一种透射槽波成像方法、设备及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及槽波成像技术领域，尤其涉及一种透射槽波成像方法、设备及计算机可读存储介质。

背景技术：

矿井地震勘探方法是查明煤层内小构造异常体的有效手段之一。根据数据采集方式不同，分为反射探测方法和透射探测方法。反射探测方法主要利用反射槽波成像，与地面地震偏移成像类似；透射探测方法主要利用层析成像方法获得探测区域内地质异常体分布。透射槽波层析成像一般通过频散曲线拾取艾利相位或者某一频率对应的旅行时，反演煤层内异常体分布，主要反演参数为速度变化量；也可以利用地震波衰减特性，反演衰减系数，从而获得煤层内异常体分布。波形反演优点是反演依据充分，不仅可以利用同相轴的振幅及旅行时信息提取物性参数，而且可以有效的排除偶然因素的影响。但是波形反演计算量大；且反演结果对初始速度模型要求严格；在实际应用中受信噪比影响大，且不稳定。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种透射槽波成像方法、设备及计算机可读存储介质，能够实现对地质结构精确快速成像。

本发明一方面提供一种透射槽波成像方法，所述方法包括：根据震源点信号记录和接收点信号记录确定从震源点到接收点的透射信息；按照接收角度对与所述透射信息对应的道集进行抽取，形成共角度道集；根据所述共角度道集进行剖面成像，获得与所述透射信息对应的剖面成像信息。

在一可实施方式中，所述根据震源点信号记录和接收点信号记录确定从震源点到接收点的透射信息，包括：根据从震源点到接收点方向对所述接收点信号记录进行旋转，获得时间序列信息；根据从震源点到接收点方向对所述震源点信号记录进行旋转，获得震源响应信息；根据所述时间序列信息和所述震源响应信息进行透射处理，获得从震源点到接收点的透射信息。

在一可实施方式中，所述根据所述时间序列信息和所述震源响应信息进行透射处理，获得从震源点到接收点的透射信息，包括：在时间域内对所述时间序列信息和所述震源响应信息进行反褶积处理，获得从震源点到接收点的透射信息。

在一可实施方式中，所述根据所述时间序列信息和所述震源响应信息进行透射处理，获得从震源点到接收点的透射信息，包括：确定与所述时间序列信息和所述震源响应信息对应的第一频域信息和第二频域信息；通过校正因子根据第一频域信息和第二频域信息进行校正透射，获得从震源点到接收点的透射信息。

在一可实施方式中，在所述按照接收角度对与所述透射信息对应的道集进行抽取，形成共角度道集之后，所述方法还包括：对所述共角度道集进行加密处理，获得加密后的道集；对所述加密后的道集进行校正处理，获得校正后的道集，所述校正后的道集用于剖面成像。

在一可实施方式中，所述根据所述共角度道集进行剖面成像，获得与所述透射信息对应的剖面成像信息，包括：根据所述共角度道集形成地震剖面；根据地震剖面建立初始速度模型；根据所述初始速度模型和所述共角度道集确定与所述透射信息对应的剖面成像信息。

本发明另一方面提供一种透射槽波成像设备，所述设备包括：确定模块，用于根据震源点信号记录和接收点信号记录确定从震源点到接收点的透射信息；抽取模块，用于按照接收角度对与所述透射信息对应的道集进行抽取，形成共角度道集；成像模块，用于根据所述共角度道集进行剖面成像，获得与所述透射信息对应的剖面成像信息。

在一可实施方式中，所述确定模块，包括：变换子模块，用于根据从震源点到接收点方向对所述接收点信号记录进行旋转，获得时间序列信息；所述变换子模块，还用于根据从震源点到接收点方向对所述震源点信号记录进行旋转，获得震源响应信息；透射子模块，用于根据所述时间序列信息和所述震源响应信息进行透射处理，获得从震源点到接收点的透射信息。

在一可实施方式中，所述透射子模块，包括：在时间域内对所述时间序列信息和所述震源响应信息进行反褶积处理，获得从震源点到接收点的透射信息。

在一可实施方式中，所述透射子模块，包括：确定与所述时间序列信息和所述震源响应信息对应的第一频域信息和第二频域信息；通过校正因子根据第一频域信息和第二频域信息进行校正透射，获得从震源点到接收点的透射信息。

在一可实施方式中，所述设备还包括：加密模块，用于对所述共角度道集进行加密处理，获得加密后的道集；校正模块，用于对所述加密后的道集进行校正处理，获得校正后的道集，所述校正后的道集用于剖面成像。

