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[摘 要]构造是导致煤炭资源回采困难及煤矿安全事故的主要原因。利用槽波地震勘探技术，通过槽波勘探CT成像可以分辨工作面内与煤厚相当的小构造，同时还能获得工作面内部其他地质信息，包括断层破碎带、夹矸、煤厚变化及老空区边界等。探测结果可作为煤矿安全开采的重要依据。
[摘 要]槽波勘探；构造； CT成像
中图分类号：P631.425 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0097-02
随着煤矿生产安全要求和机械化程度的提高，工作面内部构造引起的安全和生产问题越来越突出。在工作面回采前未查清，经常导致停产，甚至重新规划工作面，造成巨大经济损失。所以必须在工作面回采前查清隐伏构造，以便采取相应的补救措施。据国内外资料，造成开采不能正常进行的地质问题绝大部分是小断层、小褶曲、煤层内的陷落柱、煤厚变薄带、岩浆岩侵入、老空区等。槽波地震探测技术分辨率高、探测距离大，能够探明煤层的不连续性，如断层破碎带、煤层厚度变化、矸石层分布、剥蚀带、古河床冲刷带等构造，是一种有效的构造探测方法。
1 槽波勘探的原理与方法
任何一个透射二次波，当他的波速大于入射波速的条件下，只要入射角大于临界角都可能产生全反射。当多层介质中有一个低速层时，其速度比上下围岩低，它的顶界面都将是一个强反射面。
槽波地震勘探的物理前提是煤层具有槽导性。在煤系地层中，与围岩相比煤层具有速度低、密度小的特点，煤与围岩的密度、速度比值约为1：1.5～3.0之间，煤的密度一般为1.2～1.5g/ cm3，纵波速为1400～2700m/s，横波速为800～1600m/s，而煤层顶底板大多是岩化程度较高的泥岩或灰岩，它们的密度较大，通常2.2～2.8g/cm3，纵波速为1800～5000m/s，横波速为1600～4000m/s，且多数速度值偏高。在地质剖面中，煤层是一个典型的低速夹层，在物理上构成一个“波导”。因此，许多煤层与顶底板岩层界面均是高波阻抗。当煤层中激发的体波包括纵波与横波，激发的部分能量由于顶底界面的多次全反射被禁锢在煤层及其邻近的岩石中（简称煤槽），不向围岩辐射，在煤层中相互叠加、相长干涉，形成一个强的干涉扰动，即槽波。它以煤层为波导沿煤层向外传播，因此槽波又称煤层波或导波。
槽波地震勘探是利用在煤层（作为低速波导）中激发和传播的导波、以探查煤层不连续性的一种新的地球物理方法。它是地震勘探的一个分支。槽波地震勘探（简写ISS）具有探测距离大、精度高、抗电干扰能力强、波形特征较易识别以及最终结果直观的特点。
槽波地震勘探是在煤层内进行地震探测的煤矿特有的一种勘探方法。具体说是在煤层中产生、通过煤层传播、又在该煤层中接收的槽波，进行透射和反射测量，已达到探测煤层不连续（断层、冲刷带、陷落柱/等能造成煤层中断的地质异常体）的目的。
2 探测方法及资料处理
2.1 探测方法
槽波勘探方法分为透射槽波勘探法和反射槽波勘探法
1）透射勘探法
如图1所示激发点（炮点）布置在工作面的一个巷道内，数据采集站布置在工作面的另一个巷道内，接收来自炮点的地震透射信息。主要用于探测煤层的地质结构和内部异常，包括煤层厚度变化，夹矸石分布，大、小断层，陷落柱，剥蚀带，古河床冲刷，岩墙，老窑等，在某些情况下判断煤层内部压力相对变化。透射法的探测距离是煤层厚度的300倍左右。
2）反射勘探法
如图2所示，炮点与数据采集站布置在同一巷道内，接收来自工作面内的地震反射信号。
主要用于探测煤层内的各种大、小正断层和逆断层以及侵入体和岩墙等。探测距离是煤层厚度的100倍左右。
2.2 资料的处理
槽波地震勘探数据处理采用美国SPW地震数据处理软件。
1）透射法处理主要流程为：
