Seismic wave propagation through surface basalts - implications for coal seismic surveys

Seismic reflection surveying is one of the most widely used and effective techniques for coal seam structure delineation and risk mitigation for underground longwall mining. However, the ability of the method can be compromised by the presence of volcanic cover. This problem arises within parts of the Bowen and Sydney Basins of Australia and seismic surveying can be unsuccessful. As a consequence, such areas are less attractive for coal mining. Techniques to improve the success of seismic surveying over basalt flows are needed. In this paper, we use elastic wave-equation-based forward modelling techniques to investigate the effects and characteristics of seismic wave propagation under different settings involving changes in basalt properties, its thickness, lateral extent, relative position to the shot position and various forms of inhomogeneity. The modelling results suggests that: 1) basalts with high impedance contrasts and multiple flows generate strong multiples and weak reflectors; 2) thin basalts have less effect than thick basalts; 3) partial basalt cover has less effect than full basalt cover; 4) low frequency seismic waves (especially at large offsets) have better penetration through the basalt than high frequency waves; and 5) the deeper the coal seams are below basalts of limited extent, the less influence the basalts will have on the wave propagation. In addition to providing insights into the issues that arise when seismic surveying under basalts, these observations suggest that careful management of seismic noise and the acquisition of long-offset seismic data with low-frequency geophones have the potential to improve the seismic results.

지표 현무암을 통해 전파하는 탄성파의 거동 - 석탄 탄성파탐사에 적용

탄성파 반사법 탐사는 석탄 구조를 묘사하기 위해 그리고 석탄 채굴법 중 장벽식 채단법(longwall mining)의 위험 경감을 위해 가장 널리 이용되며 가장 효과적인 방법 중의 하나이다. 그러나 이 탄성파 탐사법의 분해능은 화산암의 존재에 의해 영향을 받는다. 호주의 보웬분지(Bowen Basin)와 시드니 분지(Sydney Basin) 일부에 이러한 화산암이 분포하고 있으며, 이러한 지역에서 탄성파 탐사를 이용하여 지하지질구조를 정확히 밝혀내는 데는 어려움이 따를 수 있다. 결과적으로 그러한 지역은 석탄광 후보지로 관성을 끌지 못하게 된다 따라서, 이러한 현무암 지역에서 수행되는 탄성파 탐사의 성공률을 높이기 위한 기법들이 필요하다. 이 연구에서는 탄성파동 방정식에 기초한 모델링 기법을 이용하여 현무암의 물성차, 두계, 횡방향 연장성, 송신원에 대한 상대적인 위치, 다양한 형태의 불균질성이 탄성파 전파에 어떠한 영향을 주는가를 살펴본다. 탄성파 모델링 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 임피던스의 차가 큰 현무암과 다중 흐름(multiple flow)이 있는 경우 다중반사파가 강하게 나타나며 일차반사파가 약하게 나타난다. 2) 현무암층이 앓을 경우 현무암의 존재가 파의 전파에 미치는 효과가 두꺼운 현무암층에 의한 효과보다 적은 것으로 나타났으며, 3) 현무암이 부분적으로 덮여 있을 경우 표변전체가 현무암으로 덮여 있는 경우에 비해 그 효과가 미약하게 나타났다. 4) 저주파의 탄성파(특히 원거리 오프셋에서)가 고주파의 탄성파에 비해 현무암층을 더 잘 통과함을 알 수 있었다. 또한 5) 석탄층이 현무암층으로부터 얼리 떨어져 깊은 곳에 존재할수록 현무암층이 파의 전파에 미치는 영향이 적음을 알 수 있었다. 이러한 연구결과들은 현무암층 하부에 대하여 탄성파 탐사를 수행할 때 발생할 수 있는 문제에 대한 통찰력을 제공할 뿐 아니라 탄성파 잡음을 적절히 처리하고 저주파수 대역의 지오폰으로 원거리 오프셋에서 탄성파 탐사자료를 획득함으로써 탄성파 탐사 결과를 개선시킬 수 있다는 것을 보여준다.