一种槽波地震数据采集组合接收方法与流程

本发明涉及地质测量技术领域，特别是涉及一种槽波地震数据采集组合接收方法。

背景技术：

我国煤矿的开采条件十分复杂，受水、冲出地压、煤与瓦斯突出、地温等多种自然灾害困扰.随着我国能源结构的调整，需求量不断增大，开采深度及强度亦不断加大，小断裂、破碎带和富水区危险性逐渐增加。现在大力发展煤矿机械采煤，采煤的工作面越来越大，大多数采煤工作面超过200m，对于这种大型工作面需要的探测力度比较大。其他的井下物探方法探测距离短，准确率较差，难以满足生产需要煤田三维地震勘探会缺失对一些小构造的探测,例如在煤层中落差小于5m小断层、陷落柱等。这些小构造是用地面三维勘探、钻探和其他地球物理方法勘探时,即使增加勘探精度，效果也不明显。而且在提升地面三维地震勘探精度时，会增加巨大的成本,煤层中存在的这些地质构造，如小断层、陷落柱及冲刷带,严重威胁着煤矿安全生产。如果无法提前探明煤层中断层陷落柱等导水通道,煤层中存在出现突水事故的风险,会给煤矿生产造成巨大的经济损失,并严重危害煤矿人员的生命安全。其他的井下物探方法探测距离短，准确率较差，难以满足生产需要。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种槽波地震数据采集组合接收方法,在煤矿井下煤层中的巷道中，此方法可有效的增强反射槽波的信号强度，压制横波对其的干扰。解决了由于频散等槽波特性对槽波接收时的干扰，提升反射槽波的信噪比，进一步提升勘探精度。

本发明所采用的技术方案是：一种槽波地震数据采集组合接收方法，使用至少三个检波器排列成十字形检波器阵列或者矩形检波器阵列或线性检波器阵列置于待检测地质区域，并且将每一个检波器通过数据线与探测接收仪器连接，以获取待检测地质区域的检测波，从而获取待检测地质区域的地质参数，并且借助地震仪器判断待检测区域的地质特点。

进一步地，十字形检波器阵列，至少需要五个检波器，以其中一个检波器为中心检波器，在中心检波器上、下、左、右四个方向上分别布置数量相等的检波器组成十字形检波器阵列。更优地，十字形检波器阵列的中心检波器其中一侧布置的检波器数量为1-5个。

进一步地，矩形检波器阵列，以一个检波器为起点，将若干其余检波器布置阵列成为矩形结构布置的矩形检波器阵列，上述检波器整体布置成一个0.8*0.8m的矩形结构,即矩形之间的长度以及宽度均为0.8m。

进一步地，线性检波器阵列，将至少四个检波器沿垂直于顶底板的方向上间隔排列成直线型结构，以形成线性检波器阵列。

进一步地，检波器使用锚杆头铆接在锚杆上，随后将锚杆固至待检测地质区域，从而形成检波器阵列。

进一步地，检波器均为x分量检波器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的槽波地震数据采集组合接收方法,组合的检波器排列接收数据能有效的压制一些由于皮带、抽水机所带来的干扰。采用组合的检波器可以有效的提高槽波信号的信噪比，使数据分析时更加的准确地为掘进和回采提供断层参数,可以有效的控制煤矿突水灾害,减少因地质原因引起的人员伤亡,为煤矿安全保驾护航。具体到每一个检波器阵列：

