CN105974472A - 一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法，该方法通过常规线性观测系统获取X、Z分量地震信号；根据地震波负速度特征，确定i个X、Z分量反射同相轴并选取最大偏移距地震道的X、Z分量反射波组；从反射波组中选取一个负相位的最大值振幅时间t₁，并计算t₁主偏振方向θ₁；在地震记录中，选取t₁±1个周期长度的时间窗口；基于选取的时间窗口地震信号，以假设速度V_i进行偏移；对比得出最大偏移能量的V_1max；计算L₁＝V_1max×t₁，以主偏振方向θ₁、V_1max及L₁，依次构建出i层速度，从而构建最终速度模型。该方法不需要打钻增加横向偏移距，节省人力、时间资源；通过对有效反射波组的提取及时窗范围限定，有效避免了前后异常界面能量团的相互干扰，保证了速度建模的准确性。

Description

一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法

技术领域

本发明涉及一种建模方法，具体是一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法，属于煤矿安全生产技术领域。

背景技术

据不完全统计，频发的煤矿安全事故中，85％以上发生在巷道掘进过程中。反射波地震超前探测是一种快捷、高效的巷道超前探测技术，它是利用反射波在不均匀地质体中传播时的运动学、动力学特性，预测预报巷道掘进前方地质情况，从而指导巷道安全掘进。在巷道超前探测数据的处理过程中，构建最接近于实际介质的速度模型对于获取煤岩体的动力学参数有着重要的意义，因为动力学参数异常处通常为掘进安全隐患位置。

巷道横向空间的局限性给巷道超前探测的速度准确建模带来了困难。目前巷道超前探测的速度建模一般采用两种方式：第一，用侧壁围岩波速替代前方围岩波速；第二，通过打钻，将检波器置于钻孔深处，以增加探测空间的横向展布，即增加横向偏移距，通过速度扫描找到最优偏移速度，建立速度模型。

而上述两种方法都有其不足之处：用侧壁围岩速度替代前方围岩速度，不论实际应用还是理论分析都是非常不严谨的，这也是超前探测经常误报的原因之一；而通过增加横向偏移距建立速度模型，需要通过打钻来提供较大的横向偏移距，耗费大量的人力物力及时间资源。因此，在巷道超前探测技术中，找出一种准确且便捷高效的速度建模方法对指导煤矿安全生产具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法，通过该方法能够方便、准确地建立巷道反射波地震超前探测速度模型。

为实现上述目的，本发明一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法，包括以下步骤：

步骤一，利用常规线性观测系统获取X、Z分量地震信号；

步骤二，根据地震波负速度特征，确定i个X、Z分量反射同相轴；

步骤三，从第一个反射同相轴中选取最大偏移距地震道的X、Z分量反射波组；

步骤四，从上述反射波组中选取一个负相位的最大值振幅时间t₁，如图4所示，并计算t₁主偏振方向θ₁；

步骤五，在地震记录中，选取t₁±1个周期长度的时间窗口；

步骤六，假设速度值为V_i，基于上述选取的时间窗口地震信号，以V_i进行偏移；对比得出最大偏移能量的V_1max；计算L₁＝V_1max×t₁；

步骤七，以主偏振方向θ₁、V_1max及L₁，构建出第一层速度模型；

步骤八，以步骤三至步骤七相同的方法，构建出第二层至第i层的速度模型。

进一步，所述步骤四中，t₁主偏振方向θ₁具体计算步骤为：

(a)对X、Z这两分量地震信号做Hilbert变换

$hx\left(t\right)=x\left(t\right)+j\stackrel{\·\·}{U}\left(x\right(t\left)\right)$

式中x(t)、z(t)分别为X、Z分量，符号表示Hilbert变换，

(b)建立Hermitian矩阵构造

C(t)＝M*(t)·M(t)

式中，M(t)＝[hx(t) hz(t)]，符号*表示矩阵的复共轭转置；

(c)求取Hermitian矩阵的最大特征值λ_max及其对应的归一化的特征向量(x_max,z_max)；

(d)主极化倾角θ₁计算

式中Re(x_max)、Re(z_max)分别为x_max、z_max的实部。

本发明通过反射波极化及振幅参数构建速度模型，避免了传统速度建模需要打钻增加横向偏移距的方式，极大节省了人力物力及时间资源；第二，通过对有效反射波组的提取及时窗范围限定，有效的避免了前后异常界面能量团的相互干扰，从而达到准确速度建模的目的，为巷道地震反射波超前探测的反演提供可靠的速度参数及动力学参数。

