CN110967740A - 一种煤矿工作面透射地震体波与槽波分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种煤矿工作面透射地震体波与槽波分离方法，主要包括如下步骤：首先，读取透射地震数据，按透射波观测***设置道间距数组；然后，将采样时间平方，对平方后的数组以最小间隔线性插值，并对地震数据线性插值，得到抛物线形式数据体；最后，在频率域内对有效频段采用快速迭代收缩阈值法求解稀疏Radon反问题，利用透射体波和槽波的传播速度和走时差异，在时间‑慢度域内对透射体波与槽波进行分离，应用Radon反变换将采样时间开平方，即可得分离后的透射体波和槽波。本发明采用高分辨率稀疏Radon变换对煤矿工作面透射波进行分离，无需输入任何经验参数，相比其它方法具有简单易行，分离效果好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿工作面透射地震体波与槽波分离方法，属于矿井地震数据处理领域。
背景技术
我国煤炭资源丰富，分布广，但煤层赋存地质条件差，致灾因素多，地面地震勘探技术精度低，无法满足煤矿企业安全生产的需求，而在煤矿工作面内开展透射地震勘探为精细查明工作面内的地质情况提供了可能。
相对于围岩，煤层速度低，在煤层内激发地震波会产生沿顶底板传播的体波、和在煤层内传播的体波和槽波。沿顶底板传播的体波速度快，携带了顶底板地层的信息；在煤层内传播的体波和槽波速度慢，主要反映煤层内地质情况。将这两种速度大小不一的地震波分离，是煤矿工作面透射地震成像分析的基础。已有的研究主要是从不同类型地震波偏振方向的不同来开展研究工作(冯磊,杜艳艳,李松营,姚小帅,杨艳军.透射法典型槽波数据波场分析[J].地球物理学进展,2018,33(02):590-595.)，需要输入一些经验参数，易受主观因素影响。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提出了一种无需输入经验参数的煤矿工作面透射地震体波与槽波分离方法，其步骤如下：
步骤1，读取煤矿工作面透射地震数据，按透射波观测***设置道间距数组；
步骤2，将采样时间平方，对平方后的数组以最小间隔线性插值，并对地震数据线性插值，得到抛物线形式数据体；
步骤3，在频率域内对有效频段采用快速迭代收缩阈值法求解稀疏Radon反问题；
步骤4，在时间-慢度域内对透射体波与槽波进行分离，对分离数据体应用Radon反变换并将采样时间开平方，即可得到分离后的体波和槽波。
所述步骤3中的具体求解过程如下：
步骤3.1，对插值后的地震数据体进行频谱分析，分析该数据体的有效频段；
步骤3.2，在频率域内，对有效频段的每一频率均采用快速迭代收缩阈值法求解稀疏反演问题：
式中，D为频率域内地震数据，M为频率域内Radon变换数据体，L为频率域Radon变换算子，λ是正则化因子；
步骤3.3，判断有效频段是否处理完毕，如未完，则返回步骤3.2，如已计算完，则输出频率域内Radon变换数据体M，进行傅里叶反变换，得到时间-慢度域数据体。
所述步骤4中的具体过程如下：
步骤4.1，由于透射体波传播速度大于透射槽波，在步骤3求得的透射波时间-慢度域分布区图中，分布在时间小，慢度小区域的为体波，时间大，慢度大区域的为槽波；
步骤4.2，对分离出的时间-慢度域数据进行傅里叶变换，然后利用频率域抛物线Radon反变换得到抛物线形式地震数据体，对数据体进行傅里叶反变换并对采样时间开平方，抽取相应时间的地震数据即得到分离后的透射体波和槽波数据体。
本发明的有益效果是：采用高分辨率稀疏Radon变换对煤矿工作面透射体波与槽波进行分离，无需输入任何经验参数，相比其它方法简单易行，分离效果好。
附图说明
图1是本发明的技术流程示意图；
图2是煤矿工作面透射波勘探观测***示意图；
图3是煤矿工作面内折射波和直达波射线路径示意图；
图4是煤矿工作面透射波数值模拟图；
图5是图4的高分辨率稀疏Radon变换图；
图6a是分离出的透射体波；
图6b是分离出的透射槽波；
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的实例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是实例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
煤矿工作面透射波勘探观测***示意图如图2所示，其中S为震源，两巷道距离为L，O为震源在另一巷道的投影点，X为投影点到各检波器的距离。
透射波可分为透射体波及透射槽波，透射体波包括折射波和直达波，折射波和直达波射线路径如图3所示，煤层厚度为d,在d/2处放置炮点和检波点，临界角为θ，当入射角等于θ时，产生折射波，折射波沿围岩传播，传播速度为围岩速度，三类地震波的时距曲线用公式表达如下：
由表达式(1)(2)(3)可知，三类地震波的时距曲线均为双曲线形式。
图4为煤矿工作面透射波数值模拟图，图中透射波时距曲线为双曲线形态。
读取图4所示地震数据，设置道间距数组，令道间距为△x，震源在另一巷道的投影点为零点，零点右边依次为为△x,2△x,3△x,...,零点左边依次为为-△x,-2△x,-3△x,...。
双曲Radon反变换公式为：
双曲Radon伴随变换公式为：
公式(4)(5)中xi为道间距；tj为时间；τm为截距时间；pn为慢度。
令τ2＝τ',t2＝t'，则有：