1.十字形检波器阵列，确定到达排列的能量的真正方向的信息，以便能够确定反射面在空间的真正位置。

2.矩形检波器阵列，检波器在检波点布置成矩形，可以从检波点的四个方向对称地获取槽波，增强了槽波信号。

3.线性检波器阵列，检波器放置时，可以布置多层线性检波器阵列，使得与煤层顶板、底板相互垂直，可以从多个方向获取槽波，进而达到增强槽波信号的目的。

附图说明

图1是使用本发明的槽波地震数据采集组合接收方法对煤层地质进行勘探试验时的检波器十字排列结构示意图；

图2是使用本发明的槽波地震数据采集组合接收方法对煤层地质进行勘探试验时的检波器矩形排列结构示意图；

图3是使用本发明的槽波地震数据采集组合接收方法对煤层地质进行勘探试验时的检波器线性排列结构示意图；

图4是一个煤层背景噪声1中槽波的反射示意图；

图5是图4的背景噪声1中槽波的透射示意图；

图6是背景噪声1的槽波在煤层中传播示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

槽波探测可以分为两种方法，反射法和透射法。反射法震源和检波器在一条巷道，当震源发出的地震波遇到不连续体会反射回来，有检波器检测到反射的地震波，对这些地震波进行分析就可以得到不连续体的位置。探测宽度为100倍煤厚。透射法就是在一个工作面的两个上下巷道分别放置检波器和震源，对槽波直达波进行分析，确定不连续体的位置。探测宽度为300倍煤厚。

槽波勘探在井下进行槽波地震探测时，槽波地震探测技术具有能量可控、距目标体近、受影响因素少等优点，是极其理想的井下勘探方法。其中槽波勘探对于探测相关断层，陷落柱等相关信息有良好的反应。但是槽波是具有频散。在井下接收数据时，会出现横波槽波相互交织，以及反射槽波能量较弱，信噪比较差。

如图4所示是基于本发明的槽波地震数据采集组合接收方法对煤层地质特性进行反射波法勘测的原理图，在该煤层中炮点放炮，激发产生震动波，在探测对面断层时，断层和煤层具有密度差异，波会反射回来，传到检波器上，由仪器接收，经过处理可以判断断层位置。

图5是基于本发明的槽波地震数据采集组合接收方法对煤层地质特性进行透射波法勘测的原理图，在该煤层中一条巷道激发，一条巷道接收，炮点激发的震动波，在经过断层，陷落柱。等地质异常体时振动的能量会减弱，在检波器接收到数据以后根据能量的异常判定地质异常体的位置。

本发明的检波器的组合原理：设有n个检波器沿直线等距排列，等灵敏度的检波器间距为δx,槽波是在煤层中的平面波，波前与煤层所成角度为α，地震波速度为v。将第一个检波器接收到震动的时间记为0，震动函数为f(t)。又设组内各检波器接收到的振动波形和振幅都一样，只是有相对时差。那么，第2个检波器接收到的振动相对于第一个要晚δt。这个时差δt与参数δx，v,α有关。

其中

所以第二个检波器接收的振动是f(t-δt)。同理，第三个检波器接收到的振动为f(t-2δt)，……，第n个检波器结收到的振动为f[t-(n-1)δt]。

设f(t)的谱是g(jω)，根据时延定理，有f(t-δt)的谱是g(jω)*e^-jωδt，……，f[t-(n-1)δt]的谱是g(jω)*e^-(n-1)jωδt。组合后的:

f(t)＝f(t)+f(t-δt)+……+f[t-(n-1)δt]

利用上面关系对式进行傅里叶转，将f(t)的傅里叶转换记为g(jω)可得：

g(jω)＝g(jω)+g(jω)*e^-jωδt+……+g(jω)*e^-(n-1)jωδt

化简可得：

由上面组合原理讨论可得：组合法的确可以视为一个滤波过程。可以压制一部分干扰。

基于本发明的槽波地震数据采集组合接收方法得到的槽波作为一种平面波在煤层中传播时的传播示意图如图6所示，槽波在垂直煤层顶底板方向传播时平面传播，所以到达垂直煤层顶底板的一条直线的时间一样。相同时间，接收到相同的波形信号，就可以相互叠加增强槽波信号，提高信噪比。

如图1，图2和图3所示，为使用本发明的一种槽波地震数据采集组合接收方法对煤层进行勘探试验时的检波器的布置结构图，其中图1、图2和图3中的顶板和底板就是煤层和围岩接触的部分，顶板就是煤层的上部岩石，底板就是煤层下部岩石。

