一種煤礦井下槽波地震勘探的走時(shí)和振幅聯(lián)合反演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦巷道掘進(jìn)、工作面回采等礦井安全技術(shù)領(lǐng)域，用于精確探測(cè)煤巷 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分布等地質(zhì)異常情況，具體涉及 一種煤礦井下槽波地震勘探的走時(shí)和振幅聯(lián)合反演方法。
【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(wú)法探 明各種潛在的構(gòu)造，可能在采掘過(guò)程中出現(xiàn)塌方、冒頂、跑水、瓦斯泄露等生產(chǎn)事故，嚴(yán)重危 害生產(chǎn)工人的生命安全，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致該開(kāi)采區(qū)的采掘無(wú)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(duì)于解決這些問(wèn)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(hào)中，槽波具有較強(qiáng)的能量且信噪比高。在煤層地質(zhì)條件較為 單一的情況下，利用透射槽波的艾利相振幅或者某一主頻的走時(shí)信息，通過(guò)傳統(tǒng)的單一參 數(shù)的反演方法可以有效的成像出煤層中的某一主要的地質(zhì)構(gòu)造，如小斷層、陷落柱、煤厚變 化或者夾矸分布。但是，在煤層地質(zhì)條件較為復(fù)雜的煤層中，如斷層發(fā)育較多、煤厚變化(或 夾矸變化)加雜其它地質(zhì)構(gòu)造的情況，則傳統(tǒng)的單一參數(shù)的反演方法的結(jié)果往往與實(shí)際煤 層地質(zhì)情況存在較大差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)上述闡述，本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下槽波地震勘探的走時(shí)和振幅 聯(lián)合反演方法，在煤層地質(zhì)條件較為復(fù)雜的煤層中，可以有效的成像出煤層中的某一主要 的地質(zhì)構(gòu)造，如小斷層、陷落柱、煤厚變化或者夾矸分布。
[0004] 本發(fā)明提供的一種煤礦井下槽波地震勘探的走時(shí)和振幅聯(lián)合反演方法，利用槽波 (勒夫型或瑞雷型）的艾利相振幅和某一主頻的走時(shí)信息，采用分別獨(dú)立計(jì)算和聯(lián)合收斂的 方式，其反演計(jì)算可采用ART、SIRT、共輒梯度方法或阻尼最小二乘方法，迭代過(guò)程中采用模 型解的聯(lián)合評(píng)價(jià)及修正，最終得到速度模型和衰減系數(shù)模型，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，可以減少 反演結(jié)果的多解性，使槽波反演成像結(jié)果更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確。
[0005] 本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：
[0006] -種煤礦井下槽波地震勘探的走時(shí)和振幅聯(lián)合反演方法，包括以下步驟：
[0007] A、走時(shí)提取:將槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、濾波、頻散分析后得到每一道的頻散曲線譜 圖，對(duì)所有有效的道記錄，從其頻散曲線圖中拾取槽波某一主頻的走時(shí)數(shù)據(jù)；
[0008] B、振幅提取:經(jīng)去噪、幾何擴(kuò)散校正、頻散分析和時(shí)頻分析、高斯帶通濾波、包絡(luò)計(jì) 算后，拾取完成所有道的艾利相振幅值；
[0009] C、走時(shí)和振幅聯(lián)合反演成像:利用步驟A中的實(shí)際走時(shí)數(shù)據(jù)和步驟B中的實(shí)際振幅 數(shù)據(jù)，同時(shí)開(kāi)始各自的反演計(jì)算，聯(lián)合評(píng)價(jià)慢度模型解和衰減系數(shù)模型解，并計(jì)算經(jīng)驗(yàn)相似 系數(shù)模型分布；
[0010] D、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。
[0011] 上述技術(shù)方案中，所述步驟A之前，還包括步驟:透射槽波數(shù)據(jù)的預(yù)處理和分析:所 述步驟將透射槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行置道頭、去壞道及切除、旋轉(zhuǎn)、頻譜分析、極化分析及震相識(shí)別。
[0012] 上述技術(shù)方案中，所述步驟C中，如滿足要求，則輸出最終模型解;否則，根據(jù)相似 系數(shù)模型分布，進(jìn)行加權(quán)模型平滑，并再次進(jìn)行反演迭代計(jì)算。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述步驟C中，反演方法可任一選擇采用ART、SIRT、阻尼最小二 乘法和共輒梯度方法。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用槽波某一主頻的走時(shí)和艾利相振幅信息，進(jìn) 行聯(lián)合反演，可有效的減少反演的多解性問(wèn)題，增強(qiáng)反演結(jié)果的準(zhǔn)確性。從而，在復(fù)雜煤層 地質(zhì)條件下，采用此方法可使反演成像結(jié)果更為穩(wěn)定和可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 為了更清楚地說(shuō)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(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為透射槽波走時(shí)和振幅聯(lián)合反演方法流程圖；
[0017] 圖2為實(shí)際透射槽波觀測(cè)勘探施工設(shè)計(jì)圖；
[0018] 圖3為實(shí)際透射槽波原始單炮地震剖面記錄；
[0019] 圖4為典型透射槽波地震信號(hào)頻散分析圖；
[0020] 圖5為實(shí)際槽波層析成像及地質(zhì)解釋圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)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?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)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。
[0022] 實(shí)施例為某礦一個(gè)工作面內(nèi)透射槽波勘探施工設(shè)計(jì)圖，根據(jù)圖2所示，該工作面開(kāi) 采深度達(dá)1000多米，地壓較高，且位于一大向斜構(gòu)造側(cè)翼，傾角達(dá)30°，導(dǎo)致內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜， 槽波勘探的工作面范圍為長(zhǎng)750m，寬150m，且煤層傾角約30°。野外觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)為:道 間距10m，炮間距30m，總炮數(shù)25，總道數(shù)76。
[0023] 根據(jù)圖1所示，將實(shí)施例按照本發(fā)明的一種煤礦井下槽波地震勘探的走時(shí)和振幅 聯(lián)合反演方法，其可通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0024] 第一步：透射槽波數(shù)據(jù)的預(yù)處理和分析，透射槽波數(shù)據(jù)包括置道頭、去壞道及切 除、旋轉(zhuǎn)、頻譜分析、極化分析及震相識(shí)別。
[0025] 第二步:走時(shí)屬性提取，將預(yù)處理后的槽波數(shù)據(jù)，進(jìn)行去噪、AGC及頻散分析，從頻 散圖中拾取每道的某一主頻的走時(shí)信息。
[0026] 第三步:振幅屬性提取，將預(yù)處理后的槽波數(shù)據(jù)，進(jìn)行去噪、頻散分析、高斯帶通濾 波和包絡(luò)計(jì)算，并從剖面圖中拾取槽波的艾利相振幅值。