一種煤礦井下三分量槽波地震勘探方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦巷道工作面回采等礦井安全技術(shù)領(lǐng)域，用于精確探測回采工作面 內(nèi)的小斷層、陷落柱、采空區(qū)、煤層厚度變化及夾矸等的空間展布發(fā)育情況，具體涉及一種 煤礦井下三分量槽波地震勘探方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤層中小斷層、陷落柱等小構(gòu)造在煤田普查勘探中很難被發(fā)現(xiàn)，但這些煤層地質(zhì) 中存在的小構(gòu)造嚴(yán)重威脅煤礦生產(chǎn)安全，尤其是在實(shí)際采掘階段，由于煤層地質(zhì)中無法探 明各種潛在的構(gòu)造，可能在采掘過程中出現(xiàn)塌方、冒頂、跑水等生產(chǎn)事故，嚴(yán)重危害生產(chǎn)工 人的生命安全，同時(shí)也會導(dǎo)致該開采區(qū)的采掘無法實(shí)現(xiàn)最大化，造成各種資源的浪費(fèi)。現(xiàn)有 的物探技術(shù)中，井下槽波地震勘探對于解決這些問題具有良好的效果，首先，由于槽波是形 成于煤層內(nèi)的一種特殊地震波，槽波的頻散特征直接反映了煤層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；其次，槽波的 傳播局限于煤槽內(nèi)，攜帶了大量煤層內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造信息;再者，在實(shí)際煤礦井下地震勘探采 集到的地震信號中，槽波具有較強(qiáng)的能量且信噪比高。能夠直接反映煤層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地 質(zhì)構(gòu)造，可以直接指導(dǎo)井下工作面的安全開采。
[0003] 目前，在國內(nèi)采用單一水平分量檢波器固定在錨桿上來采集地震波信號，其施工 方便、快速，可以滿足高密度、大覆蓋面積的觀測系統(tǒng)要求，由于其采用單一水平分量檢波 器來采集井下槽波數(shù)據(jù)，造成不同檢波器方向與槽波的最大振動極化方向存在不同夾角， 因此，對數(shù)據(jù)處理解釋造成一定干擾，使得最終的檢測數(shù)據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果存在誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)上述闡述，本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下三分量槽波地震勘探方法， 避免現(xiàn)有技術(shù)中單一或二分量檢波器在檢測煤層的地質(zhì)構(gòu)造中所存在的精度與質(zhì)量的缺 陷，提高對煤層小斷層、陷落柱、煤厚變化或者夾矸分布等地質(zhì)構(gòu)造的精確性。
[0005] 本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：
[0006] 一種煤礦井下三分量槽波地震勘探方法，包括以下步驟：
[0007] A、數(shù)據(jù)采集:首先建立井下槽波探測觀測系統(tǒng)，合理布設(shè)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)位置，放炮 并采集數(shù)據(jù)；
[0008] B、數(shù)據(jù)預(yù)處理:對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，解編，定義觀測系統(tǒng)，道編輯；
[0009] C、數(shù)據(jù)波場分離:采用時(shí)間域或頻率域的極化濾波方法將三分量槽波數(shù)據(jù)分離為 瑞雷型，即R型槽波數(shù)據(jù)與勒夫型，即L型槽波數(shù)據(jù)；
[0010] D、數(shù)據(jù)分析處理:分別對R型槽波數(shù)據(jù)與L型槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行頻散分析、能量分析、特 征提取、成像及濾波、CMP或CCP道集抽取、速度分析、動校正、疊加及偏移等工作；
[0011] E、綜合地質(zhì)解釋:根據(jù)步驟D中R型槽波與L型槽波的處理成果，結(jié)合已有的地質(zhì)資 料，進(jìn)行綜合的地質(zhì)解釋。
[0012] 上述技術(shù)方案中，所述步驟A中，在井下煤層的中心位置，沿與煤層平行的方向使 用氣囊式三分量檢波器，接收X、y、Z三個(gè)分量的原始記錄，一個(gè)分量平行于煤層層面，垂直 于煤壁記作y分量;另一個(gè)分量平行于煤層面，同時(shí)平行于煤壁，記作X分量;垂直煤層界面， 記作Z分量。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用三分量數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)包含地震全波場信息， 有利于提高地震數(shù)據(jù)的處理解釋精度與質(zhì)量;采用波場分離技術(shù)，可有效分離瑞雷型(R型） 槽波與勒夫型(L型)槽波，亦可有效壓制噪聲，從而提高數(shù)據(jù)處理成像質(zhì)量;對分離后的R型 槽波與L型槽波分別進(jìn)行處理，然后通過對處理結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合解釋，以提高地質(zhì)解釋的唯一 性和準(zhǔn)確度。
