CN114296132A - 基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法及相关设备，该方法，通过安装在钻杆前端的第一地震检波器获取随钻地震波信号，并通过设置在钻孔周围的第二地震检波器获得被测深部岩体表面地震波响应信号；通过随钻地震波信号与所述地震波响应信号，得到互相关函数信号；基于互相关函数信号得到频散曲线，并基于频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；基于互相关函数信号确定纵波到达时间，并基于纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；基于横波速度模型与纵波速度模型，识别深部岩体的结构面的发育特征，从而可以在钻杆钻进过程中完成测试，并实现对钻孔周围的岩体质量进行精确的检测。
Description
技术领域
本公开涉及岩体勘察技术领域，尤其涉及一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法及相关装置。
背景技术
钻探由于其岩芯的直观性，在深部地下工程勘察中是不可替代的技术手段，能直接有效了解地层岩性、地质构造、等地质条件。可以通过岩芯观测和力学试验判断隧洞周围岩等级获得深部岩体物理力学参数。但钻探往往存在一孔之见的问题，单一钻孔很难做到区域性的深部岩体结构面的评价。同时钻机在钻进和取芯过程中对岩体会产生扰动，取芯及其室内试验很难完整的还原实际的真实应力状态和结构性状，对于孔外的结构面和各向异性的评价就更加难以实现。所以需要一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法及相关装置对钻孔及钻孔周围的结构面和岩体质量进行探测。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提出一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法及相关装置。
基于上述目的，本公开提供了一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法，包括：
获取随钻地震波信号以及被测深部岩体表面的地震波响应信号；
将所述随钻地震波信号与所述地震波响应信号做互相关计算，得到互相关函数信号；
基于所述互相关函数信号得到频散曲线，并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；
基于所述互相关函数信号确定纵波到达时间，并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；
基于所述横波速度模型与所述纵波速度模型，识别深部岩体的结构面的发育特征；
其中，所述随钻地震波信号通过设置在钻杆上且靠近钻头的一端的第一地震检波器获取，所述地震波响应信号通过第二地震检波器获得，所述第二地震检波器设置在深部岩体表面上且位于所述钻杆的周围。
相应的，本公开还提供了一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测装置，包括：
现场主机、钻杆、第一地震检波器以及第二地震检波器；
所述第一地震检波器设置在所述钻杆上且靠近钻头的一端，用于记录随钻地震波信号；
所述第二地震检波器设置在深部岩体表面上且位于所述钻杆的周围，用于记录被测深部岩体表面的地震波响应信号；
所述现场主机被配置为：
获取所述随钻地震波信号以及所述地震波响应信号；
将所述随钻地震波信号与所述地震波响应信号做互相关计算，得到互相关函数信号；
基于所述互相关函数信号得到频散曲线，并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；
基于所述互相关函数信号确定纵波到达时间，并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；
基于所述横波速度模型与所述纵波速度模型，识别深部岩体的结构面的发育特征。
相应的，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如上所述的基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法。
从上面所述可以看出，本公开提供的基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法及相关设备，通过安装在钻杆上且靠近钻头的一端的第一地震检波器获取随钻地震波信号，并通过设置在岩体表面上且位于钻孔周围的第二地震检波器获得被测深部岩体表面的地震波响应信号；将所述随钻地震波信号与所述地震波响应信号做互相关计算，得到互相关函数信号；基于所述互相关函数信号得到频散曲线，并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；基于所述互相关函数信号确定纵波到达时间，并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；基于所述横波速度模型与所述纵波速度模型，识别深部岩体的结构面的发育特征，从而可以在钻杆钻进过程中完成测试，并实现对钻孔周围的地质进行精确的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例的一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法的流程示意图；
图2为本公开实施例的一种被测深部岩体表面地震波响应信号的示意图；
图3为本公开实施例的一种互相关函数信号的示意图；