数据转换—重采样—道头计算—记录编辑—滤波—切除—两分量分析、叠加—频散分析—速度计算—CT成像。
2）透射法处理主要流程为：
数据转换—重采样—道头计算—记录编辑—滤波—CMP计算—包络计算—速度分析—CT成像。
3 应用实例
3.1 工作面概况
1410（1）工作面位于西二采区，南邻1411（1）工作面，已回采完毕，东侧为西二采区系统巷道，北、西侧均为11-2煤实体；在其下方垂距平均81m处为14128工作面采空区（与本工作面斜交）。
1410（1）工作面走向长1650m，倾斜长120～240m。煤层为11-2煤：气煤、黑色，以块状及粉末状为主，内生裂隙发育。煤层厚度0.4～4.8m，平均2.80m。煤岩成分以亮煤为主，次为暗煤夹镜煤条带，属半亮型煤。煤层厚度较为稳定，大部分含有一层泥岩夹矸，单层夹矸厚为0～1.4m。煤层直接顶板为砂质泥岩，平距厚度5.5m，直接底板为泥岩，平均厚度2.88m。本面回采范围内11-2煤层的总体构造形态为单斜构造， 根据工作面顺槽实际揭露，该面断层较发育，工作面回采范围内共揭露断层总计20条。其中落差大于1.0m的断层有15条；落差大于3.0m的3条，断层对该面回采有较大影响有8条。
3.2 现场施工
1、透射法工作布置
透射法探测区布置在工作面新外切眼以外440m范围。该区域内，工作面较宽（240m），既有煤层变薄带，又有已知和隐伏断层分布，地质条件较复杂，这有助于槽波地震资料的分析和验证。
1）运输顺槽为激发巷道，设计炮点28个，炮点距20m；S1距Z15点10m，S28距Z8点23m。
2）轨道顺槽为接收巷道，检波点设计23个，道间距20m。G1距W29点13m，G23距W22点21.6m。 2、反射法工作布置
反射法探测区布置在工作面轨道顺槽100#点以外450m范围。该区域内，既有落差大于一个煤厚的断层，又有大于半个煤厚而小于一个煤厚的断层和煤层变薄、夹矸变厚地段，构造类型较多，这有利于槽波地震资料的对比分析、研究。
1）设计炮点22个，炮点距20m；S1距W24点10.7m，S22距W19点25m；
2）检波点设计23个，道间距20m。G1距W24点20.7m，G23距W18点26m。
3.3、CT成像与资料解释
3.3.1 透射法资料解析
图3为1410（1）工作面槽波地震勘探透射法CT成果图，图中曲线为群速度等值线。
从图3可以看出，探测范围内存在6个相对明显的速度高值区即异常区：
1#异常区：自运输顺槽74#～78#点向工作面内延伸，延伸距离约180m，结合巷道揭露的地质资料分析，为煤层变薄反应。
2#异常区：自运输顺槽88#～94#点向工作面内延伸，延伸距离约65m。结合巷道揭露的地质资料分析，为煤层变薄或断层反应。
3#异常区：自运输顺槽97#～104#点向工作面内延伸，延伸距离约40m。结合巷道揭露的地质资料分析，为运输顺槽揭露F1411（1）06断层反应。
4#异常区：该异常位于工作面内部，为一隐伏地质异常。分析为煤层变薄或断层反应。
5#异常区：自轨道顺槽103#～111#点向工作面内延伸，延伸距离约40m。结合巷道揭露的地质资料分析，为煤层夹矸变厚反应。
6#异常区：自轨道顺槽94#～98#点向工作面内延伸，延伸距离约100m。结合巷道揭露的地质资料分析，为煤层夹矸变厚反应。
从图3可以看出，煤厚和地质条件正常区域速度一般<1300m/s。
4、结论
本次槽波地震勘探现场仪器性能稳定，数据可靠，主要结论如下：
1、本次槽波地震探测进行了透射法和反射法测量，实测记录数据说明，在顶底板为砂质泥岩的岩层结构情况下可以获得较好的槽波信号。
2、从处理结果看，异常区位置与工作面揭露的地质资料基本相符。探测精度高，可以分辨规模与煤厚相当的小断层或地质异常体，还可获得工作面内部其他地质信息，包括断层破碎带、夹矸、煤厚变化及老空区边界等。
