还剩2页未读,继续阅读
文本内容:
煤层落柱正演模拟地震三维正演模拟0槽波数值模拟分析的进展现在,随着采矿业的困难,以及固有开采成本的增加,勘探的精度提出了更高的要求因此,有效勘探剖面中地质构造的分布对矿工的安全开采非常重要随着槽波的提出及快速发展,槽波地震勘探已广泛应用于煤矿地质体勘探中,但地震槽波在探测异常地质体方面的波场特征尚未得到充分重视随着计算机性能及高效计算机技术的不断发展,使得槽波数值模拟分析由简单二维模型向复杂三维模型逐步发展过渡近年来,不断有学者将数值模拟的方法应用于槽波勘探及地质异常体检测中因此本次研究主要基于透射法槽波地震勘探对陷落柱的波场特征进行数值模拟,以查明陷落柱的三分量槽波波场变化规律,为槽波探明陷落柱提供有效理论依据1基于有限差分数值模拟的定位原理使用透射法进行槽波勘探时,槽波从巷道一侧透过煤层传播到另一侧,如果将煤层视为均匀高速异常体,那么另一端检波器接收到的槽波能量强度、速度应几乎不变以此推理,如若检波器接收到的槽波能量强度和速度发生较明显变化,或者直接没有接收到槽波信号,那么检波器与震源之间的煤层中必然存在地质异常体在此理论基础上,根据地震波波场特征对工作面异常情况进行判识地震数值模拟是根据地下目标地质体相关物性参数,对地震波传播特征进行模拟分析,并对所采集信号进行分析的一种手段有限差分数值模拟方法则是目前应用较广泛的一种方法该方法将连续求解目标域表示为有限个离散点组构的网格,从而化高速限为有限,用网格上定义的离散变量函数来近似表示连续定解区域上连续变量的函数随后将原方程和定解条件中的微商通过差商来近似表示,进而将表征介质传播的微分方程转化为差分方程形式,以便计算出相关数值解2槽波波场特征以“围岩-煤层-围岩”三层模型为基础,设置不同岩层以及陷落柱的纵、横波波速与密度,通过3DgeoToolkit分别构建无陷落柱、含高速陷落柱、含低速陷落柱、不同规模陷落柱以及不同炮点位置陷落柱的正演模型根据模拟生成的时间剖面图,分析陷落柱三维正演模型的地震槽波波场特征本次所用物性参数如表1所示建立X轴为300m、Y轴为200m、Z轴为40m的三维正演模型,其中煤层厚8叫顶、底板厚均为16m,三维正演模型示意图如图1所示陷落柱圆心位于煤层中心处,其中陷落柱1为高速体,陷落柱2为低速体煤层中过Y=
0、Z=20m的X轴为巷道1,过Y=200m、Z=20m的X轴为巷道2,过X=300队Z=20m的Y轴为巷道3煤层中单炮激发,其空间坐标150,2,20,即巷道1正前方2m处,采用三分量检波器接收地震槽波信号,共布置2条检波列,分别位于巷道1前方2m处和巷道3左前方2nl处,煤层中心面布置图如图2所示
2.1高速政府槽波波场特征从根据检波列1接收到的地震波记录结果来看,其中Y与Z分量记录的特征较为相似,因此仅选择其中的X与Z分量记录来进行详细分析,如图3所示,分别对比无陷落柱、含高速陷落柱、含低速陷落柱的地震槽波记录对于X分量而言,无陷落柱煤层的中央位置连续性最差,这是由于随时间增加震源正前方的波在沿最小炮检距方向传播时能量越来越微弱但在高速陷落柱中,槽波传播至陷落柱位置时,会激发产生次级槽波图3b中箭头处所示,其中央底部具有明显的能量集中区域与之相比,可以看出低速陷落柱在中央位置接收到的槽波信号能量则表现得最强,连续性相对最好从Z分量记录来看,在无陷落柱煤层中,地震波同相轴连续性表现得较为良好,未出现连续性中断现象而高速陷落柱中z分量地震波同相轴存在中断现象,中央位置处波的能量在穿过陷落柱后发生衰减,且在陷落柱内形成的次级槽波再次传播至检波列1,造成局部区域地震波信号波形模糊见图3e中箭头处相比之下,低速陷落柱中虽然也存在地震波同相轴中断现象,但中央位置能量明显更为集中
2.2槽波波场特征同样基于图1中的正演模型,构建2个高度4m而半径分别为
20、5m的不同规模陷落柱在这2种不同规模陷落柱下,利用透射地震槽波进行正演模拟,分析二者的槽波波场特征检波列2在180ms时所检测到的不同规模陷落柱X与Z分量的地震波传播特点如图4所示,分别对比同一分量中记录到的不同规模陷落柱地震波传播特征可以看出,同一分量下不同规模陷落柱的波场特征存在一定差异,表现为半径20m陷落柱中的槽波能量明显比半径5nl陷落柱中的槽波能量更强,中央位置处的能量相比而言也更为集中,从而表明槽波能量在小规模陷落柱中呈现相比大规模陷落柱更为明显的衰减特征
2.3炮点位置对波场的影响为分析不同炮点位置对陷落柱槽波波场的影响,在图1中的正演模型基础上,仅改变激发震源的位置,设置炮点150,2,
20、炮点2250,2,20,保持其他参数不变,即可模拟分析炮点位置因素的影响检波列1在不同炮点位置下的地震波记录如图5所示,从检波列1所记录的X与Y分量结果来看,炮点位置对陷落柱槽波波场的影响较大,这是由于模拟炮点1与炮点2位置呈轴对称,因此造成二者的地震波记录也呈现出轴对称特点具体而言,X分量在最小炮检距方向上所记录的地震波能量较为微弱,遇到陷落柱后形成次级槽波,且穿过陷落柱后的透射波能量表现出明显衰减的特点,而在Y分量记录结果中,可以看出,靠近震源一侧的槽波信号较强,随着炮检距增大,槽波信号能量衰减具有较为明显的增强趋势3槽波波场特征1煤层中无陷落柱时,槽波在X分量的中央位置处出现同相轴中断现象,而Y与Z分量中同相轴则连续性较好,并且具有一系列周期性能量密集与稀疏区域2陷落柱对透射法地震槽波波场影响较为明显,X分量上底部形成明显的能量集中区域,而在Y与Z分量上造成同相轴连续性的中断,激发产生次级槽波此外低速陷落柱下的能量衰减比高速陷落柱下要小3对比不同规模陷落柱槽波衰减情况,发现相比于大规模陷落柱,小规模陷落柱的能量技减更为明显4炮点位置对陷落柱槽波波场的影响较大,受炮检距影响,Y分量记录中靠近震源一侧的槽波信号能量较强,即炮检距大小与能量强弱呈负相关;X分量在最小炮检距方向上的地震波衰减较大,陷落柱处的地震槽波能量衰减相对较小,穿过陷落柱后的槽波能量大幅衰减。