一种槽波地震多属性参数层析方法与流程

本发明涉及一种煤矿井下槽波地震勘探方法，更具体的说，是涉及一种槽波地震多属性参数层析方法。

背景技术：

目前，槽波地震数据层析成像主要运用槽波的时间、P波的时间参数进行速度成像，通过时间参数反算煤层中槽波或P波的速度分布情况，从而反演地质构造异等。此方法在构造较为简单的条件下可取得良好的效果，但是在构造稍复杂的情况下，例如大断层可阻断槽波或P波的传播，从而使检波器接收不到槽波或P波，导致无法用时间参数来反算速度。而且，速度参数并非槽波对异常体反应最敏感的参数。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，而提供一种运用槽波、P波、S波的时间反演速度，槽波、P波、S波的能量反演断层、槽波的频率反演煤厚，并综合对比分析，用于指导煤矿工作面内构造、煤厚变化、顶底板破碎带等问题的一种槽波地震多属性参数层析方法。

本发明的一种槽波地震多属性参数层析方法，方法包括如下步骤：

1)理论模型分析；

依据工作面内顶板、煤层、夹矸、底板的密度和速度等参数建立地层模型，运用槽波频散方程计算频散曲线，从而确立槽波埃里相位的速度和频率参数，为槽波的处理提供技术参数；

2)地震数据预处理；

地震数据预处理包括常规预处理和特殊预处理；常规预处理和地面地震波预处理类似，包括建立观测系统、剔除坏道、极性反转、一维频率域滤波、频谱分析，能量分析等；特殊预处理主要针对槽波进行的处理，包括柱面扩散矫正、极化旋转、两分量的旋转与合成、频散分析、时频分析、速度分析等；

3)参数的拾取方法；

多属性参数层析技术主要运用槽波、P波、S波的时间参数来反演速度，运用槽波、P波、S波的能量反演断层，运用槽波的频率反演煤厚，先提取出这些参数数据；实测地震记录上往往同时存在P波、S波和槽波，采取开时窗对三种类型的波进行手动参数拾取，参数包括时间、能量、频率三类；时间为拾取波形的初至时间，能量为时窗内记录包络计算求和并进行地层衰减补偿后的真振幅能量值，频率值为时窗内的计算进行傅里叶变换求取的主频值；

4)能量、频率矫正算法；

槽波数据随炮检距的变化呈指数衰减，而且受到激发药量、检波器耦合等因素的影响，使各道的槽波能量呈现出数量级的差异，构造引起的槽波能量变化难以体现出来，也无法直接进行层析成像，采用能量、频率矫正算法，矫正掉炮检距、激发药量、检波器耦合等因素造成的槽波能量差异，矫正后的能量参数可直接用于层析成像；

5)层析成像；

层析成像采用直射线正演和SIRT反演算法；层析成像算法包括走时层析成像算法，能量、频率层析成像算法。

作为优选进一步的，所述步骤(4)中所述能量、频率矫正算法具体分如下步骤：

a)对每一道地震数据做振幅谱，从0-500hz，每间隔5Hz取一个频点，共101个；

b)取出所有道的第一个频点，按炮检距大小排序，对排序后的数据做线性回归分析，然后回归线拉水平，频点跟着回归线一起上提；

c)同理，取出所有道的第二个、第三个频点，直到做完所有频点；

d)对于每一道，分别取出它校正后的101个频点中最大值，作为该道校正后的能量值，即完成能量矫正，矫正后的数据在0～1之间；

e)频率矫正和能量矫正方法相同。

作为优选进一步的，所述步骤(5)中的走时层析成像算法，包括以下步骤：

a)建立工作面初始模型，划分计算网格；

b)直射线追踪，找出地震波从炮点到接收点的传播路径，并算出理论走时；

c)根据理论走时与实际拾取走时的差值来反演求解，对模型进行修正；

d)对修正后的模型进行插值处理；

e)对修正后的模型进行平滑；

f)重复上述b～e四个步骤,直到模型修正满足一定的要求。

作为优选进一步的，所述步骤(5)中能量和频率层析成像算法：

a)建立工作面初始模型，划分计算网格；

b)直射线追踪，能量和频率首先乘以对应的炮检距，然后按照射线长度分配到各个网格中；

c)根据理论能量、频率与实际拾取的能量、频率差值来反演求解，对模型进行修正；

d)对修正后的模型进行插值处理；

e)对修正后的模型进行平滑；

f)重复上述b～e四个步骤,直到模型修正满足一定的要求。

本发明的有益效果是：和现有技术相比，运用槽波的时间、P波的时间参数进行速度层析成像，在构造稍复杂的情况下，大断层可阻断槽波或P波的传播，从而使检波器接收不到槽波或P波，导致用时间参数来反算速度不准确。对于煤矿生产，构造是首要问题，速度参数并非对构造反应最敏感的参数，实践表明，对构造反应最为敏感的参数是槽波埃里相能量，对煤厚反应敏感的参数是槽波的频率，此外直达P波、S波的能量、频率、速度也有一定的反应。基于此，本发明实现多属性参数层析技术，即运用槽波、P波、S波的时间反演速度，槽波、P波、S波的能量反演断层、槽波的频率反演煤厚，并综合对比分析，解决工作面内构造、煤厚变化、顶底板破碎带等问题效果显著。

