域?qū)Φ孛娼ㄖ?gòu)成嚴重威脅，迫切需要對采空區(qū)的空間分布進行精確勘查。為此，山東省地礦工程勘察院對已鉆鉆孔進行了跨孔地震波CT勘查，取得了滿意的效果。工作區(qū)區(qū)域?qū)偃A北地層大區(qū)之魯西地層分區(qū)，擬勘查部分地層由第四系砂礫層、砂土和第三系泥巖、砂巖構(gòu)成。砂巖的縱波波速值較大，為2000-4000m/s；泥巖的縱波波速值較小，為2000-3500m/s。各地層地震波縱波速度值差異明顯，存在地震波CT法勘查的物性前提。2.2觀測系統(tǒng)及剖面布設數(shù)據(jù)采集使用SE2404型地震儀,采用率0.05ms,采樣點數(shù)1024,頻帶范圍為100~1000Hz。觀測系統(tǒng)采用12道接收系統(tǒng),道距為1m,激發(fā)點距為1m，每個排列根據(jù)孔深布設炮點。激發(fā)系統(tǒng)采用電火花震源，單次激發(fā)能量為5000J,接收系統(tǒng)采用壓電式12道井中檢波器串。工作區(qū)鉆孔孔距為20~30m，孔深50~60m不等。工區(qū)地層較破碎，普遍出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，為保證觀測順利進行，測試鉆孔全部采用花管護壁，與孔壁耦合良好。2.3工作成果分析本次工作共進行了多對跨孔地震波CT勘查，均取得了滿意的效果，現(xiàn)以YZ6-16孑L對、YZ5-3孔對為例進行說明。剖面圖以水平距離為橫坐標，深度為縱坐標，根據(jù)速度大小成速度等值線色譜圖。2.3.1地震波CT測試YZ6-16剖面YZ6-16剖面位于鉆孔YZ6與鉆孔16之間，由圖2速度剖面可以看出，在水平位置0~19m、深度35~36.5m處存在一縱波波速值小于2400m/s的低速異常區(qū)域，推測為采空區(qū)引起。YZ6孔掉鉆位置、深度與觀測結(jié)果基本吻合。2.3.2地震波CT測試YZ5-3剖面YZ5-3剖面位于鉆孔YZ5與鉆孔3之間，由圖3速度剖面可以看出，在水平位置18~21m、深度25~29m處存在一縱波波速值較低區(qū)域，推測為巖石破碎引起。剖面在水平位置0~4m、深度42-43.5m處存在一縱波波速值小于2400m/s的低速異常區(qū)域，推測為采空區(qū)引起。YZ5孔掉鉆位置、深度與觀測結(jié)果基本吻合。地震波CT技術(shù)在勘查巖溶、破碎、采空區(qū)等地質(zhì)現(xiàn)象時具有快速、直觀、靈敏等優(yōu)點，可以形象的揭示剖面介質(zhì)的精細構(gòu)造及地質(zhì)異常體的位置、形態(tài)和分布狀況。其作為一種新的地球物理探測方法，相比于其他探測技術(shù)雖起步較晚，但在實際應用中已發(fā)揮出了巨大優(yōu)勢?？辈炜譟Z5和YZ6發(fā)現(xiàn)的采空區(qū)基本都在地震波CY測試結(jié)果中得到了體現(xiàn)，地震層析成像不僅可以測試某一深度的點異常，還可以得到異常區(qū)在水平和垂直向的延伸發(fā)育情況，這充分體現(xiàn)了該方法的獨特優(yōu)勢。在實際工作中，為了發(fā)揮該方法的最大優(yōu)勢，應注意以下幾點：①孔距不宜過大?；?guī)r地區(qū)孔足距適當大些，泥、頁巖地區(qū)孔足距適當小些，這樣可最大限度的提高探測精度，減小能量損耗。②鉆孔可探測深度盡量大于要勘查的異常段深度。由于地震波射線的密度空間分布不均勻，在測試范圍的中間位置比較均勻，精度高，而在兩端較稀疏，精度稍差。③鉆孔可探測深度盡量大于鉆孔間距，這樣可以提高射線對的交點數(shù)，提高探測精度。④在反演建立數(shù)學模型時，網(wǎng)格間距不宜過大，一般要小于接收點距?！鞠嚓P(guān)文獻】GB50011-2001，建筑抗震設計規(guī)范[S].GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].3王運生，顧漢明，王家映.彈性波CT關(guān)鍵技術(shù)與應用實例[J].工程勘察，2005,(3).4李新寶，陳霞.應用彈性波CT