3、井下槽波地震探测距离大，可以很好解决现有探查构造物探仪器探测距离不足的问题。井下槽波地震勘探布置方式灵活多变，可以探明工作面内部与巷道成任意夹角的地质异常。
[摘 要]槽波勘探；构造； CT成像
中图分类号：P631.425 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0097-02
随着煤矿生产安全要求和机械化程度的提高，工作面内部构造引起的安全和生产问题越来越突出。在工作面回采前未查清，经常导致停产，甚至重新规划工作面，造成巨大经济损失。所以必须在工作面回采前查清隐伏构造，以便采取相应的补救措施。据国内外资料，造成开采不能正常进行的地质问题绝大部分是小断层、小褶曲、煤层内的陷落柱、煤厚变薄带、岩浆岩侵入、老空区等。槽波地震探测技术分辨率高、探测距离大，能够探明煤层的不连续性，如断层破碎带、煤层厚度变化、矸石层分布、剥蚀带、古河床冲刷带等构造，是一种有效的构造探测方法。
1 槽波勘探的原理与方法
任何一个透射二次波，当他的波速大于入射波速的条件下，只要入射角大于临界角都可能产生全反射。当多层介质中有一个低速层时，其速度比上下围岩低，它的顶界面都将是一个强反射面。
槽波地震勘探的物理前提是煤层具有槽导性。在煤系地层中，与围岩相比煤层具有速度低、密度小的特点，煤与围岩的密度、速度比值约为1：1.5～3.0之间，煤的密度一般为1.2～1.5g/ cm3，纵波速为1400～2700m/s，横波速为800～1600m/s，而煤层顶底板大多是岩化程度较高的泥岩或灰岩，它们的密度较大，通常2.2～2.8g/cm3，纵波速为1800～5000m/s，横波速为1600～4000m/s，且多数速度值偏高。在地质剖面中，煤层是一个典型的低速夹层，在物理上构成一个“波导”。因此，许多煤层与顶底板岩层界面均是高波阻抗。当煤层中激发的体波包括纵波与横波，激发的部分能量由于顶底界面的多次全反射被禁锢在煤层及其邻近的岩石中（简称煤槽），不向围岩辐射，在煤层中相互叠加、相长干涉，形成一个强的干涉扰动，即槽波。它以煤层为波导沿煤层向外传播，因此槽波又称煤层波或导波。
槽波地震勘探是利用在煤层（作为低速波导）中激发和传播的导波、以探查煤层不连续性的一种新的地球物理方法。它是地震勘探的一个分支。槽波地震勘探（简写ISS）具有探测距离大、精度高、抗电干扰能力强、波形特征较易识别以及最终结果直观的特点。
槽波地震勘探是在煤层内进行地震探测的煤矿特有的一种勘探方法。具体说是在煤层中产生、通过煤层传播、又在该煤层中接收的槽波，进行透射和反射测量，已达到探测煤层不连续（断层、冲刷带、陷落柱/等能造成煤层中断的地质异常体）的目的。
2 探测方法及资料处理
2.1 探测方法
槽波勘探方法分为透射槽波勘探法和反射槽波勘探法
1）透射勘探法
如图1所示激发点（炮点）布置在工作面的一个巷道内，数据采集站布置在工作面的另一个巷道内，接收来自炮点的地震透射信息。主要用于探测煤层的地质结构和内部异常，包括煤层厚度变化，夹矸石分布，大、小断层，陷落柱，剥蚀带，古河床冲刷，岩墙，老窑等，在某些情况下判断煤层内部压力相对变化。透射法的探测距离是煤层厚度的300倍左右。
2）反射勘探法
如图2所示，炮点与数据采集站布置在同一巷道内，接收来自工作面内的地震反射信号。
主要用于探测煤层内的各种大、小正断层和逆断层以及侵入体和岩墙等。探测距离是煤层厚度的100倍左右。
2.2 资料的处理
槽波地震勘探数据处理采用美国SPW地震数据处理软件。
1）透射法处理主要流程为：
数据转换—重采样—道头计算—记录编辑—滤波—切除—两分量分析、叠加—频散分析—速度计算—CT成像。
2）透射法处理主要流程为：
数据转换—重采样—道头计算—记录编辑—滤波—CMP计算—包络计算—速度分析—CT成像。
