黏弹TI煤层介质3层模型Love槽波频散与衰减特征

姬广忠^1,2,3，吴荣新^1,2,3，张平松^1,2,3，郭立全^1,2,3，胡泽安^1,2,3，焦文杰^1,2,3

1. 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室2. 安徽理工大学矿山地质灾害防治与环境保护安徽普通高校重点实验室3. 安徽理工大学地球与环境学院

摘 要：煤层是典型的黏弹各向异性介质,将黏弹性和各向异性两种性质结合起来的槽波研究较少。以弱各向异性煤层为研究对象,应用Thomsen等效介质理论,采用Kelvin-Voigt黏弹性模型,研究了黏弹TI（Transverse Isotropy）介质3层水平层状模型Love槽波频散与衰减特征;推导了3层水平介质的Love槽波频散方程解,可以计算品质因子随频率变化的情况;分析了各向异性参数γ、煤层横波品质因子Qs值变化及煤层Qs随频率变化对Love槽波频散、品质因子和衰减曲线的影响;模拟了煤层Qs=10和Qs=20时三维槽波波场传播过程。结果表明:TI介质和各向同性介质的槽波品质因子和衰减系数基阶曲线差别小,各向异性参数γ对Love槽波品质因子和衰减系数影响较小;煤层Qs对Love槽波频散曲线影响很小,主要影响槽波品质因子和衰减系数曲线,煤层Qs=10时槽波衰减系数值比Qs=20和30时大很多;目前煤层Qs在0～1 000 Hz内是否随频率变化尚无定论,假设煤层Qs随频率线性减小,各阶槽波品质因子曲线低频部分差异很小,高频部分差异变大,当Qs减小到10时,槽波衰减系数随频率增长很快;对于三维槽波波场,煤层Qs=20时透射Love槽波和基阶Rayleigh槽波能量较强,而Qs=10时这些波衰减很快,对面巷道接收不到,说明实际工程中接收不到这些波的原因很可能是由于煤层Qs很小;针对实际工作面探测中接收不到Love槽波和基阶Rayleigh槽波的情况,可以利用速度较高、衰减相对较小的高阶Rayleigh槽波探测。

关键词：煤层;Love槽波;黏弹;TI介质;频散;衰减;