[发明专利]一种探测地下采空区和岩溶分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程地质勘查领域，尤其涉及一种探测地下采空区和岩溶地质灾害诊断技术。

背景技术

自20世纪末以来，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区，随着时间的推移，地下水和瓦斯气体充填采空区，一旦挖通就会造成透水、瓦斯爆炸等矿难。由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，因煤矿采空区引起的煤矿灾害屡屡发生，著名的王家岭矿“3·28”特别重大透水事故就是由于挖通采空区导致巷道被淹。因此，如何勘查地下采空区的分布范围、空间形态特征，一直是工程技术领域的难题。

岩溶形态复杂、界面极不规则，对地震波难以形成有效反射，主要以散射形式为主，信号较弱、干扰大、难以探测。在铁路、公路建设中对施工安全和施工质量有极大地威胁。

当前，地下采空区和岩溶的常用探测方法主要有三维地震法、高密度电法和瞬变电磁法。

其中，三维地震法是建立在反射地震理论基础之上，主要研究水平连续地层，不适合复杂、地质结构横向变化大的山区。三维地震法在山区探测的效果不佳，难于获得清楚的地质图像，更难于判断采空区的位置。高密度电法和瞬变电磁对于有填充的低阻采空区反应灵敏，但是对于未填充的高阻采空区极不敏感，这种采空区往往被漏报。这两种方法都不能有效地解决中小型采空区和岩溶的探测问题，特别是对于未填充的采空区和岩溶的探测效果不佳。

本发明建立在散射理论基础上，不但适合大的连续界面，更适合于横向剧烈变化的场合；散射波可以有效的发现孤立的溶洞和采空区。，不管是否有填充。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能准确探测地下采空区和岩溶分布的方法。

本发明探测地下采空区和岩溶分布的方法，具体步骤如下：

步骤1，在待探测区域布设地震检波器和机械震源；

步骤2，机械震源激发产生地震波，地震检波器采集地下震动信息；

步骤3，滤除所述地下震动信息中的杂波，得到来自地下采空区和岩溶的散射波和反射波，计算获得散射波和反射波的能量分布谱；

步骤4，对所述散射波和反射波进行速度扫描，确定地下岩体波速分布；

步骤5，制定地下采空区和岩溶的形态与分布特征图。

进一步地，在所述步骤3滤除杂波之前，先对所述地震检波器采集的地下震动信息进行预处理，所述预处理包括去除干扰、延时校正、数据增益中的一种或多种。

进一步地，所述步骤3中，对所述地下震动信息进行空间方向滤波，以滤除所述地下震动信息中的杂波。

进一步地，所述杂波为面波、直达波、侧向回波中的一种或多种。

进一步地，所述步骤1中，在待探测区域内依次间隔地布设多个地震检波器和多个机械震源；且，

地震检波器之间的距离不大于所述机械震源产生的地震波波长的1/4；

布设的多个地震检波器和多个机械震源形成的总排列长度不小于所述地震波波长。

进一步地，所述多个地震检波器和多个机械震源布设在同一水平线上。

进一步地，所述步骤1中，按照以下方法布设地震检波器和机械震源，

在待探测区域内依次布设多个地震检波器后再布设一个机械震源；或者，

在待探测区域内布设一个机械震源后再依次布设多个地震检波器；

其中，

地震检波器之间的距离不大于所述机械震源产生的地震波波长的1/4；且，

布设的多个地震检波器形成的总排列长度不小于所述地震波的波长。

进一步地，所述多个地震检波器和一个机械震源布设在同一水平线上。

进一步地，所述步骤4中，对待探测区域地下散射波与反射波的偏移叠加能量按照以下公式求极值，递进改变波速计算叠加能量，当叠加能量取极值时对应的波速就是最佳波速；

按照以下公式计算不同部位的最佳波速：

其中, v为介质波速；

      h为距离地面的深度；

      x为水平方向的坐标。

进一步地，所述步骤5中，通过对步骤3得到的地下散射波和反射波的能量、以及步骤4得到的各个地层对应的最佳波速进行合成孔径偏移成像，制定所述地下采空区和岩溶的形态与分布特征图。

本发明的有益效果是：