在一可实施方式中，所述成像模块，包括：形成子模块，用于根据所述共角度道集形成地震剖面；建立子模块，用于根据地震剖面建立初始速度模型；确定子模块，用于根据所述初始速度模型和所述共角度道集确定与所述透射信息对应的剖面成像信息。

本发明另一方面提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质包括一组计算机可执行指令，当所述指令被执行时用于执行上述任一项所述的透射槽波成像方法。

本发明实施例提供的透射槽波成像方法、设备及计算机可读存储介质，利用震源点信号记录和接收点信号记录确定透射信息，然后依据接收角度确定与透射信息对应的道集抽取，通过剖面成像获得与透射信息对应的剖面成像信息，可用于对矿层内地质结构进行精确快速成像，尤其适用于对煤层内地质结构进行精确快速成像。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1为本发明实施例一种透射槽波成像方法的实现流程示意图；

图2为本发明实施例一种透射槽波成像方法确定透射信息的实现流程示意图；

图3为本发明实施例一种透射槽波成像方法抽取道集的实现流程示意图；

图4为本发明实施例一种透射槽波成像方法剖面成像的实现流程示意图；

图5为本发明实施例一种透射槽波成像方法的具体场景示意图；

图6为本发明实施例一种透射槽波成像方法的角度校正示意图；

图7为本发明实施例一种透射槽波成像设备的实现模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一种透射槽波成像方法的实现流程示意图。

参见图1，本发明实施例一方面提供一种透射槽波成像方法，方法包括：操作101，根据震源点信号记录和接收点信号记录确定从震源点到接收点的透射信息；操作102，按照接收角度对与透射信息对应的道集进行抽取，形成共角度道集；操作103，根据共角度道集进行剖面成像，获得与透射信息对应的剖面成像信息。

本发明实施例提供的透射槽波成像方法用于对矿层内地质结构进行精确快速成像，尤其适用于对煤层内地质结构进行精确快速成像。本方法利用震源点信号记录和接收点信号记录确定透射信息，然后依据接收角度确定与透射信息对应的道集抽取，通过剖面成像获得与透射信息对应的剖面成像信息。无需通过层析成像的方法即可确定透射信息，降低了计算量，且能够精确快速地获得对地质结构的成像。

在本方法操作101中，震源点信号记录用于表征在震源点的参考道信号。震源可以布置在开采工作面的任一巷道中，例如，上巷道、下巷道、切眼巷道的其中之一。进一步的，震源布设在上巷道或下巷道的其中之一。震源通过在巷道内设置震源激发排列实现对震源的布置，即震源有多个，将该巷道作为激发震源巷道，在该巷道内的每一个震源附近均放置第一检波器，即第一检波器同样为多个，且与震源的数量对应，通过第一检波器检波对应震源获得的信号作为参考道信号，此处的参考道信号可以近似为震源信号，即本实施例中所指震源信号，均为由第一检波器获得的参考道信号。第一检波器可以选为三分量检波器、两分量检波器、单分量检波器的任一种，可以理解的是，单分量检波器检出的信号简单，方便后续步骤的计算处理，可以快速成像以确定探测区内异常体的位置，三分量检波器检出的信号复杂，能够用于更为精确地进行成像，并能够体现探测区内异常体的属性特征。第一检波器获得的信号包括震源产生的信号、第一检波器产生的接收信号和地质结构产生的信号。

接收点信号记录用于表征在接收点接收的由震源激发的地震波信号。接收点设置在非激发震源巷道中，通过第二检波器接收，第二检波器呈排列状设置在非激发震源巷道的接收点位置，以对接收点的信号进行检测。例如，当激发震源巷道为上巷道时，接收点为下巷道，激发震源巷道巷道和非激发震源巷道之间即为探测区，多个震源和第一检波器等距排列在激发震源巷道中，多个第二检波器等距排列在非激发震源巷道中，震源数量和第二检波器的数量可以相同或不同，且震源和与其最近距离接收点的连线可以垂直巷道也可以不垂直巷道。在本发明实施例中，第一检波器数量和第二检波器的数量不相同。在非激发震源巷道通过布置第二检波器排列用以接收由震源激发的地震波信号。非激发震源巷道第二检波器同样可以选为三分量检波器、两分量检波器、单分量检波器的任一种，与激发震源巷道的第一检波器同类型即可，即当第一检波器为三分量检波器时，第二检波器同选为三分量检波器。同理，第二检波器获得的信号包括接收震源产生的信号、第二检波器产生的接收信号和地质结构产生的信号。其中，由第一检波器和第二检波器获得的信号为在时间域的信号，可以通过时域到频域的转换获得对应时间域信号的频率域信号。转换方式可以采用傅里叶变换进行处理。需要理解的是，本方法实施例中第一检波器和第二检波器中的第一和第二仅为了方便理解对两种检波器的表达进行区分，其并不对数量进行指示，本方法中第一检波器和第二检波器均为多个。

