一种基于谱分解的煤层火成岩侵入位置直接指示方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤层火成岩位置指示方法，特别是一种基于谱分解的煤层火成岩 侵入位置直接指示方法。
【背景技术】
[0002] 在我国很多煤矿企业中，其主采煤层存在较严重的火成岩侵入问题。除了部分煤 层被侵入的火成岩完全替代以外，大部分煤层仅部分被侵入的火成岩替代。当侵入的火成 岩部分替代煤层时，其在煤层中的位置主要有三种，即顶部、底部和中部。
[0003]由于火成岩的硬度远大于煤层的硬度，井下采煤时，割煤机等机械设备很容易因 割到火成岩而加速磨损，同时也降低了割煤效率，从而造成较大的经济损失。在煤层回采 前，如果可以准确预测侵入的火成岩在煤层中的准确位置。在煤层回采设计阶段，就可以预 先考虑煤层火成岩侵入因素的影响。通过优化煤层回采设计，避免发生采煤机械因切割火 成岩而造成的机械加速磨损和开采效率降低。
[0004] 对于煤层火成岩侵入位置的预测来说，目前使用最广泛的方法是钻孔标定法。即 通过采区内现有钻孔所揭露的煤层火成岩侵入位置，预测采区内的煤层火成岩侵入位置。 由于煤层相对于其顶底板围岩和火成岩来说，比较松软。火成岩在侵入煤层时，其侵入位置 可能会因为空间位置的不同，发生较剧烈的变化。因此，通过钻孔标定侵入煤层的火成岩位 置，精度较低，可靠性较差。
[0005] 另一方面，火成岩在侵入煤层时，一般会沿着煤层侵入。因此，侵入煤层中的火成 岩和煤层一样，呈层状分布、形成岩床。在进行煤田三维地震勘探时，不论煤层是否被火成 岩所侵入，一般都会有较好的煤层反射波。与正常煤层反射波不同，当煤层中含有侵入的火 成岩时，煤层反射波的运动学和动力学特征都会发生相应的变化。而且，运动学和动力学特 征的变化，会因为火成岩侵入位置的不同而存在一定的差异。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是要提供一种具有预测真实、可靠，预测方法科学、简捷的基于谱分 解的煤层火成岩侵入位置直接指示方法。
[0007]本发明的目的是这样实现的：火成岩位置直接指示方法：1)通过人机交互，在常 规三维地震数据体上拾取煤层反射波同相轴；2)根据煤层反射波的特征，沿煤层反射波同 相轴提取煤层反射波数据，生成子数据体；3)利用谱分解算法，对子数据体中的每一个地 震道进行谱分解，获得相应的时频谱；4)对于每一个时频谱，搜索其各个频率曲线的最大 响应值，将最大响应值对应的时间和频率绘制成交会图；5)利用线性回归分析方法，拟合 交会图中的散点，获得截距和梯度值；6)将所有地震道的截距和梯度值绘制成交会图，根 据每一个地震道在交会图中的位置，直接指示火成岩的侵入位置。
[0008] 火成岩位置直接指示方法，具体步骤如下：
[0009] 1)通过人机交互，在常规三维地震数据体上拾取煤层反射波同相轴；
[0010] 具体方法如下：①收集采区内已有的测井资料，制作合成地震记录；②将合成地 震记录与井旁道进行对比，识别出煤层反射波的位置和相位；③将识别出的煤层反射波位 置和相位作为控制点，利用人机交互在全区拾取煤层反射波同相轴；
[0011] 2)根据煤层反射波的特征，沿煤层反射波同相轴提取煤层反射波数据，生成子数 据体；
[0012] 具体方法如下：①根据煤层反射波的特征，确定数据提取时的时间窗上界、时间窗 下界和时间窗长度；②将提取的时间窗函数确定为钟形高斯窗；③沿交互拾取的煤层反射 波同相轴，依次提取每个地震道的煤层反射波数据，生成子数据体；
[0013] 3)利用谱分解算法，对子数据体中的每一个地震道进行谱分解，获得相应的时频 谱；
[0014] 具体方法如下：①提取子数据体中每一道的煤层反射波数据；②根据煤层反射波 的特征，合理选择时频谱的起始频率、终止频率和步长等参数；③选取合适的谱分解算法， 为小波变换或S变换等；④计算数据体中每一个地震道的时频谱；
[0015] 4)对于每一个时频谱，搜索其各个频率曲线的最大响应值，将最大响应值对应的 时间和频率绘制成交会图；
