矿井地震超前探测全波场数值模拟及波场特征分析

发布时间：2021-03-02 02:11

　　为了研究地震波在煤岩体中传播的全波场效应和波场特征,采用基于有限差分原理的数值模拟方法开展了矿井地震超前探测的全波场数值模拟。通过波场快照和视速度分析,研究了不同类型地震波在水平分量和垂直分量上的波场特征和视速度特征。研究结果表明:在煤巷中由于顶底板高速层的影响,地震波的传播规律十分复杂,煤层中传播的纵波主要为折射P波,折射P波在反射界面产生的反射波和转换波在地震记录上与其他干扰波叠合在一起,难以识别;煤层中传播的槽波在反射界面也会发生波型转换和反射,槽波转换波和反射槽波在垂直分量上的能量相比水平分量更强,波形特征更加明显,更易于识别,其中,垂直分量上的反射槽波能量最强,传播稳定,可作为煤巷地震超前探测的特征波。 

【文章来源】：工程地球物理学报. 2020,17(06)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

实际地震记录

地质模型示意图

从图2可以看出,由于顶底板高速层的影响,地震波在煤巷中的传播规律十分复杂。当煤层中激发弹性波(P波和S波)以后,一部分弹性波穿透煤层向顶底板传播,另一部分弹性波因入射角大于临界角,在煤岩界面发生全反射,在时刻30 ms,波场快照中可见由全反射形成的折射P波(X1、Z1)和直达槽波ISS(X2、Z2);随着时间推移,地震波不断向外扩散传播,其中,直达槽波ISS绝大部分能量被禁锢在煤层及顶底板围岩附近,以强干涉扰动的形式沿煤层传播;折射P波传播速度最快,首先到达反射界面,在时刻60 ms,波场中可见由折射P波产生的P-P反射波(X3、Z3);在时刻90 ms,折射P波在反射界面发生了波型转换,形成了P-S转换波(X4、Z4);直达槽波ISS传播速度最慢,最后达到反射界面,在时刻120 ms,波场中出现了由直达槽波ISS遇到反射界面后产生的ISS-P转换波(X5、Z5)、ISS-S转换波(X6、Z6)和ISS-ISS反射波(X7、Z7)。图3 模拟地震记录

【参考文献】：
期刊论文
[1]煤巷小构造Rayleigh型槽波超前探测数值模拟[J]. 杨思通,程久龙.  地球物理学报. 2012(02)
[2]巷道前方地质构造MSP法超前探测技术与应用研究[J]. 刘盛东,郭立全,张平松.  工程地球物理学报. 2006(06)
[3]一阶弹性波方程交错网格高阶差分解法[J]. 董良国,马在田,曹景忠,王华忠,耿建华,雷兵,许世勇.  地球物理学报. 2000(03)

博士论文
[1]矿井巷道面波—转换横波超前探测技术研究[D]. 路拓.中国矿业大学 2016



本文编号：3058409