專利名稱：一種探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程地質(zhì)勘查領(lǐng)域，尤其涉及一種探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶地質(zhì)災(zāi)害診斷技術(shù)。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)末以來，我國(guó)礦業(yè)開采秩序較為混亂，非法無序的亂采濫挖在一些礦山及其周邊留下了大量的采空區(qū)，隨著時(shí)間的推移，地下水和瓦斯氣體充填采空區(qū)，一旦挖通就會(huì)造成透水、瓦斯爆炸等礦難。由于地下采空區(qū)具有隱伏性強(qiáng)、空間分布特征規(guī)律性差、 采空區(qū)頂板冒落塌陷情況難以預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，因煤礦采空區(qū)引起的煤礦災(zāi)害屢屢發(fā)生，著名的王家?guī)X礦“3 · 28”特別重大透水事故就是由于挖通采空區(qū)導(dǎo)致巷道被淹。因此，如何勘查地下采空區(qū)的分布范圍、空間形態(tài)特征，一直是工程技術(shù)領(lǐng)域的難題。巖溶形態(tài)復(fù)雜、界面極不規(guī)則，對(duì)地震波難以形成有效反射，主要以散射形式為主，信號(hào)較弱、干擾大、難以探測(cè)。在鐵路、公路建設(shè)中對(duì)施工安全和施工質(zhì)量有極大地威脅。當(dāng)前，地下采空區(qū)和巖溶的常用探測(cè)方法主要有三維地震法、高密度電法和瞬變電磁法。其中，三維地震法是建立在反射地震理論基礎(chǔ)之上，主要研究水平連續(xù)地層，不適合復(fù)雜、地質(zhì)結(jié)構(gòu)橫向變化大的山區(qū)。三維地震法在山區(qū)探測(cè)的效果不佳，難于獲得清楚的地質(zhì)圖像，更難于判斷采空區(qū)的位置。高密度電法和瞬變電磁對(duì)于有填充的低阻采空區(qū)反應(yīng)靈敏，但是對(duì)于未填充的高阻采空區(qū)極不敏感，這種采空區(qū)往往被漏報(bào)。這兩種方法都不能有效地解決中小型采空區(qū)和巖溶的探測(cè)問題，特別是對(duì)于未填充的采空區(qū)和巖溶的探測(cè)效果不佳。本發(fā)明建立在散射理論基礎(chǔ)上，不但適合大的連續(xù)界面，更適合于橫向劇烈變化的場(chǎng)合；散射波可以有效的發(fā)現(xiàn)孤立的溶洞和采空區(qū)。，不管是否有填充。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能準(zhǔn)確探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法。本發(fā)明探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，具體步驟如下 步驟1，在待探測(cè)區(qū)域布設(shè)地震檢波器和機(jī)械震源；
步驟2，機(jī)械震源激發(fā)產(chǎn)生地震波，地震檢波器采集地下震動(dòng)信息； 步驟3，濾除所述地下震動(dòng)信息中的雜波，得到來自地下采空區(qū)和巖溶的散射波和反射波，計(jì)算獲得散射波和反射波的能量分布譜；
步驟4，對(duì)所述散射波和反射波進(jìn)行速度掃描，確定地下巖體波速分布； 步驟5，制定地下采空區(qū)和巖溶的形態(tài)與分布特征圖。進(jìn)一步地，在所述步驟3濾除雜波之前，先對(duì)所述地震檢波器采集的地下震動(dòng)信息進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括去除干擾、延時(shí)校正、數(shù)據(jù)增益中的一種或多種。進(jìn)一步地，所述步驟3中，對(duì)所述地下震動(dòng)信息進(jìn)行空間方向?yàn)V波，以濾除所述地下震動(dòng)信息中的雜波。進(jìn)一步地，所述雜波為面波、直達(dá)波、側(cè)向回波中的一種或多種。進(jìn)一步地，所述步驟1中，在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)依次間隔地布設(shè)多個(gè)地震檢波器和多個(gè)機(jī)械震源；且，
地震檢波器之間的距離不大于所述機(jī)械震源產(chǎn)生的地震波波長(zhǎng)的1/4 ；
布設(shè)的多個(gè)地震檢波器和多個(gè)機(jī)械震源形成的總排列長(zhǎng)度不小于所述地震波波長(zhǎng)。進(jìn)一步地，所述多個(gè)地震檢波器和多個(gè)機(jī)械震源布設(shè)在同一水平線上。進(jìn)一步地，所述步驟1中，按照以下方法布設(shè)地震檢波器和機(jī)械震源， 在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)依次布設(shè)多個(gè)地震檢波器后再布設(shè)一個(gè)機(jī)械震源；或者， 在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)布設(shè)一個(gè)機(jī)械震源后再依次布設(shè)多個(gè)地震檢波器； 其中，
地震檢波器之間的距離不大于所述機(jī)械震源產(chǎn)生的地震波波長(zhǎng)的1/4 ；且， 布設(shè)的多個(gè)地震檢波器形成的總排列長(zhǎng)度不小于所述地震波的波長(zhǎng)。進(jìn)一步地，所述多個(gè)地震檢波器和一個(gè)機(jī)械震源布設(shè)在同一水平線上。進(jìn)一步地，所述步驟4中，對(duì)待探測(cè)區(qū)域地下散射波與反射波的偏移疊加能量按照以下公式求極值，遞進(jìn)改變波速計(jì)算疊加能量，當(dāng)疊加能量取極值時(shí)對(duì)應(yīng)的波速就是最佳波速；
按照以下公式計(jì)算不同部位的最佳波速
