微动视S波速度计算方法及其在采空区探测中的应用研究
采空区是煤矿生产的重大安全隐患之一,严重威胁矿区的人民生命财产安全.冒落、放顶等引起的采空区塌陷不仅会导致地下水枯竭、耕地破坏、生态环境恶化,还会造成民房下沉裂损、道路变形以及铁路、水利、机场等重大工程设施的损坏.煤矿老采空区引发的水害突发性强、水量大、来势猛、破坏性大且具有腐蚀性,对矿井采掘工作面人员及设备的安全构成极大威胁,轻则使工作面、采区停产,重则导致矿井被淹,造成人员伤亡.对于有自燃倾向性的煤层,如未能采取有效措施防止采空区的漏风,亦会引发重大火灾事故.所以,有效而经济地利用地球物理方法对采空区进行勘探和做出评价,以便提出适宜的防治措施,有着良好的经济效益和重大的社会价值.
二维微动剖面勘探法是应用于采空区调查的一种崭新的地球物理勘探方法,对采空区这类明显低速异常体有着很好的探测效果.施工简便、快捷、成本低等优势,又使其更加适合于常规方法难于施工的地区.所以将微动勘探法应用于采空区调查中,有着重要的研究意义.
对二维微动剖面勘探法中用频散曲线计算视S波速度Vx曲线的方法进行研究.在传统的四次方视S波速度Vx~H曲线计算方法的基础上,提出一次方、二次方、三次方、五次方视S波速度曲线计算方法.根据采空区探测中最常见的地质构造,分别设计了层速度逐层递增的水平层状结构模型、第二层为低速层的水平层状结构模型、第三层为低速层的水平层状结构模型、含正断层的层状结构模型、含逆断层的层状结构模型、透镜状低速体位于同一地层内的层状结构模型、透镜状低速体贯穿不同地层的层状结构模型,通过Haskell矩阵算法正演计算各模型的瑞雷波频散曲线;在此基础上,采用传统算法和新提出算法求取Vx速度,绘制Vx剖面.对比分析各种计算方法下Vx剖面对模型中构造的显示效果,总结进一步优化探测结果的方法.
本文研究表明:一次方、二次方、三次方、五次方视S波速度计算方法获得的剖面结果,与常用的四次方计算方法得到的剖面结果整体接近,都可以反映地下低速层、断层、透镜状低速体等构造;四次方Vx计算方法综合效果最好,计算结果最接近真实值;一次方获得的曲线振幅大,地质结构复杂时,容易产生虚假异常信息;二次方、三次方亦存在同样问题,放大异常体幅值,导致结果难以准确辨认,变相降低分辨能力;五次方结果与四次方结果最相近,大部分情况较为准确,出现虚假异常的范围小,并且视S波速度与模型S波速度值接近,但在有些情况下效果明显不如四次方结果(如层速度逐层递增模型);以四次方计算方法为主,一次方、二次方、三次方、五次方计算方法为辅助,可以提高探测效果,更好地解决实际问题.
将二维微动剖面勘探法应用于河南郑州-登封-洛阳城际铁路采空区探测实测数据中.为该项目的铁路设计、建设提供地质依据,同时,通过探测结果与已有地质资料的对比,验证了文中所述方法效果理想可靠.
- 作者：
- 侍文
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 固体地球物理学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 徐佩芬；凌甦群
- 关键词：
- 二维微动剖面勘探法；采空区探测；瑞雷波频散曲线；正演计算；视S波速度
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