【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1為三分量檢波器施工安裝布置示意圖；
[0016] 圖2為透射槽波方法觀測系統(tǒng)示意圖；
[0017] 圖3為反射槽波方法觀測系統(tǒng)示意圖；
[0018] 圖4為3D槽波數(shù)值模擬速度三分量地震記錄剖面，其中4a是速度X分量，4B是速度Y 分量，4C是速度Z分量。
[0019]其中：1是三分量檢波器;2是鉆孔;3是圍巖;4是煤層;5是檢波點(diǎn);6是炮點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所 描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā) 明保護(hù)的范圍。
[0021] 根據(jù)圖1 一圖3所示，本發(fā)明公布實(shí)施例一種煤礦井下三分量槽波地震勘探方法， 包括以下步驟：
[0022] A、數(shù)據(jù)采集:首先建立井下槽波探測觀測系統(tǒng)，合理布設(shè)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)位置;依據(jù) 測量資料及采掘平面圖，建立井下槽波探測觀測系統(tǒng)，可以建設(shè)透射槽波方法觀測系統(tǒng)，選 擇透射法、也可以建設(shè)反射槽波方法觀測系統(tǒng)，選擇反射法，也可以選擇透射反射聯(lián)合法進(jìn) 行槽波的施工設(shè)計(jì)，選擇合適的道間距、炮間距等信息，合理布設(shè)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)位置，繪制施 工布置圖，以保證采集到得數(shù)據(jù)是真實(shí)可靠的。煤層一般處于圍巖之間，接收槽波時(shí)，在巷 道側(cè)幫煤層中心位置，沿與煤層平行的方向，鉆孔的鉆取深度為2m的孔洞，使用氣囊式三分 量檢波器，施工時(shí)將氣囊式三分量檢波器放置在檢波點(diǎn)的孔洞中，道距一般采用5~10m;采 集接收x、y、z三個(gè)分量的原始記錄數(shù)據(jù)，分別記入不同的通道進(jìn)行記錄，其中一個(gè)分量平行 于煤層層面，垂直于煤壁記作y分量；另一個(gè)分量平行于煤層面，同時(shí)平行于煤壁，記作X分 量，垂直煤層界面，記作z分量，最后，形成z分量的單炮記錄、y分量的單炮記錄和X分量的單 炮記錄，三套數(shù)據(jù)。
[0023] B、數(shù)據(jù)預(yù)處理:對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，解編，定義觀測系統(tǒng)，道編輯；
[0024] C、數(shù)據(jù)波場分離:采用時(shí)間域或頻率域的極化濾波方法將三分量槽波數(shù)據(jù)分離為 瑞雷型，即R型槽波數(shù)據(jù)與勒夫型，即L型槽波數(shù)據(jù)，波場分離可采用時(shí)間域或頻率域的極化 濾波方法。本發(fā)明采用基于協(xié)方差矩陣的極化濾波方法，協(xié)方差矩陣極化濾波方法的具體 細(xì)節(jié)如下：
[0025] 協(xié)方差矩陣法所用的濾波器是一個(gè)時(shí)變算子，對三分量地震記錄的某個(gè)時(shí)間區(qū)間 計(jì)算協(xié)方差矩陣的二次型，其結(jié)果是一個(gè)橢球方程。其半軸比反映了線性程度及偏振方向 一致的能量取向。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡上的采樣點(diǎn)可以看作為一批空間隨機(jī)點(diǎn)的集合，這樣就可 以使用協(xié)方差矩陣，用統(tǒng)計(jì)的方法在這些空間點(diǎn)求出極化方向，并且可以用參數(shù)表示極化 的質(zhì)量，把參數(shù)用于濾波中。就三分量槽波地震記錄而言，選取一個(gè)時(shí)間段及一個(gè)時(shí)窗作為 研究的范圍，即選取三分量記錄中N個(gè)樣點(diǎn)的時(shí)窗(T1，T2)，每個(gè)點(diǎn)的三分量值Xi、Yi、Zi在 (ΤΙ、T2)時(shí)窗內(nèi)的平均值分別為：
[0027] 其中，（Ν2_Νι) Δ t = Τ2_Τι，Δ t是米樣率;N=N2_N1+1。
[0028] 之后運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法，針對時(shí)窗內(nèi)所有采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，求得每個(gè)分量在時(shí)窗內(nèi)的 均值，進(jìn)而構(gòu)造出一個(gè)協(xié)方差矩陣。協(xié)方差矩陣就可以寫為：
