专利名称：一种基于多波地震数据的煤岩强度的检测方法
技术领域：
本发明涉及煤矿的检测领域，尤其涉及一种基于多波地震数据的煤岩强度的检测方法。
背景技术：
煤与瓦斯突出是煤矿生产中遇到的一种极其复杂的矿井瓦斯动力现象，其机理迄今为止仍没有被人们完全认识。大量矿井实测资料与实验室研究结果表明煤与瓦斯的突出是地应力、煤岩强度、裂隙发育、煤的结构等多种因素综合作用的结果；其中煤岩的强度值与某种变形方式(单轴压缩、拉伸、剪切)相联系，反映了煤岩的抗破坏能力，是预测煤与瓦斯突出的重要参数之一。当前存在以下几种方式来判定煤岩强度针对美国典型地区煤田测井与钻孔数据，通过声波时差与煤岩强度的统计分析，建立了利用声波速度预测煤岩强度的方法和经验公式。通过室内的声波速度测试和煤岩单轴抗压强度测试建立了利用纵波速度预测抗压强度的方法，并将其应用于采矿设计与井下现场煤岩强度预测。通过数值模拟实验证明了含瓦斯煤岩的抗压强度随着瓦斯压力的增加而呈非线性降低。通过载荷实验，测试了煤岩的润湿程度与抗压强度之间的关系，随着含水饱和度的增加，煤岩的抗压强度降低。鉴于煤岩的易碎性和抗压强度测量存在的误差，可以利用重构煤样抗压强度逼近原煤样的方法。 由于煤岩强度的测量比较复杂，单一变形方式下测出的强度参数难以全面反映煤岩的抗破坏能力，而坚固性反映的是岩石在几种变形方式的组合作用下的抵抗破坏的能力，所以在国内一般采用坚固性系数f来评价煤岩的强度。通常将煤层坚固性系数f作为煤与瓦斯突出细则单项指标之一，并规定其临界值为0. 5，当f > 0. 5，煤岩强度较高，煤与瓦斯发生突出的危险性较小；当f < 0. 5时，煤与瓦斯发生突出的危险性较高，但是否一定会发生突出， 还必须综合分析其它各种因素。所以若能在新采区动工之前对煤岩坚固性进行三维预测， 可以为煤矿安全生产提供一个有利评估参数。目前，煤矿进行煤岩坚固性预测一般采用钻孔取样测量的方法。这种方法虽然能直接获得煤体的强度信息，但单点的信息量不足以用来在整个工区上进行煤与瓦斯的突出预测；获得区域上煤岩坚固性的变化规律对于煤矿的安全生产来说至关重要。通过对全国不同类型突出煤层的煤样进行了实验室测量，得出了煤岩的坚固性系数与煤岩变形模量之间的一般性规律，这也为利用地震勘探技术预测煤岩的强度提供了岩石物理力学基础。变形模量与压缩模量都是反映岩石压缩性的重要指标，两者的差别在于单轴压缩测试时所受的侧限条件不同，但是两者可以通过泊松比建立线性换算关系。岩石的泊松比与压缩模量都可以用纵、横波速度与密度换算得到，而在三维三分量(3D3C)地震勘探中，通过多波地震数据的反演可以获得整个工区内岩石的纵、横波速度以及密度参数，这使得通过多波地震数据反演整个工区内煤岩坚固性系数成为可能。当前需要一种根据多波地震与测井数据检测煤岩强度，进而判定目标煤层中煤与瓦斯突出的可能性的技术方案，保障煤矿的安全生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多波地震数据的煤岩强度的检测方法，以解决判定目标煤层中煤与瓦斯突出的可能性的问题，保障了煤矿的安全生产。为了解决上述问题，本发明提供了一种基于多波地震数据的煤岩强度的检测方法，包括步骤A、通过多波地震数据和测井数据获得纵、横波速度模型以及密度模型，并通过测井速度模型建立初始速度模型；步骤B、根据初始速度模型分别生成PP波与PS波的合成地震记录，计算得到叠加数据与合成地震记录的总残差；步骤C、通过所述初始速度模型以及计算得到的密度计算初始模型的纵、横波阻抗，根据得到的纵、横波速度模型与密度模型，计算得到波阻抗模型与测井外推波阻抗模型的总残差；步骤D、根据得到的所述叠加数据与合成地震记录的总残差和所述波阻抗模型与测井外推波阻抗模型的总残差，计算PP波与PS波井震联合反演的目标函数值；判断若目标函数值不满足精度要求，则修改各层的纵、横波速度值，建立新的纵、横波速度模型，并返回到所述步骤A，继续迭代至目标函数值收敛为止；步骤E、在所述目标函数值收敛后，获得一达到测井分辨率的纵、横波速度数据体以及计算得到的密度数据体，提取沿煤层的切片，计算获得整个平面上的目标煤层的坚固性系数进一步地，上述方法还可包括所述步骤A中还包括将PS波叠加数据压缩到纵波反射时间上，实现层位的完全匹配；通过子波调制，将PP波与压缩后的PS波地震子波的形态完全相同，获得多波地震数据。进一步地，上述方法还可包括所述通过测井速度模型建立初始速度模型的步骤， 包括沿层将测井速度模型加入少量扰动后建立初始速度模型；其中，判断若目标煤层的工区没有横波和密度测井曲线，则分别通过Castagna方式以及Gardner方式从纵波速度曲线进行计算后建立初始速度模型。进一步地，上述方法还可包括所述步骤B中还包括根据初始速度模型通过以下公式计算平均入射角下的PP波与PS波的反射系数，分别生成PP波与PS波的合成地震记彭欤、与巧；通过合成记录的振幅量级调整PP波与PS波数据体的振幅量级，使得PP波与压缩后的PS波的振幅具有可比性；计算叠加数据与合成记录的总残差Sraw-Ssyn ；其中，公式为