3 应用实例
3.1 工作面概况
1410（1）工作面位于西二采区，南邻1411（1）工作面，已回采完毕，东侧为西二采区系统巷道，北、西侧均为11-2煤实体；在其下方垂距平均81m处为14128工作面采空区（与本工作面斜交）。
1410（1）工作面走向长1650m，倾斜长120～240m。煤层为11-2煤：气煤、黑色，以块状及粉末状为主，内生裂隙发育。煤层厚度0.4～4.8m，平均2.80m。煤岩成分以亮煤为主，次为暗煤夹镜煤条带，属半亮型煤。煤层厚度较为稳定，大部分含有一层泥岩夹矸，单层夹矸厚为0～1.4m。煤层直接顶板为砂质泥岩，平距厚度5.5m，直接底板为泥岩，平均厚度2.88m。本面回采范围内11-2煤层的总体构造形态为单斜构造， 根据工作面顺槽实际揭露，该面断层较发育，工作面回采范围内共揭露断层总计20条。其中落差大于1.0m的断层有15条；落差大于3.0m的3条，断层对该面回采有较大影响有8条。
3.2 现场施工
1、透射法工作布置
透射法探测区布置在工作面新外切眼以外440m范围。该区域内，工作面较宽（240m），既有煤层变薄带，又有已知和隐伏断层分布，地质条件较复杂，这有助于槽波地震资料的分析和验证。
1）运输顺槽为激发巷道，设计炮点28个，炮点距20m；S1距Z15点10m，S28距Z8点23m。
2）轨道顺槽为接收巷道，检波点设计23个，道间距20m。G1距W29点13m，G23距W22点21.6m。 2、反射法工作布置
反射法探测区布置在工作面轨道顺槽100#点以外450m范围。该区域内，既有落差大于一个煤厚的断层，又有大于半个煤厚而小于一个煤厚的断层和煤层变薄、夹矸变厚地段，构造类型较多，这有利于槽波地震资料的对比分析、研究。
1）设计炮点22个，炮点距20m；S1距W24点10.7m，S22距W19点25m；
2）检波点设计23个，道间距20m。G1距W24点20.7m，G23距W18点26m。
3.3、CT成像与资料解释
3.3.1 透射法资料解析
图3为1410（1）工作面槽波地震勘探透射法CT成果图，图中曲线为群速度等值线。
从图3可以看出，探测范围内存在6个相对明显的速度高值区即异常区：
1#异常区：自运输顺槽74#～78#点向工作面内延伸，延伸距离约180m，结合巷道揭露的地质资料分析，为煤层变薄反应。
2#异常区：自运输顺槽88#～94#点向工作面内延伸，延伸距离约65m。结合巷道揭露的地质资料分析，为煤层变薄或断层反应。
3#异常区：自运输顺槽97#～104#点向工作面内延伸，延伸距离约40m。结合巷道揭露的地质资料分析，为运输顺槽揭露F1411（1）06断层反应。
4#异常区：该异常位于工作面内部，为一隐伏地质异常。分析为煤层变薄或断层反应。
5#异常区：自轨道顺槽103#～111#点向工作面内延伸，延伸距离约40m。结合巷道揭露的地质资料分析，为煤层夹矸变厚反应。
6#异常区：自轨道顺槽94#～98#点向工作面内延伸，延伸距离约100m。结合巷道揭露的地质资料分析，为煤层夹矸变厚反应。
从图3可以看出，煤厚和地质条件正常区域速度一般<1300m/s。
4、结论
本次槽波地震勘探现场仪器性能稳定，数据可靠，主要结论如下：
1、本次槽波地震探测进行了透射法和反射法测量，实测记录数据说明，在顶底板为砂质泥岩的岩层结构情况下可以获得较好的槽波信号。
2、从处理结果看，异常区位置与工作面揭露的地质资料基本相符。探测精度高，可以分辨规模与煤厚相当的小断层或地质异常体，还可获得工作面内部其他地质信息，包括断层破碎带、夹矸、煤厚变化及老空区边界等。
3、井下槽波地震探测距离大，可以很好解决现有探查构造物探仪器探测距离不足的问题。井下槽波地震勘探布置方式灵活多变，可以探明工作面内部与巷道成任意夹角的地质异常。