图4为本公开实施例的一种面波频散反演的示意图；
图5为本公开实施例的一种横波速度模型的示意图；
图6为本公开实施例的一种纵波初始速度模型的示意图；
图7为本公开实施例的一种反演得到的纵波速度模型的示意图；
图8为本公开实施例的一种真实纵波速度模型的示意图；
图9为本公开实施例的一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测装置的结构示意图。
图10为本公开实施例的一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测装置的俯视图。
图11为本公开实施例的一种具体的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术所述，通过对钻探得到的岩芯进行观测或做力学试验来判断隧洞周围岩等级，并获得深部岩体物理力学参数，由于所有观测和判断主要依赖采集的岩芯，所以很难做到区域性的岩体结构的评价，同时，钻机在钻进和取芯过程中对岩体会产生扰动，取芯及其室内试验很难完整的还原实际的真实应力状态和结构性状，对于孔外的结构面和各向异性的评价就更加难以实现。因此，本公开以钻杆钻进破岩信号为震源，通过安装在钻杆前端的第一地震检波器和设置在深部岩体表面的钻孔周围的第二地震检波器采集的数据，得到互相关函数信号，并根据该互相关函数信号对纵波到时和面波频散进行提取和反演，随钻得到钻孔周围各个方向的纵波速度模型和横波速度模型，进而通过速度模型随钻评估岩体质量、结构面及其各向异性，避免了一孔之见的问题，并实现对钻孔周围区域的深部岩体进行准确的结构分析。
参考图1，为本公开实施例的一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
S101，获取随钻地震波信号以及被测深部岩体表面地震波响应信号。
具体实施时，通过安装在钻杆上且靠近钻头的一端的第一地震检波器采集钻杆在钻进深度破岩产生的震波信号，并记录为随钻地震波信号，该信号接近钻杆钻进深部岩石过程中产生的震源信号。同时，通过设置在深部岩体表面且位于钻孔的周围的第二地震检波器采集钻杆在深部岩体表面处产生的震动信号，并记录为被测深部岩体表面地震波响应信号。在基于随钻地震波进行岩体质量探测时，先从上述第一地震检器和第二地震检测器处获取随钻地震波信号以及被测深部岩体表面地震波响应信号。
需要说明的是，随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭，资源开发不断走向地球深部，本公开中的深部岩体指的是距离地球表面具有一定的距离且具有高应力、高地温、高渗透压等性质的岩体。
S102，将所述随钻地震波信号与所述地震波响应信号做互相关计算，得到互相关函数信号。
具体实施时，在获取随钻地震波信号和被测深部岩体表面的地震波响应信号后，将所述随钻地震波信号与所述被测深部岩体表面的地震波响应信号做互相关计算，得到互相关函数信号，从而可以在充满噪声的所述地震波响应信号中提取出有用的信息。参考图2，为获取的被测深部岩体表面的地震波响应信号的示意图，其中，纵坐标为时间，单位为毫秒(ms)，横坐标为信号数量，每一道被测深部岩体表面的地震波响应信号都有与之对应的一个第二地震检波器进行记录。参考图3，为做互相关计算后得到的互相关函数信号的示意图，其中，纵坐标为时间，单位为毫秒(ms)，横坐标为信号数量，每一道互相关函数信号均由图2中对应的被测深部岩体表面的地震波响应信号与随钻地震波信号做互相关计算后得到。
为了准确的得到互相关函数信号，在一些实施例中，通过以下公式得到所述互相关函数信号：
其中，C(t，x)表示所述互相关函数信号，s(t)表示所述随钻地震波信号，r(t)表示所述被测深部岩体表面的地震波响应信号，τ表示平移时间差，T表示检测时长。需要说明的是，r(t)可以表示多道被测深部岩体表面的地震波响应信号，当被测深部岩体表面的地震波响应信号为多道时，在做互相关计算时，用随钻地震波信号s(t)同时与多道地震波响应信号进行互相关计算，得到多道互相关函数信号，C(t，x)中的x表示各个互相关函数信号对应的被测深部岩体表面的地震波响应信号的接收位置，即各个第二地震检波器的位置。
通过上述公式将随钻地震波信号与被测深部岩体表面的地震波响应信号做互相关计算，可以将被测深部岩体表面的地震波响应信号中的噪声过滤，准确的得到可以提取有用信息的互相关函数信号。
S103，基于所述互相关函数信号得到频散曲线，并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型。
具体实施时，在得到互相关函数信号后，通过该相关函数信号得到频散曲线，该频散曲线为信号的波速随着频率变化的曲线，并根据所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型。面波频散反演过程包括，先假设一个初始频散模型，可选的，可以令初始频散模型的波速在不同的频率下均相等，然后以根据互相关函数信号得到的频散曲线作为目标频散模型，不断的对初始频散模型进行反演迭代，使初始频散模型不断的接近目标频散模型，直到反演后的频散模型与目标频散模型基本重合为止，然后将最后一次反演得到的频散模型转化成速度随深度变化的横波速度模型。参考图4，其中，横坐标为频率，单位为赫兹(Hz)，纵坐标为波速，单位为米每秒(m/s)，图4中，初始频散模型的波速随着频率的变化均为唯一值，经过30次反演后，第30次反演的结果与目标频散模型基本重合。参考图5，其中，横坐标为波速，单位为米每秒(m/s)，纵坐标为深度，单位为米(m)，图5中的虚线为初始频散模型对应的横波速度模型，可以看到该初始频散模型对应的横波速度模型的波速在不同的深度下，均是2700m/s，图5中的深色曲线为第30次反演得到的频散模型对应的横波速度模型，图5中的线色折线为用于检测的目标横波速度模型，可以看到图5中的第30次反演得到的频散模型对应的横波速度模型与目标横波速度模型十分接近。