可以理解的是，从震源点到接收点的路线方向和由第一检波器获得的信号方向和第二检波器获得的信号方向是不相同的，其中，从第一检波器到第二检波器的路线方向与从震源点到接收点的路线方向与从震源点到接收点的连线方向近似重合，本方法在后续计算中，将从第一检波器到第二检波器的路线方向与从震源点到接收点的路线方向认为重合。需要根据路线方向对信号方向进行角度及函数的换算，以确定从震源点到接收点的透射信息。透射信息用于表征与探测区对应的透射函数，透射函数表达了地震波从震源点到接收点在时间域或频率域上在每一设定单位格内的地质结构的透射系数。

本方法在操作102中，根据透射信息，可获得与震源点和接收点关联的各类型道集，通过接收角度对道集进行抽取，以形成共角度道集。共角度道集用于表征从震源点到接收点形成的射线路径角度相同的道集。本方法在操作103中，通过相同角度的共角度道集可以确定对应该角度的地震剖面，即为基于时间域的成像信息。

在利用该地震剖面进行异常体确定时，地震剖面内包括从震源点到接收点在时间域或频率域上在每一设定单位格内的地质结构的透射系数，根据地质结构的透射系数即可推断出地质结构的透射系数具有明显区别的设定单位格，该设定单位格即可对应有异常体。异常体用于表征非目标矿的矿物材料或构造。进一步的，可通过初始速度模型对地质结构的透射系数进行换算，获得与设定单元格对应的结构和/或速度信息。

图2为本发明实施例一种透射槽波成像方法确定透射信息的实现流程示意图。

参见图2，在本发明实施例中，操作101，根据震源点信号记录和接收点信号记录确定从震源点到接收点的透射信息，包括：操作1011，根据从震源点到接收点方向对接收点信号记录进行旋转，获得时间序列信息；操作1012，根据从震源点到接收点方向对震源点信号记录进行旋转，获得震源响应信息；操作1013，根据时间序列信息和震源响应信息进行透射处理，获得从震源点到接收点的透射信息。

本方法在进行确定透射信息时，需要对接收点信号记录和震源点信号记录分别进行旋转，以获得与震源点到接收点方向对应的时间序列信息和震源响应信息。利用时间序列信息和震源响应信息进行透射函数的求解，即可获得用于表征透射信息的透射函数。

在本发明实施例中，操作101，根据所述时间序列信息和所述震源响应信息进行透射处理，获得从震源点到接收点的透射信息，包括：首先，确定与所述时间序列信息和所述震源响应信息对应的第一频域信息和第二频域信息；然后，通过校正因子根据第一频域信息和第二频域信息进行校正透射，获得从震源点到接收点的透射信息。

在一种情况下，接收点信号记录用于指代炮集，在炮集内旋转三分量或两分量地震记录，获得沿震源点到接收点方向的时间序列地震记录。具体的，在接收点排列地震记录信号为其均为时域信号，其中，i为第i个震源，震源总数为m，j为第j检波器，检波器总数为n，当地层倾角φ＝0或者顺层安置检波器时，旋转x、y方向，指向震源，该旋转可以采用如下公式：

其中，和为旋转后获得的地震记录信号，其仍然为时域信号。

然后采用傅里叶变换对旋转后获得的地震记录信号进行频率形式的转换，该转换可以采用如下公式：

其中，和为转换后获得的第一频域信号。

同理，地震点集用于指代震源附近的三分量或两分量地震记录数据，通过与震源对应的三分量或两分量地震记录数据按照从震源点到接收点方向旋转，获得震源响应函数，即震源响应信息。然后，通过对震源附近的三分量或两分量地震记录数据进行傅里叶变换，获得频域内震源与接收系统的响应函数，即第二频域信号。

在对震源附近的三分量或两分量地震记录数据进行处理过程中，对于接收的透射槽波地震记录信号，可以看成震源信号和仪器响应是一致的，不同的差异仅在于地下介质的响应不同。在时间域内，爆炸震源激发的脉冲响应经过介质后的三分量地震记录信号表示为：

vx(t)＝i(t)*s(t)*tx(t)

vy(t)＝i(t)*s(t)*ty(t)

vz(t)＝i(t)*s(t)*tz(t)

三分量包括x分量、y分量和z分量，x分量以纵波能量为主，即p波；y分量以垂直方向的转换横波为主，即sh波；z分量以水平方向的转换横波为主，即sv波。在震源处，从而以代替vp、vsh、vsv，生成如下公式：

