一种薄煤层内强频散反射槽波的成像方法与流程

本发明属于煤田物探，涉及一种薄煤层内槽波信号的处理方法，具体是一种薄煤层内具有强频散性的反射槽波的成像方法。

背景技术：

1、反射槽波探测技术是煤矿井下地震探测的主要方法，能够有效探测工作面内隐伏断层、陷落柱等异常地质构造，对保障煤矿安全高效开采具有重要作用。当前反射槽波成像方法通常对地震信号带通滤波后采用同一速度进行偏移成像，然而槽波具有频散性，煤层的厚度越小，在其中传播的槽波的频散性越强，不同频率的波具有不同速度。尤其是煤厚3m以下的薄煤层具有的严重频散特性，频散性强的槽波的波列过长，不具有明显的airy相。这就导致使用常规的反射槽波成像算法对薄煤层内断层等异常地质构造成像时无法聚焦，成像结果的分辨率过低的问题。另外，强频散性使得槽波高频成分的速度远低于低频成分，这就导致反射槽波低频成分的到时早于直达槽波的高频成分，使得有效信号淹没在干扰信号中，进一步降低了薄煤层内反射槽波成像结果的有效性。尤其在无明显airy相的条件下，地震记录中存在多个具有不同视速度的波列，使用同一速度成像会造成假的成像结果，无法准确成像。

2、为了解决薄煤层内反射槽波的成像问题，需要针对薄煤层内槽波的强频散特性设计特殊的成像算法，提高薄煤层内异常构造的成像精度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种方法，以解决常规的反射槽波成像方法对于具有的严重频散特性的薄煤层成像结果的分辨率过低或无法准确成像的问题。

2、为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种薄煤层内强频散反射槽波的成像方法，具体包括如下步骤：

4、步骤1，计算出薄煤层内每个地震道的时频谱；

5、步骤2，计算每个地震道的炮点位置到检波点位置的距离；

6、步骤3，根据步骤1得到的每个地震道的时频谱以及步骤2得到的距离，获得频率速度谱；

7、步骤4，根据步骤3得到的频率速度谱，求得频散曲线；

8、步骤5，设置频率范围；

9、步骤6，计算成像区域内的每个点到每个地震道的炮点和该点到检波点的距离之和；

10、步骤7，根据步骤1得到的每个地震道的时频谱、步骤4得到的频散曲线以及步骤6得到的距离之和，计算成像区域内每个点的成像值；

11、步骤8，根据步骤7得到的成像区域内所有点的成像值，得到该成像区域的成像结果。

12、进一步的，步骤1中，采用短时傅里叶变换、s变换或者小波变换计算每个地震道的时频谱。

13、进一步的，采用s变换计算每个地震道的时频谱，第i个地震道的时频谱si(t,f)为：

14、

15、式中：

16、si(τ)—第i个地震道，i∈[1,n]，τ∈[0,t]；

17、n—薄煤层内地震道总数；

18、t—地震记录的时长；

19、si(t,f)—第i个地震道的时频谱；

20、t—时间，t∈[0,t]；

21、j—虚数单位；

22、f—频率，f∈[0,fmax]，fmax为截止频率。

23、进一步的，步骤2中，计算公式如下：

24、

25、式中：

26、(xsi,ysi)—第i个地震道的炮点位置坐标；

27、(xri,yri)—第i个地震道的检波点位置坐标。

28、进一步的，步骤3中，频率速度谱的计算公式如下：

29、

30、

31、式中：

32、a(v,f)—频率速度谱；

33、si(ti′,f)—在第i个地震道的时频谱si(t,f)中时刻ti′与频率f的对应值。

34、进一步的，步骤4的具体操作如下：

35、对任意的频率值fc∈[0,fmax]，在步骤3得到的频率速度谱a(v,f)上截取频率f＝fc的切片ac(v)，再找出令ac(v)取最大值的速度值vc，即得到频率值fc对应的速度值vc，按此方法，对所有的频率f找到对应的速度值v，得到的所有速度值构成频散曲线v(f)。