在一些实施例中，基于所述互相关函数信号得到频散曲线，具体包括：
将所述互相关函数信号转化为频率-波数域的信号，以确定所述互相关函数信号的频率与波数；
基于所述互相关函数信号的频率与波数确定所述互相关函数信号的波速，并基于所述互相关函数信号的频率与波速，得到所述频散曲线。
具体实施时，先将所述互相关函数信号转化为频率-波数域(F-K域)的信号，以确定所述互相关函数信号的频率与波数，然后根据互相关函数信号的频率与波数确定所述互相关函数信号的波速，最后通过互相关函数信号的频率与波速，就可以绘制出频散曲线。
在一些实施例中，通过以下公式将所述互相关函数信号转化为频率-波数域的信号：
以及，通过以下公式确定所述互相关函数信号的波速：
其中，Y(f,k)表示所述频率-波速域的信号，f表示频率，k表示波数，C(t,x)表示互相关函数信号，t表示纵波到达时间，x表示所述第二地震检波器的位置，i表示虚数单位，v表示波速。
在一些实施例中，基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型，具体包括：
通过扰动反演法并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；
其中，所述扰动反演法的正演方法为修正厚层法。
具体实施时，为了准确的得到钻孔周围岩体的横波速度模型，横波速度反演采用针对瑞雷波频散曲线基阶的扰动反演法(Perturbational inversion method，Haney andTsai(2017))，其中，反演方法中的正演方法采用修正厚层法(Modified Thin Layermthod)。在每次进行面波频散反演时，通过修正厚层法对上一次的反演结果快速正演得到本次反演的频散曲线(即本次反演的初始频散模型)，并利用扰动反演方法使其不断逼近目标模型，得到反演的瑞雷波速度结果。并通过瑞雷波速度是横波速度0.9倍的关系，反演得到岩体的横波速度。依次类推，将最后一次反演得到的频散模型转化成速度随深度变化的横波速度模型，面波频散反演结束。
S104，基于所述互相关函数信号确定纵波到达时间，并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型。
具体实施时，先根据互相关函数信号确定纵波到达时间，参考图3，其中，每道信号的第一次波形起跳点对应的纵坐标即为纵波到达时间。在得到纵波到达时间后，根据该纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型。可选的，在得到纵波到达时间后，先预设一个初始纵波速度模型，该初始速度模型可以假设所有地层纵波速度均一，然后不断的对该初始速度模型进行迭代反演，使迭代速度模型中距离震源的各个点的纵波到达时间与根据互相关函数信号确定的纵波到达时间尽量相等。参考图6，为预设的纵波初始速度模型，参考图7，为通过不断反演迭代得到的纵波速度模型，参考图8，为通过实验获得的真实纵波速度模型，图6、图7以及图8中，横坐标x表示距离钻杆的水平距离，单位为米(m)，纵坐标Z表示距离岩体表表面的深度，单位为米(m)，图中通过颜色深浅来表示纵波传播速度的大小，颜色越深表示传播速度越快，具体数值可以对比最右侧的声波速度对照结果，该声波速度对照结果的单位为米每秒。图6中预设所有地层纵波速度均一，所以图中用于表示纵波速度大小的颜色均一，图7与图8相比左侧的图像比较相似，由此可见，在靠近钻杆一端的纵波速度模型十分接近真实的纵波速度模型，因此，基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演可以准确得到纵波速度在钻孔深度方向和钻孔周围方向的变化规律。
在一些实施例中，基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型，具体包括：
通过伴随状态法并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；
其中，通过快速推进法求解程函数方程得到所述伴随状态法的正演结果。
具体实施时，纵波速度反演采用的是基于程函方程(Eikonal equation)的伴随状态法(Adjoint state method)，其中，通过快速推进法(Fast sweeping method)解程函方程得到反演中的正演结果。可选的，程函方程为：
其中，T为波场从钻孔钻机震源到深部岩体空间中任意一点x的纵波到达时间，c是x点处的纵波速度，
为梯度算子。
S105，基于所述横波速度模型与所述纵波速度模型，识别深部岩体的结构面的发育特征。
具体实施时，在获得横波速度模型与纵波速度模型后，根据横波速度模型与纵波速度模型综合识别深部岩体的结构面的发育特征。参考图5，通过识别横波速度模型中的低速夹层(即图5中曲线斜率较小的地方)，分析钻孔周围岩体软弱结构面的位置。参考图7，通过识别纵波速度模型中距离钻杆的不同位置的纵波速度，来识别各个位置对应的深部岩体的结构面的发育特征。
在一些实施例中，在钻杆钻进深度两米范围内做面波频散的分析，得到横波速度模型，而在钻进深度大于两米之后做多点的纵波速度反演得到纵波速度模型。在钻进两米范围内，钻机震源产生的面波信号明显。这样的布置使得在单一钻孔钻进过程中既可以做面波频散分析，又可以做具有较好射线覆盖的纵波到时分析。需要说明的是，本公开中钻杆钻孔的岩体为深部岩体，即钻杆钻进深度两米指的是距离深部岩体的表面的距离为2米。