附图说明

图1是本发明X、Z分量地震信号；

图2是本发明X、Z分量反射同相轴；

图3是本发明第一个反射同相轴中最大偏移距地震道的X、Z分量反射波组；

图4是本发明第一个反射同相轴反射波组中负相位的最大值振幅时间t₁；

图5是本发明第一层速度模型；

图6是本发明第二层速度模型。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步描述。

一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法，包括以下步骤：

步骤一，利用常规线性观测系统获取X、Z分量地震信号，如图1所示；

步骤二，根据地震波负速度特征，确定i个X、Z分量反射同相轴，如图2所示；

步骤三，从第一个反射同相轴中选取最大偏移距地震道的X、Z分量反射波组，如图3所示；

步骤四，从上述反射波组中选取一个负相位的最大值振幅时间t₁，如图4所示，并计算t₁主偏振方向θ₁；

步骤五，在地震记录中，选取t₁±1个周期长度的时间窗口；

步骤六，假设速度值为V_i，基于上述选取的时间窗口地震信号，以V_i进行偏移；对比得出最大偏移能量的V_1max；计算L₁＝V_1max×t₁；

步骤七，以主偏振方向θ₁、V_1max及L₁的偏移结果，构建出第一层速度模型，如图5所示；

步骤八，以步骤三至步骤七相同的方法，构建出第二层至第i层的速度模型。

进一步，所述步骤四中，t₁主偏振方向θ₁具体计算步骤为：

(a)对X、Z这两分量地震信号做Hilbert变换

$hx\left(t\right)=x\left(t\right)+j\stackrel{\·\·}{U}\left(x\right(t\left)\right)$

式中x(t)、z(t)分别为X、Z分量，符号表示Hilbert变换，

(b)建立Hermitian矩阵构造

C(t)＝M*(t)·M(t)

式中，M(t)＝[hx(t) hz(t)]，符号*表示矩阵的复共轭转置；

(c)求取Hermitian矩阵的最大特征值λ_max及其对应的归一化的特征向量(x_max,z_max)；(d)主极化倾角θ₁计算

式中Re(x_max)、Re(z_max)分别为x_max、z_max的实部。

Claims (2)

1.一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，利用常规线性观测系统获取X、Z分量地震信号；

步骤二，根据地震波负速度特征，确定i个X、Z分量反射同相轴；

步骤三，从第一个反射同相轴中选取最大偏移距地震道的X、Z分量反射波组；

步骤四，从上述反射波组中选取一个负相位的最大值振幅时间t₁，并计算t₁主偏振方向θ₁；

步骤五，在地震记录中，选取t₁±1个周期长度的时间窗口；

步骤六，假设速度值为V_i，基于上述选取的时间窗口地震信号，以V_i进行偏移；对比得出最大偏移能量的V_1max；计算L₁＝V_1max×t₁；

步骤七，以主偏振方向θ₁、V_1max及L₁，构建出第一层速度模型；

步骤八，以步骤三至步骤七相同的方法，构建出第二层至第i层的速度模型。

2.根据权利要求1所述的基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法，其特征在于，所述t₁主偏振方向θ₁具体计算步骤如下：

(a)对X、Z这两分量地震信号做Hilbert变换

$hx\left(t\right)=x\left(t\right)+j\stackrel{\·\·}{U}\left(x\right(t\left)\right)$

式中x(t)、z(t)分别为X、Z分量，符号表示Hilbert变换，

(b)建立Hermitian矩阵构造

C(t)＝M*(t)·M(t)

式中，M(t)＝[hx(t)hz(t)]，符号*表示矩阵的复共轭转置；

(c)求取Hermitian矩阵的最大特征值λ_max及其对应的归一化的特征向量(x_max,z_max)；

(d)主极化倾角θ₁计算

式中Re(x_max)、Re(z_max)分别为x_max、z_max的实部。