煤系地层弹性波阶段性衰减特性分析

摘要

微震监测技术在矿山动力灾害预警、水力压裂增透效果评价等方面发挥着显著作用.煤系地层是典型的层状介质,介质各向异性和层间界面是弹性波在煤系地层中传播和衰减的重要影响因素.结合弹性波传播理论,采用有限元数值模拟为手段,研究了层状介质中弹性波传播的阶段性衰减特征.研究结果表明:相同试验条件下,层状介质中弹性波传播的信号幅值随着传播距离的增加呈指数衰减.由于层间界面的反射和透射作用,雷克子波速度幅值在100~400 Hz频带内显著衰减,在低频段(100~200 Hz)内的垂直衰减系数约为水平衰减系数的1.5倍,测点有效监测范围为8~12 m.雷克子波作用1个周期内,穿层方向的垂直应力场在近震测点(距离≤13 m)范围内具有相同的波动规律,应力响应表现出传递特性;随震源作用时间和传播距离增加,层间不连续界面阻断弹性波应力传递过程,弹性波幅值在主应力方向表示出阶段性衰减规律,应力状态呈现“正—负—正”交替变化特征.通过数据拟合分析发现,层状介质中的衰减系数介于单层介质吸收衰减系数的最小值与最大值之间.