本公开提供的基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法及相关设备，通过安装在钻杆上且靠近钻头的一端的第一地震检波器获取随钻地震波信号，并通过设置在岩体表面上且位于钻孔周围的第二地震检波器获得被测深部岩体表面的地震波响应信号；将所述随钻地震波信号与所述被测深部岩体表面的地震波响应信号做互相关计算，得到互相关函数信号；基于所述互相关函数信号得到频散曲线，并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；基于所述互相关函数信号确定纵波到达时间，并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；基于所述横波速度模型与所述纵波速度模型，识别深部岩体的结构面的发育特征，从而可以在钻杆钻进过程中完成测试，并实现对钻孔周围的地质进行精确的检测。同时，本公开提供的随钻测量可以在钻杆钻进过程中完成测试，避免在深部岩体高应力状态下出现岩体破碎塌孔无法测试的情况，提升了测量效率和自动化程度，技术更容易得到推广。此外，本公开提供的随钻测量可以实现钻孔周围一定范围内的分析，从而得到岩体结构面在钻孔周围一定范围内的发展形态特征，分析得到其各向异性特征。并且，本公开提供的随钻测量可以同时实现不同方向上的横波、纵波速度的同时反演，通过横波和纵波速度异常的联合分析，更加准确的得道岩体结构面的形态特征。
需要说明的是，本公开实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本公开实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测装置。
参考图9，所述基于随钻地震波的深部岩体质量探测装置，包括：
现场主机1、钻杆3.2、第一地震检波器4以及第二地震检波器5.1；
所述第一地震检波器4设置在所述钻杆3.2上且靠近钻头的一端，用于记录随钻地震波信号；
所述第二地震检波器5.1设置在深部岩体表面上且位于所述钻杆3.2的周围，用于记录被测深部岩体表面的地震波响应信号；
所述现场主机1被配置为：
获取所述随钻地震波信号以及所述地震波响应信号；
将所述随钻地震波信号与所述地震波响应信号做互相关计算，得到互相关函数信号；
基于所述互相关函数信号得到频散曲线，并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；
基于所述互相关函数信号确定纵波到达时间，并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；
基于所述横波速度模型与所述纵波速度模型，识别深部岩体的结构面的发育特征。
在一些实施例中，所述装置还包括一条或多条检波器测线，每条所述检波器测线包括在一条直线方向上依次设置的多个所述第二地震检波器5.1。
在一些实施例中，所述检波器测线为四条，且相邻的两条所述检波器测线相互垂直，每条所述检波器测线包括至少三个所述第二地震检波器5.1。可选的，每条所述检波器测线中相邻的两个第二震检波器间隔1米，参考图10，其中，在一条直线方向上依次设置的4个所述第二震检波器5.1组成一条检波器测线，相邻的两条所述检波器测线相互垂直，该四条检波器测线可以沿远离钻杆的四个延伸方向记录被测深部岩体表面的地震波响应信号，并通过本公开的方法得到四个纵波速度模型。其中，8表示钻孔，7表示岩体结构面。
在一些实施例中，参考图9，所述基于随钻地震波的深部岩体质量的探测装置，还包括：
钻杆驱动装置3.1和钻杆3.2，随钻测试短节2，孔中测试短节，所述现场主机1与随钻测试短节2通过第一通讯电缆相6连接，孔中测试短节内部装有第一地震检波器4，孔中测试短节通过穿过钻杆3.2内部的第二通讯电缆与第一通讯电缆6连接相连接，检波器测线与现场主机1通过无线通讯连接。需要说明的是，图9中，8表示钻孔，7表示深部岩体结构面。
在一些实施例中，随钻测试短节安装在钻杆3.2孔外的一端，且内部装有钻杆钻进多参数传感器，具体包括钻杆扭矩传感器、钻杆钻速传感器、钻杆推力传感器、钻杆钻进深度传感器、加速度传感器。这些传感器用于监测钻杆钻进状态，可以根据这些传感器检测的参数为面波频散反演和纵波速度反演提供初始模型。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本公开时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法。
图11示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法，包括：
获取随钻地震波信号以及被测深部岩体表面的地震波响应信号；
将所述随钻地震波信号与所述地震波响应信号做互相关计算，得到互相关函数信号；
基于所述互相关函数信号得到频散曲线，并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；
基于所述互相关函数信号确定纵波到达时间，并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；
基于所述横波速度模型与所述纵波速度模型，识别深部岩体的结构面的发育特征；
其中，所述随钻地震波信号通过设置在钻杆上且靠近钻头的一端的第一地震检波器获取，所述地震波响应信号通过第二地震检波器获得，所述第二地震检波器设置在深部岩体表面上且位于所述钻孔的周围。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下公式得到所述互相关函数信号：