权利要求
1.一种基于多波地震数据的煤岩强度的检测方法，其特征在于，包括步骤A、通过多波地震数据和测井数据获得纵、横波速度模型以及密度模型，并通过测井速度模型建立初始速度模型；步骤B、根据初始速度模型分别生成PP波与PS波的合成地震记录，计算得到叠加数据与合成地震记录的总残差；步骤C、通过所述初始速度模型以及计算得到的密度计算初始模型的纵、横波阻抗，根据得到的纵、横波速度模型与密度模型，计算得到波阻抗模型与测井外推波阻抗模型的总残差；步骤D、根据得到的所述叠加数据与合成地震记录的总残差和所述波阻抗模型与测井外推波阻抗模型的总残差，计算PP波与PS波井震联合反演的目标函数值；判断若目标函数值不满足精度要求，则修改各层的纵、横波速度值，建立新的纵、横波速度模型，并返回到所述步骤A，继续迭代至目标函数值收敛为止；步骤E、在所述目标函数值收敛后，获得一达到测井分辨率的纵、横波速度数据体以及计算得到的密度数据体，提取沿煤层的切片，计算获得整个平面上的目标煤层的坚固性系数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中还包括将PS波叠加数据压缩到纵波反射时间上，实现层位的完全匹配； 通过子波调制，将PP波与压缩后的PS波地震子波的形态完全相同，获得多波地震数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过测井速度模型建立初始速度模型的步骤，包括沿层将测井速度模型加入少量扰动后建立初始速度模型；其中，判断若目标煤层的工区没有横波和密度测井曲线，则分别通过Castagna方式以及Gardner方式从纵波速度曲线进行计算后建立初始速度模型。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中还包括根据初始速度模型通过以下公式计算平均入射角下的PP波与 PS波的反射系数，分别生成PP波与PS波的合成地震记录^^与^^ ；通过合成记录的振幅量级调整PP波与PS波数据体的振幅量级，使得PP波与压缩后的PS波的振幅具有可比性； 计算叠加数据与合成记录的总残差^aw-Ssyn ；其中，公式为
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中还包括通过初始速度模型以及Gardner方式计算得到的密度计算初始模型的纵、横波阻抗Z^1与Z^，将测井数据外推得到的纵、横波速度模型分别与密度模型相乘得到Z=与Z=，并计算反演得到的波阻抗模型与测井外推波阻抗模型的总残差其中，Zwell-Zinv为测井外推数据得到的P波阻抗Z=与反演得到P波阻抗Z=之间残差与测井外推数据得到的S波阻抗Z=与反演得到S波阻抗Z=之间残差的和。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤D是通过以下公式计算得到PP波与PS波井震联合反演的目标函数T ； 其中，公式为
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤E中还包括在所述目标函数值收敛后，获得一达到测井分辨率的纵、横波速度数据体以及通过(Gardner方式计算得到的密度数据体，提取沿煤层的切片，并通过以下公式获得整个平面上的目标煤层的坚固性系数f，其中，公式为
全文摘要
一种基于多波地震数据的煤岩强度的检测方法，包括A、通过多波地震数据和测井数据获得纵、横波速度模型以及密度模型，并通过测井速度模型建立初始速度模型；B、生成合成地震记录，计算得到叠加数据与合成地震记录的总残差；C、计算得到波阻抗模型与测井外推波阻抗模型的总残差；D、计算目标函数值，判断若该值不满足精度要求，则修改各层的纵、横波速度，建立新的纵、横波速度模型，返回步骤A，继续迭代至目标函数值收敛为止；E、在目标函数值收敛后，获得一达到测井分辨率的纵、横波速度数据以及计算得到的密度数据，提取沿煤层的切片，计算获得整个平面上目标煤层的坚固性系数。本发明解决了判定目标煤层中煤与瓦斯突出可能性的问题。
文档编号G01N9/36GK102359924SQ20111027747
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者王赟, 芦俊 申请人:中国地质大学(北京)