36、进一步的，步骤6中，计算公式如下：

37、

38、式中：

39、(x,y)—成像区域内点的位置坐标；

40、li(x,y)—点(x,y)到第i个地震道的炮点(xsi,ysi)和检波点(xri,yri)的距离之和。

41、进一步的，步骤7中，计算公式如下：

42、

43、

44、式中：

45、n—薄煤层内地震道总数；

46、v(f)—步骤4得到的频散曲线；

47、li(x,y)—步骤6得到的距离之和；

48、si(ti″,f)—在第i个地震道的时频谱si(t,f)中时刻ti″与频率f的对应值。

49、与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

50、1、本发明可实现薄煤层内断层等异常地质构造的成像。由于薄煤层内槽波具有强频散性，常规反射槽波成像算法不适用于薄煤层。本发明首先对槽波数据进行时频分解，对照频散曲线，将槽波的不同频率成分以不同的速度进行绕射偏移，使各个频率的反射槽波都能归结到同一实际反射点上，得到断层等异常构造的准确成像结果。

51、2、本发明依照频散曲线分频率滤波和偏移，事实上起到了频散滤波的作用。将频散性作为槽波的有益特征，只有符合频散曲线并且距离合适的地震波才能有效归位，因此能够将噪声和其他杂波自然滤除，消除对成像结果的不良影响，得到准确成像结果。

52、总之，本发明提供的反射槽波的成像方法解决了薄煤层内具有强频散性的反射槽波的聚焦问题，利用反射槽波对断层等地质构造成像，实现薄煤层内异常地质构造的高精度探测，适宜于薄煤层和中厚煤层内断层等异常地质构造的成像。能够在具有上述地质条件的矿井中，通过在单条巷道内布置炮点和检波点，实现采煤工作面内或巷道前方区域的构造探测。本发明对解决在我国具有广泛分布的3m以下煤层的构造探测问题，保障相关矿井的安全高效开采具有重要的经济价值和社会效益。

技术特征：

1.一种薄煤层内强频散反射槽波的成像方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的薄煤层内强频散反射槽波的成像方法，其特征在于，步骤1中，采用短时傅里叶变换、s变换或者小波变换计算每个地震道的时频谱。

3.如权利要求2所述的薄煤层内强频散反射槽波的成像方法，其特征在于，采用s变换计算每个地震道的时频谱，第i个地震道的时频谱si(t,f)为：

4.如权利要求1所述的薄煤层内强频散反射槽波的成像方法，其特征在于，步骤2中，计算公式如下：

5.如权利要求1所述的薄煤层内强频散反射槽波的成像方法，其特征在于，步骤3中，频率速度谱的计算公式如下：

6.如权利要求1所述的薄煤层内强频散反射槽波的成像方法，其特征在于，步骤4的具体操作如下：

7.如权利要求1所述的薄煤层内强频散反射槽波的成像方法，其特征在于，步骤6中，计算公式如下：

8.如权利要求1所述的薄煤层内强频散反射槽波的成像方法，其特征在于，步骤7中，计算公式如下：

技术总结
本发明公开了一种薄煤层内强频散反射槽波的成像方法：步骤1，计算出薄煤层内每个地震道的时频谱；步骤2，计算每个地震道的炮点位置到检波点位置的距离；步骤3，获得频率速度谱；步骤4，根据频率速度谱求得频散曲线；步骤5，设置频率范围；步骤6，计算成像区域内的每个点到每个地震道的炮点和该点到检波点的距离之和；步骤7，计算成像区域内每个点的成像值；步骤8，根据成像区域内所有点的成像值，得到该成像区域的成像结果。本发明解决了薄煤层内具有强频散性的反射槽波的聚焦问题，利用反射槽波对断层等地质构造成像，实现薄煤层内异常地质构造的高精度探测，适宜于薄煤层和中厚煤层内断层等异常地质构造的成像。

技术研发人员：王季,叶红星,李刚,李艳芳,吴国庆,牛欢,刘硕,杨焱钧
受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15