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于， 步驟1，在待探測(cè)區(qū)域布設(shè)地震檢波器和機(jī)械震源；步驟2，機(jī)械震源激發(fā)產(chǎn)生地震波，地震檢波器采集地下震動(dòng)信息； 步驟3，濾除所述地下震動(dòng)信息中的雜波，得到來自地下采空區(qū)和巖溶的散射波和反射波，計(jì)算獲得散射波和反射波的能量分布譜；步驟4，對(duì)所述散射波和反射波進(jìn)行速度掃描，確定地下巖體波速分布； 步驟5，制定地下采空區(qū)和巖溶的形態(tài)與分布特征圖。
2.按照權(quán)利要求1所述的探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于，在所述步驟3方向?yàn)V波之前，先對(duì)所述地震檢波器采集的地下震動(dòng)信息進(jìn)行預(yù)處理； 所述預(yù)處理包括去除噪聲、延時(shí)校正、數(shù)據(jù)增益處理中的一種或多種。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于，所述步驟3中，對(duì)所述地下震動(dòng)信息進(jìn)行空間方向?yàn)V波，以濾除所述地下震動(dòng)信息中的雜波。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于，所述雜波為面波、直達(dá)波、側(cè)向回波中的一種或多種。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于，所述步驟1中，在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)依次間隔地布設(shè)多個(gè)地震檢波器和多個(gè)機(jī)械震源；且， 地震檢波器之間的距離不大于所述機(jī)械震源產(chǎn)生的地震波波長(zhǎng)的1/4 ； 布設(shè)的多個(gè)地震檢波器和多個(gè)機(jī)械震源形成的總排列長(zhǎng)度不小于所述地震波的波長(zhǎng)。
6.按照權(quán)利要求5所述的探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于，所述多個(gè)地震檢波器和多個(gè)機(jī)械震源布設(shè)在同一水平線上。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于， 所述步驟1中，按照以下方法布設(shè)地震檢波器和機(jī)械震源，在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)依次布設(shè)多個(gè)地震檢波器后再布設(shè)一個(gè)機(jī)械震源；或者， 在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)布設(shè)一個(gè)機(jī)械震源后再依次布設(shè)多個(gè)地震檢波器； 其中，地震檢波器之間的距離不大于所述機(jī)械震源產(chǎn)生的地震波波長(zhǎng)的1/4 ；且， 布設(shè)的多個(gè)地震檢波器形成的總排列長(zhǎng)度不小于所述地震波的波長(zhǎng)。
8.按照權(quán)利要求7所述的探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于，所述多個(gè)地震檢波器和一個(gè)機(jī)械震源布設(shè)在同一水平線上。
9.按照權(quán)利要求1、2、6或8所述的探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于， 所述步驟4中，對(duì)待探測(cè)區(qū)域地下散射波與反射波的偏移疊加能量按照以下公式求極值，遞進(jìn)改變波速計(jì)算疊加能量，當(dāng)疊加能量取極值時(shí)對(duì)應(yīng)的波速即為最佳波速； 按照以下公式計(jì)算不同部位的最佳波速M(fèi)5(XjA5V)其中，V為介質(zhì)波速；h為距離地面的深度；X為水平方向的坐標(biāo)。
10.按照權(quán)利要求1、2、6或8所述的探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，其特征在于， 所述步驟5中，通過對(duì)步驟3得到的地下散射波和反射波的能量、以及步驟4得到的各個(gè)地層對(duì)應(yīng)的最佳波速進(jìn)行合成孔徑偏移成像，制定所述地下采空區(qū)和巖溶的形態(tài)與分布特征圖。
全文摘要
本發(fā)明提供一種探測(cè)地下采空區(qū)和巖溶分布的方法，步驟如下步驟1，在待探測(cè)區(qū)域布設(shè)檢波器和震源；步驟2，震源激發(fā)產(chǎn)生地震波，檢波器采集地下震動(dòng)信息；步驟3，進(jìn)行空間方向?yàn)V波，濾除雜波，得到地下采空區(qū)和巖溶地質(zhì)體的散射波和反射波，計(jì)算其能量分布譜；步驟4，對(duì)散射波和反射波進(jìn)行速度掃描，確定巖體波速分布；步驟5，制定地下采空區(qū)和巖溶的形態(tài)與分布特征圖。本發(fā)明提供了一種用于探測(cè)地下采空區(qū)及巖溶分布的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中不能有效探查地形和地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜背景和無水高阻采空區(qū)及巖溶的缺陷。本發(fā)明綜合利用散射波和反射波，應(yīng)用合成孔徑偏移成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)和巖溶分布的有效探測(cè)，為工程施工的安全進(jìn)行提供有效保證。
文檔編號(hào)G01V1/28GK102426384SQ201110262208
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者蔣輝, 趙曉鵬, 趙永貴 申請(qǐng)人:趙永貴