其中，C(t，x)表示所述互相关函数信号，s(t)表示所述随钻地震波信号，r(t)表示所述地震波响应信号，τ表示平移时间差，T表示检测时长。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述互相关函数信号得到频散曲线，具体包括：
将所述互相关函数信号转化为频率-波数域的信号，以确定所述互相关函数信号的频率与波数；
基于所述互相关函数信号的频率与波数确定所述互相关函数信号的波速，并基于所述互相关函数信号的频率与波速，得到所述频散曲线。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过以下公式将所述互相关函数信号转化为频率-波数域的信号：
以及，通过以下公式确定所述互相关函数信号的波速：
其中，Y(f,k)表示所述频率-波速域的信号，f表示频率，k表示波数，C(t,x)表示互相关函数信号，t表示纵波到达时间，x表示所述第二地震检波器的位置，i表示虚数单位，v表示波速。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型，具体包括：
通过扰动反演法并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；
其中，所述扰动反演法的正演方法为修正厚层法。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型，具体包括：
通过伴随状态法并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；
其中，通过快速推进法求解程函数方程得到所述伴随状态法的正演结果。
7.一种基于随钻地震波的深部岩体质量的探测装置，包括：
现场主机、钻杆、第一地震检波器以及第二地震检波器；
所述第一地震检波器设置在所述钻杆上且靠近钻头的一端，用于记录随钻地震波信号；
所述第二地震检波器设置在深部岩体表面上且位于所述钻杆的周围，用于记录被测深部岩体表面的地震波响应信号；
所述现场主机被配置为：
获取所述随钻地震波信号以及所述地震波响应信号；
将所述随钻地震波信号与所述地震波响应信号做互相关计算，得到互相关函数信号；
基于所述互相关函数信号得到频散曲线，并基于所述频散曲线进行面波频散反演，得到钻孔周围岩体的横波速度模型；
基于所述互相关函数信号确定纵波到达时间，并基于所述纵波到达时间进行纵波速度反演，得到钻孔周围岩体的纵波速度模型；
基于所述横波速度模型与所述纵波速度模型，识别深部岩体的结构面的发育特征。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述装置还包括一条或多条检波器测线，每条所述检波器测线包括在一条直线方向上依次设置的多个所述第二地震检波器。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述检波器测线为四条，且相邻的两条所述检波器测线相互垂直，每条所述检波器测线包括至少三个所述第二地震检波器。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111290233.6A CN114296132A (zh) | 2021-11-02 | 2021-11-02 | 基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法及相关装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
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| CN114296132A true CN114296132A (zh) | 2022-04-08 |
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ID=80964121
Family Applications (1)
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| CN202111290233.6A Pending CN114296132A (zh) | 2021-11-02 | 2021-11-02 | 基于随钻地震波的深部岩体质量探测方法及相关装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114779328A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-22 | 中国科学院青藏高原研究所 | 一种基于自相关噪音成像的地球内部结构探测方法 |
| CN116299708A (zh) * | 2023-02-02 | 2023-06-23 | 西南交通大学 | 隧道围岩松动圈演化过程可视化方法及相关设备 |
| CN116696323A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-09-05 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 钻进过程预警装置及方法 |
-
2021
- 2021-11-02 CN CN202111290233.6A patent/CN114296132A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| CN114779328B (zh) * | 2022-04-22 | 2023-02-28 | 中国科学院青藏高原研究所 | 一种基于自相关噪音成像的地球内部结构探测方法 |
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