且在近源时接收到的信号作为震源与检波器的系统响应，即tx0(t)、ty0(t)、tz0(t)或者近似为δ脉冲响应，所以近源处，生成如下公式：

通过傅里叶变换，近震源地震信号频率域形式为：

其中，和为旋转变换后获得的第二频域信息。

根据频率域内的第一频域信号和第二频域信号，可以求得x方向的透射函数为

同理，y方向和z方向的透射函数分别为：

进一步的，为防止分母为过小或分母为0，本方法还包括通过校正因子对透射函数进行校正，具体校正公式如下：

其中，ax为x分量的校正因子，为一个预设常数，nt为对应的记录序列数，为复共轭。

基于和获得的透射函数为：

同理，在y分量和z分量上，通过校正因子对透射函数进行校正的公式如下：

在y分量上，具体校正公式如下：

其中，ay为y分量的校正因子，为一个预设常数，nt为对应的记录序列数，为复共轭。

基于和获得的透射函数为：

在z分量上，具体校正公式如下：

其中，az为z分量的校正因子，为一个预设常数，nt为对应的记录序列数，为复共轭。

基于和获得的透射函数为：

对于上述获得的透射函数，为基于频率域的透射函数，即频率域内的透射信息。在后续步骤中，可以通过反傅里叶变换到时间域内，即将tx(w)通过反傅里叶变换，获得x分量透射函数tx(t)，以p波为主；将ty(w)进行反傅里叶变换到时间域内，获得y分量透射函数ty(t)，以sh波为主；将tz(w)进行反傅里叶变换到时间域内，获得z分量透射函数tz(t)，以sv波为主。以获得时间域内的透射信息，时间域内的透射信息可用于后续的道集抽取。可以理解的是，相较于频率域内的透射信息，时间域内的透射信息其计算方式更加简单，且成像效果更加便于理解，成像质量高。

本方法也可以在时间域内直接反褶积求得透射函数。即在时间域内对时间序列信息和震源响应信息进行反褶积处理，获得从震源点到接收点的透射信息。

图3为本发明实施例一种透射槽波成像方法抽取道集的实现流程示意图。

参见图3，在本发明实施例中，在操作102，按照接收角度对与透射信息对应的道集进行抽取，形成共角度道集之后，方法还包括：操作301，对共角度道集进行加密处理，获得加密后的道集；操作302，对加密后的道集进行校正处理，获得校正后的道集，校正后的道集用于剖面成像。

在操作301中，在将在频率域的透射函数转换为在时间域的透射函数的过程中，通过倍数加密在频率域的透射函数序列，能够防止波形失真，加密的具体倍数可以根据实际情况确定，如选为5-100倍中的任意倍数，本方法加密到10倍采样数，例如，对于槽波数据一般采用0.25ms采样，加密后为0.025ms采样，从而获得加密后的道集，增加一个道集中的数据量。

当将透射函数变换到时域中时，需要对道集进行校正，以避免角度影响最终的成像结果。具体的，当由频率域转换到时间域内时，角度为0的道集不需要动校正，当角度不为零的时候，需要将该角度对应的道集校正到0度道集，时移校正量δh为深度计算步长，时间采样点校正偏移位置在网格剖分内最近距离。依次将该道集中所有路径按相同原则移动到相应位置，对所有非0度道集均校正。将所有校正后道集按照时间样点进行叠加形成透射函数时间剖面，同相轴为构造形态，即为在该角度下的地震剖面。

图4为本发明实施例一种透射槽波成像方法剖面成像的实现流程示意图。

参见图4，在本发明实施例中，操作103，根据共角度道集进行剖面成像，获得与透射信息对应的剖面成像信息，包括：操作1031，在共角度道集形成地震剖面；操作1032，根据地震剖面建立初始速度模型；操作1033，根据初始速度模型和共角度道集确定与透射信息对应的剖面成像信息。

通过将所有校正后道集按照时间样点进行叠加形成透射函数时间剖面，同相轴为构造形态，如此，可获得基于时间的剖面成像信息，即在该剖面成像信息中，其射线路径以时间为单位，轴线以距离为单位。进一步的，该剖面成像信息可通过初始速度模型进行换算，初始速度模型可通过距离和时间进行求得，根据求得的初始速度模型，可将剖面成像信息中的射线路径转换为以距离为单位。如此，可获得矿层内的异常体或其他材料的具体位置信息。