[0016] 具体方法如下：①搜索时频谱中各个频率曲线的最大响应值；②读取各个频率曲 线最大响应值对应的时间；③以频率为横坐标、最大响应值对应的时间为纵坐标，绘制交会 图；
[0017] 5)利用线性回归分析方法，拟合交会图中的散点，计算截距和梯度值；
[0018] 具体方法如下：①根据交会图中散点分布的特点，选取线性回归的数据范围，起始 频率选为20Hz，终止频率选为100Hz;②根据最小二乘法原理，对数据范围内的散点进行线 性回归；③根据线性回归所获得的直线方程，计算拟合直线的截距和梯度值；
[0019] 6)将所有地震道的截距和梯度值绘制成交会图，根据每一个地震道在交会图中的 位置，直接指示火成岩的侵入位置；
[0020] 具体方法如下：①将所有地震道所对应的截距和梯度依次排序；②绘制截距和梯 度的交会图；③根据交会图中散点的分布特点，定义阈值线，初步指示火成岩侵入位置；④ 将初步指示结果与已知钻孔揭露情况进行对比，验证定义的阈值线是否合理；⑤如果合理， 则初步指示火成岩位置为煤层火成岩侵入位置的直接指示；如果不合理，则重新定义阈值 线，重复步骤④直到获得满意结果为止。
[0021] 有益效果，由于采用了上述方案，通过提取煤层反射波的运动学和动力学特征，预 测煤层火成岩的侵入位置，对煤层反射波进行谱分解，获得煤层反射波的时频谱；再利用线 性回归分析，定量获得煤层反射波响应最大值对应的时间随子波频率的变化关系；最后，通 过设定阀值线，直接指示煤层中火成岩的侵入位置；煤矿采区的三维地震数据空间网格密 度远大于钻孔的空间网格密度，提高煤层火成岩侵入位置的预测精度。
[0022] 1)预测成果更直观，与煤层火成岩的侵入位置直接对应。本发明的预测成果直接 对应煤层的火成岩侵入位置，即对应煤层中火成岩是从顶部、底部或中部侵入煤层。因此， 可以直接用于指导煤层回采方案的设计，有利于减少割煤机等机械设备的加速磨损，也有 利于煤层回采效率的提高。
[0023] 2)探测煤层火成岩侵入位置的精度更高。由于本发明在预测时使用的是三维地震 数据体，数据的空间采样密度要远大于钻孔密度。因此，对于煤层火成岩侵入位置的刻画比 较精确，明显减小所预测煤层火成岩侵入位置的横向摆动，所预测煤层火成岩侵入位置的 横向摆动小于20m。
[0024] 3)探测成果的可靠性更高。由于本发明所采用的原始数据是三维地震数据、而不 是钻探数据，数据的空间采样密度达到5mX5m，甚至更高。因此，具有较高的可靠性和预测 准确率。
[0025] 4)预测方法简单，生产效率较高。
[0026] 优点：提高了煤层火成岩侵入位置的预测精度，使煤矿采区煤层火成岩侵入位置 的定量预测成为可能，具有预测真实、可靠，预测方法科学、简捷，预测结果定量、直观、高精 度等特点，完全满足煤矿采区煤层高产、高效回采的要求。
【附图说明】：
[0027] 图1为本发明的煤层反射波层位交互拾取示意图。
[0028] 图2为本发明的煤层反射波地震道对应时频谱示意图。
[0029] 图3为本发明的时频谱中提取的频率-时间交会图示意图。
[0030] 图4为本发明的线性回归后截距_梯度交会图示意图。
[0031] 图5为本发明的截距-梯度交会图直接指示煤层火成岩侵入位置流程图。
[0032] 图中：1、地震道；2、交互拾取的层位；3、时间窗上界；4、时间窗下界；5、时频谱响 应曲线；6、时频谱响应曲线的最大值点；7、频率-时间交会图中的散点；8、线性回归拟合直 线；9、火成岩顶部侵入时截距-梯度交会图中的散点；10、火成岩中部侵入时截距-梯度交 会图中的散点；11、火成岩底部侵入时截距-梯度交会图中的散点；12、火成岩顶部侵入和 中部侵入的阀值线；13、火成岩底部侵入和中部侵入的阀值线。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本发明作进一步说明
[0034] 实施例1 : 一种基于谱分解的煤层火成岩侵入位置直接指示方法包括如下步骤：
[0035] 1)通过人机交互，在常规三维地震数据体上拾取煤层反射波同相轴；2)根据煤层 反射波的特征，沿煤层反射波同相轴提取煤层反射波数据，生成子数据体；3)利用谱分解 算法，对子数据体中的每一个地震道进行谱分解，获得相应的