通过将采样时间平方，双曲线Radon变换变为抛物线Radon变换，对平方后的数组以最小间隔线性插值，并对地震数据线性插值，得到抛物线形式数据体。
对抛物线形式数据体进行傅里叶变换，有：
公式(8)(9)中xi为道间距；f为频率；pn为慢度。
分析频率域数据体的有效频段，对有效频段的每一频率均采用快速迭代收缩阈值法求解式(10)所表示的稀疏反演问题：
式中，D为频率域内地震数据，M为频率域内Radon变换数据体，L为频率域抛物线Radon变换算子，λ是正则化因子；
令
k为迭代次数；
频率域抛物线Radon变换算子L可表示为：
对所有的有效频段均求解式(10)所示的稀疏反演问题，最后输出频率域内Radon变换数据体M，进行傅里叶反变换，得到时间-慢度域数据体，如图5所示。
由于透射体波传播速度大于透射槽波，在上面求得的透射波时间-慢度域分布区图中，分布在时间小，慢度小区域为如图5中箭头所示的①透射体波，时间大，慢度大区域为如图5中箭头所示的②透射槽波；
对分离出的时间-慢度域数据进行傅里叶变换然后利用频率域抛物线Radon反变换得到抛物线形式地震数据体，对数据体进行傅里叶反变换并对采样时间开平方，抽取与原数据体相对应时间的地震数据即得到分离后的透射体波如图6a所示和槽波数据体如图6b所示。
以上所述为本发明的实施方式举例，其中未详述的部分为本专业领域普通专业人员的公知常识。本发明的保护范围由权利要求限定，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种煤矿工作面透射地震体波与槽波分离方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，读取煤矿工作面透射地震数据，按透射波观测***设置道间距数组；
步骤2，将采样时间平方，对平方后的数组以最小间隔线性插值，并对地震数据线性插值，得到抛物线形式数据体；
步骤3，在频率域内对有效频段采用快速迭代收缩阈值法求解抛物线形式Radon变换；
步骤4，在时间-慢度域内对透射体波与槽波进行分离，对分离数据体应用Radon反变换并将采样时间开平方，即可得到分离后的体波和槽波。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿工作面透射地震体波与槽波分离方法，其特征在于，所述步骤1中透射波观测***道间距数组设置如下：
令道间距为△x，震源在另一巷道的投影点为零点，零点右边依次为为△x,2△x,3△x,...,零点左边依次为为-△x,-2△x,-3△x,...。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿工作面透射地震体波与槽波分离方法，其特征在于，所述步骤3中具体求解过程如下：
步骤3.1，对插值后的地震数据体进行频谱分析，分析该数据体的有效频段；
步骤3.2，在频率域内，对有效频段的每一频率均采用快速迭代收缩阈值法求解稀疏反演问题：
式中，D为频率域内地震数据，M为频率域内Radon变换数据体，L为频率域Radon变换算子，λ是正则化因子；
令
||M||1＝φ2，则
式中，k为迭代次数；
步骤3.3，判断有效频段是否处理完毕，如未完，则返回步骤3.2，如已计算完，则输出频率域内Radon变换数据体M，进行傅里叶反变换，得到时间-慢度域数据体。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿工作面透射地震体波与槽波分离方法，其特征在于，所述步骤4中具体过程如下：
步骤4.1，由于透射体波传播速度大于透射槽波，在步骤3求得的透射波时间-慢度域分布区图中，分布在时间小，慢度小区域的为体波，时间大，慢度大区域的为槽波；
步骤4.2，对分离出的时间-慢度域数据进行傅里叶变换，然后利用频率域抛物线Radon反变换得到抛物线形式地震数据体，对数据体进行傅里叶反变换并对采样时间开平方，抽取与原数据体相对应时间的地震数据即得到分离后的透射体波和槽波数据体。
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| CN106772557A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-31 | 北京中矿大地地球探测工程技术有限公司 | 利用随掘信号探测煤矿掘进巷道各方向地质构造的方法 |
| CN107703545A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-02-16 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种三分量地震槽波波场分离方法及*** |
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- 2019-12-24 CN CN201911341466.7A patent/CN110967740B/zh active Active
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| 路拓: "矿井巷道面波_转换横波超前探测技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
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