为方便上述实施例的理解，以下提供一种具体实施场景进行说明。

图5为本发明实施例一种透射槽波成像方法的具体场景示意图。图6为本发明实施例一种透射槽波成像方法的角度校正示意图。

首先，参见图5，在探测区域周围包括有上、下巷道和切眼巷道。将震源设置在上巷道，即在上巷道激发排列布置震源，同时在震源附近放置三分量检波器，检测以获得参考道信号，在下巷道布置三分量检波器，接收由震源激发的地震波信号，该地震波穿过探测区域，获得与震源对应的地震记录数据和与接收点对应的地震记录数据。

然后，根据震源点到接收点的方向对与接收点对应的地震记录数据进行数据旋转，获得时间序列地震记录，对旋转后的数据进行傅里叶变换，获得频域内接收响应信息。据震源点到接收点的方向对与震源对应的地震记录数据进行数据旋转，获得旋转后的地震记录，对旋转后的数据进行傅里叶变换，获得频域内震源响应信息。通过频率域除法对接收响应信息和震源响应信息进行计算，以获得频率域内的三分量透射函数。

再后，加密三分量透射函数序列，避免在下一步计算中波形失真，本方法中采用，加密到10倍采样数，例如，对于槽波数据一般采用0.25ms采样，加密后为0.025ms采样。

按照震源点到接收点的射线路径与上下巷道垂线夹角θ抽取道集t，形成t0-tn个共角度道集；不同角度道集代表了不同方向透射函数剖面，剖面中同相轴与构造相对应，即探测区域内的透射系数空间分布。

将频率域内的三分量透射函数转换到时间域内的三分量透射函数，需要对道集进行角度校正。具体的，在时间域内θ为0的道集不需要动校正，当θ角度不为零的时候，校正到0度道集。

具体的，在图6中，按照第一线段将探测区域横向剖分，横向间隔为接收点间距，即接收点1和接收点2直接的距离，射线路径与第一线段交点为o1、o2，则交点o1左侧射线路径表示地震记录信号采样样点按照时移校正量移动转换到位于交点o1左侧的第二线段、o1至o2之间第一线段路径表示的地震记录信号采样样点按照时移校正量移动到位于o1至o2之间的第二线段、o2右侧的第一线段路径表示的地震记录信号采样样点按照时移校正量移动到位于o2右侧的第二线段上。校正后，射线路径表示的信号移动到0角度道集的第一道、第二道、第三道数据中，依次将该道集中所有路径按相同原则移动到相应位置，对所有非0度道集均校正，获得矫正后的道集。

最后，将所有校正后的道集按照时间样点进行叠加形成透射函数时间剖面，同相轴为构造形态。根据初始速度模型和校正后的共角度道集确定与透射信息对应的剖面成像信息。

图7为本发明实施例一种透射槽波成像设备的实现模块示意图。

参见图7，本发明实施例另一方面提供一种透射槽波成像设备，设备包括：确定模块701，用于根据震源点信号记录和接收点信号记录确定从震源点到接收点的透射信息；抽取模块702，用于按照接收角度对与透射信息对应的道集进行抽取，形成共角度道集；成像模块703，用于根据共角度道集进行剖面成像，获得与透射信息对应的剖面成像信息。

在本发明实施例中，确定模块701，包括：变换子模块7011，用于根据从震源点到接收点方向对接收点信号记录进行旋转，获得时间序列信息；变换子模块7011，还用于根据从震源点到接收点方向对震源点信号记录进行旋转，获得震源响应信息；透射子模块7012，用于根据时间序列信息和震源响应信息进行透射处理，获得从震源点到接收点的透射信息。

在本发明实施例中，透射子模块7013，包括：在时间域内对时间序列信息和震源响应信息进行反褶积处理，获得从震源点到接收点的透射信息。

在本发明实施例中，透射子模块7013，包括：确定与时间序列信息和震源响应信息对应的第一频域信息和第二频域信息；通过校正因子根据第一频域信息和第二频域信息进行校正透射，获得从震源点到接收点的透射信息。

在本发明实施例中，所述设备还包括：加密模块704，用于对所述共角度道集进行加密处理，获得加密后的道集；校正模块705，用于对所述加密后的道集进行校正处理，获得校正后的道集，所述校正后的道集用于剖面成像。

在本发明实施例中，成像模块703，包括：形成子模块7031，用于在共角度道集形成地震剖面；建立子模块7032，用于根据地震剖面建立初始速度模型；确定子模块7033，用于根据初始速度模型和共角度道集确定与透射信息对应的剖面成像信息。

本发明实施例另一方面提供一种计算机可读存储介质，存储介质包括一组计算机可执行指令，当指令被执行时用于执行上述任一项的透射槽波成像方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。