[發明專利]一種基于沖擊波激發震源的轉換SH波探測沖刷帶方法

有效

• 申請號: 201910993566.1
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN110850471B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 王勃;孫華超;劉盛東;李興興;龔震;王志丹;邢世雨;丁昕;張振東;張恒
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30;G01V1/20;G01V1/04
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 張旭

1.一種基于沖擊波激發震源的轉換SH波探測沖刷帶方法，其特征在于，該方法的具體步驟為：

步驟一：在回采工作面進風巷的入口處、中間處以及切眼處，分別向工作面內施工一個鉆孔，鉆孔長度為N米；

步驟二：將三個沖擊波激發震源分別送入到三個鉆孔的最深處；

步驟三：在回采工作面回風巷布設m個安裝孔，相鄰安裝孔的間距為5米，在每個安裝孔內均布置一個檢波器，各個檢波器與地震記錄儀連接；

步驟四：選取切眼處的鉆孔首先進行激發，將沖擊波激發震源從鉆孔最深處進行第一次激發，然后沖擊波激發震源由內往外每偏移5m進行一次激發，形成一個震源組，分別為S₁₁、S₁₂、S₁₃…S_1n，將各個檢波器實時接收各個震源產生的地震波并傳遞給地震記錄儀，此時n個震源形成的n個共炮點道集構成一個共炮點道集組；

步驟五：在其他兩個鉆孔中重復步驟四，分別形成其他兩個震源組，分別為S₂₁、S₂₂、S₂₃…S_2n和S₃₁、S₃₂、S₃₃…S_3n，并構成了兩個共炮點道集組；

步驟六：沿煤巷建立三維坐標系，X方向為煤層傾向方向，Y方向為煤層走向方向，Z方向為垂直于煤層方向，以進風巷入口處為原點建立三維坐標系，將各個沖擊激發震源位置與各個檢波器位置歸入到上述三維坐標系中，建立回采工作面透射觀測系統；

步驟七：在三個共炮點道集組中選取其中一個共炮點道集組的n個共炮點道集進行分析，選取其中存在沖刷帶轉換SH波信號的地震記錄，并在該地震記錄中選取帶有轉換SH波的時窗t₁，t₂，t₃…t_n；

步驟八：對步驟七得出的時窗t₁，t₂，t₃…t_n中的轉換SH波分別進行能量計算，具體過程為：

(1)在震源S₁₁形成的共炮點道集中選取時窗t₁內一個周期長度的沖刷帶轉換SH波同相軸；

(2)利用沖刷帶轉換SH波同相軸在不同時段的能量進行計算，步驟如下：

Ⅰ、轉換SH波的能量與介質的能量衰減系數和傳播距離的關系：

A＝A₀e^-βr

其中A₀是轉換SH波初始能量，A是傳播距離r后的能量，β是衰減系數；

Ⅱ、在回采工作面透射觀測系統中，質點振動方向與檢波器靈敏方向存在一定角度θ，考慮角度θ對轉換SH波能量的影響，上述公式整理為：

A＝A₀e^-βrsinθ

Ⅲ、求取衰減系數β，步驟如下：

A、將三維坐標網格化，網格大小為1m；

B、震源S₁₁與每個檢波器構成一條射線，選取其中一條射線進行求解，該射線經過的網格內介質衰減系數假設為β₁，β₂，β₃…β_n，則其離散化得到：

C、兩邊取對數得出：

D、令：B＝[β₁β₂β₃…β_n]，r＝[r₁r₂r₃…r_n]^T；

E、則有矩陣：

Br＝b

F、重復上述B至E，構建另外m-1條射線的矩陣；

G、求解步驟E及F的m個矩陣，即可獲得該共炮點道集組中所有射線經過的網格的衰減系數；

H、利用克里格插值方法計算工作面內未經過射線的網格的衰減系數，從而形成工作面區域內的所有網格的衰減系數；

I、根據衰減系數計算工作面區域內的所有網格的轉換SH波的能量；

Ⅳ、與沒有沖刷帶區域相比，沖刷帶區域的轉換SH波能量明顯偏大；能量值超過閾值P的范圍即為沖刷帶區域，閾值P的求取方法如下：

A、將整個能量區域離散化，獲得k個能量點數值E_j，j＝1,2…k；

B、求取其平均值：

C、計算其標準差：

D、閾值為：P＝平均值+標準差；

(3)對該共炮點道集組中n-1個共炮點道集重復步驟(1)和(2)，即能獲得n-1個能量計算結果；

步驟九：將步驟八的能量計算結果進行疊加處理后，得出工作面內沖刷帶的成像結果；

步驟十：對另外兩個共炮點道集組重復上述步驟七至步驟九，得出另外兩個工作面內沖刷帶的成像結果；

步驟十一：將步驟九及十的三組成像結果進行疊加處理，重疊范圍即為工作面沖刷帶準確范圍。