[0031] 隨后通過求解矩陣，得出其特征值和特征向量，計(jì)算出偏振方向，構(gòu)造出調(diào)制函 數(shù)，然后對時(shí)窗內(nèi)各采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，分別乘以調(diào)制函數(shù)即可完成分析；
[0032] D、數(shù)據(jù)分析處理:分別對R型槽波數(shù)據(jù)與L型槽波數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析處理。具體為： 速度層析成像一一AGC或反Q濾波、頻散分析、拾取某一主頻的走時(shí)信息和CT成像;振幅層析 成像一一頻散分析、高斯帶通濾波、包絡(luò)計(jì)算、艾利相振幅拾取和CT成像;反射波疊加偏移 成像一一初至切除、AGC或反Q濾波、濾波(壓制噪聲）、頻散分析、高斯帶通濾波、包絡(luò)計(jì)算、 CMP或CCP道集抽取、速度分析、動校正、疊加及偏移；
[0033] E、綜合地質(zhì)解釋:根據(jù)步驟C中反演得到的速度模型和衰減系數(shù)模型圖，結(jié)合已有 的地質(zhì)資料，進(jìn)行綜合的地質(zhì)解釋。
[0034]根據(jù)圖1、圖4所示，實(shí)施例模型為煤層厚5m、圍巖對稱的三層層狀均勻模型；采用 200Hz的Ricker子波做為震源時(shí)間函數(shù);震源位置為煤層中心，縱測線布置于煤層中心且過 震源點(diǎn)。
[0035]通過分析圖4中的三分量槽波地震記錄可知，速度y分量記錄了L型槽波信息，速度 z分量記錄了R型槽波的信息，而速度X分量含有R和L型槽波的信息。在實(shí)際槽波勘探中，不 同方向亦會采集到不同的槽波信息。
[0036]因此，采用三分量數(shù)據(jù)采集方式，才能夠記錄到全部的地震槽波波場信息。從而， 可以更有效的進(jìn)行波場分離和噪聲壓制;可同時(shí)利用R型和L型槽波波場信息來進(jìn)行反演和 疊加成像，并進(jìn)行綜合地質(zhì)解釋，以提高槽波勘探的適用性和分辨率。
[0037]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煤礦井下三分量槽波地震勘探方法，其特征在于:包括以下步驟： A、 數(shù)據(jù)采集:首先建立井下槽波探測觀測系統(tǒng)，合理布設(shè)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)位置，放炮并采 集數(shù)據(jù)； B、 數(shù)據(jù)預(yù)處理:對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，解編，定義觀測系統(tǒng)，道編輯； C、 數(shù)據(jù)波場分離:采用時(shí)間域或頻率域的極化濾波方法將三分量槽波數(shù)據(jù)分離為瑞雷 型，即R型槽波數(shù)據(jù)與勒夫型，即L型槽波數(shù)據(jù)； D、 數(shù)據(jù)分析處理:分別對R型槽波數(shù)據(jù)與L型槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行頻散分析、能量分析、特征提 取、成像及濾波、CMP或CCP道集抽取、速度分析、動校正、疊加及偏移等工作； E、 綜合地質(zhì)解釋:根據(jù)步驟D中R型槽波與L型槽波的處理成果，結(jié)合已有的地質(zhì)資料， 進(jìn)行綜合的地質(zhì)解釋。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種煤礦井下三分量槽波地震勘探方法，其特征在于:所述步驟 A中，在井下煤層的中心位置，沿與煤層平行的方向使用氣囊式三分量檢波器，接收x、y、z三 個(gè)分量的原始記錄，一個(gè)分量平行于煤層層面，垂直于煤壁記作y分量；另一個(gè)分量平行于 煤層面，同時(shí)平行于煤壁，記作X分量;垂直煤層界面，記作z分量。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種煤礦井下三分量槽波地震勘探方法，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)波場分離、數(shù)據(jù)分析處理、綜合地質(zhì)解釋步驟，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用三分量數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)包含地震全波場信息，有利于提高地震數(shù)據(jù)的處理解釋精度與質(zhì)量；采用波場分離技術(shù)，可有效分離瑞雷型(R型)槽波與勒夫型(L型)槽波，亦可有效壓制噪聲，從而提高數(shù)據(jù)處理成像質(zhì)量；對分離后的R型槽波與L型槽波分別進(jìn)行處理，然后通過對處理結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合解釋，以提高地質(zhì)解釋的唯一性和準(zhǔn)確度。
【IPC分類】G01V1/40
【公開號】CN105572745
【申請?zhí)枴緾N201510917383
【發(fā)明人】李志勇, 朱海蘭, 何良, 張武
【申請人】北京中礦大地地球探測工程技術(shù)有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月10日