跨孔地震CT層析成像系統在煤層采空區勘查中的應用

李白業

(新疆地礦局第一水文工程地質大隊,新疆烏魯木齊 830091)

跨孔地震CT層析成像系統在煤層采空區勘查中的應用

李白業

(新疆地礦局第一水文工程地質大隊,新疆烏魯木齊 830091)

跨孔地震層析成像,是基于彈性波速差異,根據測出的差異數據,利用2個既有鉆孔,在激發孔由深到淺依次激發地震波,在接收孔和地面同時接收由激發孔傳遞來的信號,然后在室內使用專用數據處理軟件進行處理,最后得到所需的孔間地質異常。通過跨孔波速測試,對測區的不良地質情況可以有較全面的認識,通過對測區資料的全面解析,可以發現在測區各測試孔間均存在得不同程度的采空區等不良地質現象。

跨孔地震CT 采空區 勘查

跨孔地震CT(簡稱地震CT)層析成像，是基于彈性波速差異，根據測出的差異數據，利用2個既有鉆孔(一個孔作為激發孔，一個孔作為接收孔)，在激發孔由深到淺依次激發地震波，在接收孔和地面同時接收由激發孔傳遞來的信號，將每次采集到的信號數據儲存，然后在室內使用專用數據處理軟件進行處理，最后得到所需的孔間地質異常。

跨孔法是由美國土動力學專家Woods等1972年提出的。它既能用來測定P波，也可用來測定S 波，適合于任何地層。試驗時，若孔距和測點位置選擇恰當，該法可測定低速軟弱夾層的波速?？缈追ㄋ哂械膬烖c使它一經提出就受人們的重視，現在已作為一種比較完備的勘測方法在大中型工程中廣泛應用?？缈自囼瀮x器設備包括振源、檢波器、觸發器、放大器和記錄儀等。

1 跨孔地震波速測試的基本要求

(1)對鉆孔的要求：鉆孔深度要達到設計要求；鉆孔內徑不小于80mm，鉆孔直徑應保證振源和檢波器能順利地在孔中或套管中上下移動；鉆孔要有護壁，最好使用PVC材料的套管或鋼管作為套管，保證在測試過程中測試設施能到達預定的測試深度，并保證不塌孔；鉆孔內注滿泥漿或水，保證信號在均勻介質內傳導；鉆孔要求垂直，沒有傾斜。

(2)對測試場地的要求：要求測試區域地形相對平坦；激發孔與接收孔間距不大于100米；場地附近沒有明顯的振動干擾。

(3)對激發信號的爆炸裝置的要求：采用炸藥爆炸震源，炸藥震源的激發特點是具有好的脈沖特性、頻帶寬、高頻成分豐富、藥量大、信號頻率低、視周期大。激發通常在潛水面或低速帶以下激發。炸藥使用能夠防水的乳化炸藥，用瞬發電雷管引爆。

(4)對信號接收器的要求：接收孔內使用多級系列檢波器、地面使用100Hz檢波器；要求檢波器有很好的一致性、有較高的靈敏度；采集數據的儀器有較高的靈敏度、有較高的頻帶寬度和動態范圍。

2 測區地質概況

在整個測區，地質工作者做了大量的地質調繪工作，也布置了大量的工程地質鉆探工作，為測區地質探查提供了保障。

測區主要地層：地表覆蓋層以雜填土為主，厚度為3～25m左右，雜填土的成份主要為卵礫石、混泥土建筑垃圾、生活垃圾、煤渣、粉土等；覆蓋層以下的地層主要為砂巖、泥質砂巖、砂礫巖、煤巖、煤層。測區不良地質主要為煤層采空區、采空塌陷、軟弱地層等。

3 野外工作布置

在測試現場，按指定的鉆孔孔位布置觀測系統。在激發孔設置爆炸裝置，在地面和接收孔內同時設置信號接收器(檢波器)。埋設地面檢波器的目的是為了接收到更豐富的來此激發孔內的信息，達到綜合測試和解析的目的。一般情況下地面檢波器道間距選擇為2～2.5米，井中檢波器道間距2.5～5米。

在每一次測試前，首先量測指定鉆孔之間的實際距離、鉆孔深度、水位，大致了解孔內是否有坍塌情況，明確激發裝置或接收裝置能到達的實際深度和孔內實際水位，如果量測的實際深度與設計深度差異較大，就必須先透孔，最大地滿足測試要求；如果發現孔內有障礙物，孔內激發裝置和接收裝置無法達到預定深度，要求采用一系列措施透孔，當基本符合測試條件后再開始測試。如果量測的實際水位，不能滿足測試要求，就從地面向孔內注水，盡可能地將孔內注滿水，以便取得良好的觀測數據。

4 跨孔地震CT層析成像系統數據處理

對野外采集的跨孔地震波速測試數據，在室內使用符合要求的數據處理軟件Pickwin、Plotrefa、Surfer等專用數據處理軟件進行處理分析。

跨孔地震CT層析成像數據處理是一個復雜的過程，有大量的數據需要進行處理和計算。處理流程及基本過程如下：對野外記錄進行初步判斷和分析-獲得時距曲線記錄-建立地層速度模型分別進行孔－孔、孔－地面初步反演。

5 跨孔地震層析成像成果資料分析

通過跨孔波速測試，對測區的不良地質情況可以有較全面的認識，通過對測區資料的全面解析，發現在測區各測試孔間均存在不同程度的塌陷，塌陷的深度、程度、規模、形態、平面位置都有所不同。

在測試中選取的6對鉆孔中，部分區域均發現了異常區域。在ZK01-02孔間的異常區，圈定兩處低速區：深度分別位于23－25米處及72－90米處，速度為240～800m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK03-04孔間的異常區，圈定兩處低速區：深度分別位于30－45米處及55－90米處，速度為240～800m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK05-06孔間的異常區，圈定一處低速區：深度位于55－63米處，速度為210～700m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK07-08孔間的異常區，圈定兩處低速區：深度分別位于39－42米處及64－68米處，速度為210～700m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK09-10孔間的異常區，圈定兩處低速區：深度分別位于38－42米處及85－92米處，速度為400～800m/s，推斷為空洞或塌落體；在ZK11-12孔間的異常區，圈定兩處低速區：深度分別位于32－43米處及50－69米處，速度為400～900m/s，推斷為空洞或塌落體。

6 建議

為了對整個測區的不良地質有更全面、更清楚的認識，還需要對測區的地質調查、地質鉆探、地面物探、井中各種測試等資料進行綜合分析，結合跨孔波速測試資料，進行點、線、面、孔立體綜合評價。對類似問題，應再補充部分跨孔波速測試孔的資料，以達到三維解析的條件，進行三維成圖。必要時應布置部分鉆探驗證孔對塌陷區進行驗證。

如果能充分利用鉆孔，進行連續斷面測試，會取得更好測試效果，會對整個測區有更深層次的認識。

李白業(1983.10—),男,青海樂都縣人,工程師,現供職于新疆地礦局第一水文工程地質大隊,主要從事水文地質、工程地質、環境地質相關領域的生產工作。