附图说明

图1为理论槽波频散曲线；

图2为预处理后单炮记录；

图3为槽波能量层析成像结果；

图4为槽波频率层析成像结果；

图5为CT成像结果的地质解释结果图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于实施例。

实施例1某个煤矿工作面槽波勘探实例：

(1)地质任务；

煤层内的断层等构造给煤矿安全生产带来一定的隐患，因此需要探明工作面内的地质异常区域，为工作面回采提供地质保障。本次工作面槽波地震探测的地质任务如下：查明工作面内落差大于1/2煤厚的断层发育情况、查明工作面内长轴直径大于20m的陷落柱、对其他地质异常体进行解释。

(2)工作面概况；

煤矿工作面走向长1938m，倾斜长219.7m。该工作面主采煤层为3#煤层，煤层厚度一般为4.2m-5.0m，平均煤厚为4.6m，煤层结构简单，煤层倾角为1～8°，平均5°。工作面东侧为5103巷和5105巷，且这两条巷道正在掘进。北侧为5303工作面，正在掘进。

工作面由53032巷、切眼、53162巷、53162联络巷组成，槽波勘探区域为该4条巷道包围区域(停采线以外不进行探测，观测系统布置延伸至停采线以外50m)。

5316工作面53032巷长度1317m；5316切眼探测长度为273m，53162巷探测长度为1317m。探测巷道总长度为3180m，探测区域面积为359541m2。

(3)槽波特征的理论分析；

根据测区煤层及围岩的密度、P波和S波速度、煤层厚度及结构等资料，从理论上计算槽波的频散曲线及振幅分布曲线，进一步合成槽波记录，预测槽波尤其是埃里震相的速度、频散特征与振幅分布等，为设计和施工、资料处理及分析提供理论指导。

如图1所示，根据该矿实际资料确定该工作面为对称三层模型，参数如下：顶底板横波速度为1800m/s、密度为2.6g/cm³，煤层厚度为5m、密度为1.2g/cm³、横波速度为900m/s。考虑Love型槽波，计算结果如图1所示。从中可以看出本工作面槽波的埃里相速度约为800m/s,频率约为140hz,煤层中心能量最强。

(4)透射槽波的原始数据预处理；

如图2所示，包括建立观测系统、剔除坏道、极性反转、一维频率域滤波、频谱分析，能量分析、柱面扩散矫正、极化旋转、两分量的旋转与合成、频散分析、时频分析、速度分析等处理步骤。预处理后单炮记录。

(5)层析成像

选用槽波的能量、频率参数进行反演构造和煤厚变化，层析成像采用直射线正演和SIRT反演算法。成像结果见图3、图4。

(6)地质成果

从图3中可以看出颜色从浅色到深色代表衰减的程度，颜色越深表示槽波能量被吸收得越严重，该区域往往有断层或陷落柱发育区域。异常区具有一定的形态，不同的形态往往代表着不同的地质现象，例如断层一般为“条带状”异常，而陷落柱的异常则呈“片状”分布。衰减的大小则用于判定异常体的定量参数如断层落差等。需要说明的是，槽波资料的解释离不开已知地质资料如巷道揭露资料的标定，透射槽波往往只能判定断层或陷落柱存在的位置，对于断层的倾向和落差大小还是要与巷道揭露的异常体参数进行对比方可得出，本次解释中有的断层完全隐伏于工作面内，其倾向就无法确定，而落差只能根据其延展长度大致推断。

图5为CT成像结果的地质解释结果图，图中断层以CF表示，陷落柱以CX表示。

通过对所有异常体的分析解释，本次勘探共发现断层16条，除了CF5落差较大以外，其它断层都为落差2米左右，或1.5米左右的小断层。通过分析共发现陷落柱4个，分别为CX1、CX2、CX3、CX4，它们长轴分别约为209m、33m、68m和33m。异常体的信息情况见表1。在工作面西北角有一异常被定义为资料不可靠区域，未做地质解释。值得注意的是CF5断层落差较大，其异常的影响范围也比较大，推测其附近可能还发育其它断层或陷落柱等。

表1槽波勘探成果解释汇总表

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。