一种槽波地震数据采集组合接收方法，使用至少三个检波器排列成十字形检波器阵列或者矩形检波器阵列或线性检波器阵列置于待检测地质区域，并且将每一个检波器通过数据线与地震仪器连接，以获取待检测地质区域的检测波，从而获取待检测地质区域的地质参数，并且借助地震仪器判断待检测区域的地质特点。这里所说的探测接收仪器可以是地震探测仪器或者地质特性探测仪器，只要是能够接收槽波信号的探测仪器都可以。

在一个具体的实施例中槽波作为一种平面波在煤层中传播时，槽波在垂直煤层顶底板方向传播时平面传播，所以到达垂直煤层顶底板的一条直线的时间一样。相同时间，接收到相同的波形信号，就可以相互叠加增强槽波信号，提高信噪比。检波器均为x分量检波器，进行地质探测,诸如煤层探测、矿物质探测使用的x分量检波器均通过数据传输线连接在巷道中的地震仪器。

接收槽波的点就是检波点，检波点用处就是安装检波器，接收槽波。对于确定检波点的确定：其和探测的地质异常体的性质有关，在检测过程中根据地面三维地震确定要探测地质异常体的位置，在井下地质异常体相对应的巷道中布设检波器，判断地质异常体的走向和大小。并且检波点尽量集中在煤层中间。

实施例1十字形检波器阵列

具体地说十字形检波器阵列，至少需要五个检波器，以其中一个检波器为中心检波器，在中心检波器上、下、左、右四个方向上分别布置数量相等的检波器组成十字形检波器阵列。也就是说中心检波器上下左右四个方向的检波器的数量可以是1个、2个、3个或者其他数量，只要保证四个方向上的检波器的数量相同即可。更优的一个实施方式是十字形检波器阵列的中心检波器其中一侧布置的检波器数量为1-5个，这些检波器组成长度相等的十字形检波器即可。

在具体实施过程中，如图1为检测地质方法使用十字形检波器阵列检测煤层地质特点，具体实施方式是：先标定一个10m中心检波器，在中心检波器连接一个x分量检波器。以中心检波器为中心在上、下、左、右找到四个锚杆。在每个锚杆上各自连接一个相同规格的x分量检波器，每个锚杆间距0.8m，组成一个大小1.6*1.6m大小“十”字形检波器组，如图1。并且每一个x分量检波器由数据传输线连接到地震仪器上，以确保每一个x分量检波器与地震仪器之间进行数据传输。这种十字形检波器阵列的排列方式可以确定到达排列的能量的真正方向的信息，以便能够确定反射面在空间的真正位置。

实施例2矩形检波器阵列

在上述实施例中，矩形检波器阵列，以一个检波器为起点，将若干其余检波器布置阵列成为矩形结构布置的矩形检波器阵列，上述检波器整体布置成一个0.8*0.8m的矩形结构，即矩形之间的长度以及宽度均为0.8m，如图2所示为使用矩形检波器阵列检测煤层的一个实施例的结构示意图，矩形检波器阵列的检波器在检波点布置成矩形，增强槽波信号。

具体实施方式是：先标定固定间距的检波点，在以检波点为中心，找到相邻的四个锚杆，在相邻的四个锚杆上分别连接上一个相同规格的x分量检波器。组和成一个0.8*0.8m的矩形检波器组，在由数据传输线连接到地震仪器上。

实施例3线性检波器阵列

线性检波器阵列，将至少四个检波器沿垂直于顶底板的方向上间隔排列成直线型结构，以形成线性检波器阵列，如图3所示，线性组合，检波器放置时，与煤层顶底板相互垂直。

线性检波器阵列具体实施方式是：先标定固定间距的检波点，在检波点先连接一个x分量检波器，在上下找到适合连接检波器的2个锚杆，在2个锚杆上连接上相同规格的x分量检波器。如果检波点位置没有锚杆，则选择检波器同一直线的上下三个锚杆连接x分量检波器。组成一个0.8m等间距的线性检波器组，在由数据传输线连接到地震仪器上。

上述实施例1、实施例2和实施例3中的检波器在使用时，一般将检波器使用锚杆头铆接在锚杆上，随后将锚杆固至待检测地质区域，从而形成检波器阵列。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。