[科普中国]-槽波法地震勘探

借助槽波在矿井煤层中的传播探查采煤工作面前方小断层或其它地质异常的一种地球物理方法。它是地震勘探的一个分支。1955年，F. F. 埃维逊 (F. F. Evison) 在新西兰首次于煤层中激发和接收到煤层波，他认为煤层波是频散波，是煤层制导的勒夫波。1963年，T. C. 克雷(T. C. Krey)发表了槽波频散关系的理论计算及试验结果。随后由于艾里相的应用和井下防爆槽波仪的出现，槽波地震勘探得以突破性进展，在德、英、捷、澳、前苏联、美等国相继实际应用。1978起，在中国也开展了试验研究，到20世纪90年代初，已成为矿井物探的重要方法。1

原理含煤岩系中，通常煤层的密度比上下围岩的密度小，地震波在煤层中传播速度低，煤层是一个明显的低速槽。煤层中激发的地震波，部分能量经煤层顶底板多次全反射，互相叠加干涉，被煤层制导，仅在煤层及其附近的二维空间传播，形成槽波(又称通道波，channel waves)。槽波是只在煤层内部传播的地震波，也叫煤层波(seam waves)或导波(guided waves)。当采煤工作面前方有断层、陷落柱、冲刷及变薄带等地质异常时，沿煤层传播的槽波受到阻断，全部阻断时只能观测到反射槽波;部分阻断时，能观测到较弱反射槽波及弱的透射槽波。在同一煤层适当巷道煤壁上或钻孔中安置检波器，可接收到槽波并送到地震仪记录下来。

根据质点振动方向及其极化特征，槽波可分为勒夫型及瑞利型两类 (图1)。

①勒夫型槽波由水平极化横波 (SH波) 干涉形成，质点在煤层内平行煤层层面、垂直于波的传播方向上振动。②瑞利型槽波由纵波(P波)及垂直极化横波(SV波) 在煤层中干涉形成，质点在煤层内垂直于煤层层面、平行于波的传播方向上作逆向椭圆振动，既有水平分量，也有垂直分量。勒夫型槽波的物理构成简单，其形成只要求煤层横波速度小于围岩的横波速度;而瑞利型槽波的物理构成复杂，苛刻地要求煤层的横波及纵波速度两者都要小于围岩的横波速度。实际上勒夫型槽波应用更为广泛。

槽波最重要的特征是频散，即不同频率的振动以不同的速度传播，使得槽波波列随传播而散开，同时使槽波的相速度与群速度具有明显的差异。相速度指单一频率谐和振动的传播速度。群速度指多个频率相近谐和振动组成的波包传播速度。频散越烈，相速度与群速度差异越大。

数据采集槽波法地震勘探是以炸药震源或锤击等震源在煤层中激发槽波，用两分量检波器同时记录两个水平振动分量：一个分量垂直于煤壁;另一个分量平行煤壁。槽波地震仪与地面数字地震仪类似，不同点只是防爆，具有更高的上限频率，更为轻便等。

槽波法地震勘探的基本测量方法有透射波法及反射波法两种。其原理及对应的典型记录示于下页图3。透射波法测量中，震源与检波器分别安置在不同巷道内(包括钻孔、工作面等);反射波法测量中，震源与检波器则安置在同一巷道，与地面地震勘探类似。常采用共反射点多次叠加技术。

若采区内有落差大于煤厚的断层，断层将波导完全阻断，发生反射而无透射槽波; 若断层落差小于煤厚，波导部分阻断，则部分能量被反射，部分能量形成透射槽波。根据反射与透射槽波的有无及强弱，即可判断测区内有无异常及阻断的程度。在煤层厚度1.0～3.5m，夹矸厚度小于1/3煤层厚度等有利条件下，槽波法地震勘探可检测落差小于1/2煤层厚度的断层或其它异常。透射的最大距离可达1000m以上。该法检测异常的准确率可达80%以上。反射波法可确定断层位置，探测范围较小，一般在300～400m以内，准确率在60%以上。但不论那一种方法，都不能定量确定断层落差及识别异常的性质。

数据处理槽波的频散及煤层中断层等异常体走向的随意性，使槽波法地震勘探数据处理具有不同于常规地面地震勘探的一些特殊方法。①两分量记录的极化分析与旋转，用以识别波型，提高信噪比。②频散分析，用以提取速度信息。③包络叠加(计算共反射点道集的低频包络，经动校正后的叠加)，用以克服槽波频率高，动校正精度不够的矛盾。④再压缩或反褶积，用以克服与减轻几何频散效应，提高分辨率及加大探测范围，⑤动态道集 (DTG)叠加，用以修改普通的CDP多次叠加技术以适应槽波地震勘探条件的特殊性。⑥全息成象或散射偏移技术，通过震源或虚震源成象，将时—空域槽波记录数据偏移到空—空域采区或盘区平面图上，使断层等异常归到它的正确位置上。⑦代数重建(ART)CT成象技术(根据目的物的系列投影，借助计算机重建图象的技术)，通过透射记录数据的CT成象，勾绘采区速度异常平面图，以预测矿压、瓦斯、水、陷落柱及冲刷等异常。

发展趋势槽波法地震勘探具有广阔的前景。开发新震源及轻便、防爆、低能耗及价廉的采集系统;开展多波勘探，提高对异常或目标性质的识别能力;提高精度及地质效果，使槽波法地震勘探逐渐完善。2

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学