本發(fā)明涉及背景噪聲成像和煤層風(fēng)氧化帶探測，具體涉及一種基于密集臺(tái)陣背景噪聲成像的煤層風(fēng)氧化帶探測方法。

背景技術(shù)：

1、由于地殼運(yùn)動(dòng)，埋藏在地殼深處的煤層暴露在地表或埋藏在淺層地殼中。由于溫度變化、氣體、水和生物活動(dòng)的相互作用，煤層的各種固有物理和化學(xué)特征可能會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生風(fēng)化氧化帶。煤層的風(fēng)化氧化帶一般發(fā)育在露頭或淺埋區(qū)，由于受地形、巖層性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件等多種因素的影響，風(fēng)化氧化帶的深度也不盡相同。風(fēng)氧化作用會(huì)造成煤巖層裂隙發(fā)育、巖體孔隙率增加，其地球物理特征表現(xiàn)為電阻率降低、地震波速度降低和頻散衰減增強(qiáng)等。煤層的風(fēng)化氧化作用極大地影響了煤層的有效開采，從而造成直接的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。甚至?xí)?dǎo)致煤層自燃、瓦斯和煤塵爆炸、煙霧中毒或人員傷亡。

2、目前國內(nèi)外對(duì)于煤層風(fēng)氧化帶的勘探方法比較單一，僅依靠稀疏的鉆探工程圈定其范圍的經(jīng)驗(yàn)性依賴程度較大，導(dǎo)致風(fēng)氧化帶范圍圈定不準(zhǔn)確，最終降低煤礦經(jīng)濟(jì)效益，甚至影響開采安全。目前在實(shí)際應(yīng)用中，地面地球物理方法主要有瞬變電磁法和三維地震法。瞬變電磁法根據(jù)低阻異常區(qū)圈定煤層風(fēng)氧化帶，但是特征不明顯，分辨率較低。三維地震根據(jù)波阻抗變化圈定煤層風(fēng)氧化帶，特征明顯、分辨率高，但是需要人工震源，工期長、工程量大、成本高。

3、背景噪聲成像是一種被動(dòng)源地震成像新方法，該方法可以利用互相關(guān)算法從背景噪聲數(shù)據(jù)中重構(gòu)地震面波信號(hào)，進(jìn)而通過面波頻散反演對(duì)地下s波速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。近年來，隨著密集臺(tái)陣觀測技術(shù)的出現(xiàn)，通過背景噪聲互相關(guān)能夠提取到更高頻的面波信號(hào)來研究地殼淺部的精細(xì)速度結(jié)構(gòu)。其應(yīng)用范圍已經(jīng)從深達(dá)幾百公里的巖石圈尺度拓展到了地殼淺部幾十、上百米的礦山尺度。該方法不需要人工震源，具有工期短、成本低、環(huán)境友好等特征。但是該方法尚未應(yīng)用于煤層風(fēng)氧化帶探測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)煤層風(fēng)氧化帶探測的技術(shù)難題和需求，本發(fā)明提供一種基于密集臺(tái)陣背景噪聲成像的煤層風(fēng)氧化帶探測方法。該方法從背景噪聲數(shù)據(jù)中重構(gòu)能夠反映地下結(jié)構(gòu)的地震面波信號(hào)，并結(jié)合了測井信息標(biāo)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層風(fēng)氧化帶的探測。該方法具有分辨率高、工期短、成本低、環(huán)境友好等特征。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于密集臺(tái)陣背景噪聲成像的煤層風(fēng)氧化帶探測方法，首先，調(diào)研礦區(qū)地質(zhì)信息，根據(jù)礦區(qū)的煤層賦存狀態(tài)和開采規(guī)劃設(shè)計(jì)密集臺(tái)陣觀測系統(tǒng)，并記錄背景噪聲數(shù)據(jù)；其次，基于面波頻散反演得到地下的s波速度結(jié)構(gòu)；最后，結(jié)合測井曲線標(biāo)定結(jié)果確定煤層風(fēng)氧化帶的下限。

3、具體包括以下步驟：

4、步驟1、根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)信息和開采規(guī)劃，確定探測區(qū)域并設(shè)計(jì)密集臺(tái)陣觀測系統(tǒng)；

5、步驟2、進(jìn)行野外施工，布設(shè)短周期三分量地震檢波器，組成密集臺(tái)陣觀測系統(tǒng)，記錄一周左右的背景噪聲數(shù)據(jù)；

6、步驟3、對(duì)背景噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

7、步驟4、基于互相關(guān)算法從預(yù)處理后的背景噪聲數(shù)據(jù)中重構(gòu)面波數(shù)據(jù)，進(jìn)行面波頻散反演，得到地下s波速度結(jié)構(gòu)；

8、步驟5、收集礦區(qū)已有的測井資料，根據(jù)開采歷史，統(tǒng)計(jì)風(fēng)氧化煤層和正常煤層的測井曲線特征，得到測井曲線標(biāo)定結(jié)果；

9、步驟6，基于步驟4得到的地下s波速度結(jié)構(gòu)，并結(jié)合步驟5得到的測井曲線標(biāo)定結(jié)果，給出目標(biāo)煤層風(fēng)氧化帶下限。

10、優(yōu)選的，步驟3中所述預(yù)處理包括：采用去儀器響應(yīng)、去均值、去趨勢、帶通濾波、數(shù)據(jù)截取、時(shí)域規(guī)則化和頻譜均衡的步驟。

11、優(yōu)選的，步驟4中所述面波頻散反演包括面波頻散曲線提取和頻散曲線反演步驟。

12、優(yōu)選的，步驟5中所述測井曲線包括側(cè)向電阻率、密度、自然伽馬、短源距伽馬伽馬、自然電位和井徑。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

14、1.本發(fā)明提出一種基于密集臺(tái)陣背景噪聲成像的煤層風(fēng)氧化帶探測方法，該方法從背景噪聲數(shù)據(jù)中重構(gòu)能夠反映地下結(jié)構(gòu)的地震面波信號(hào)，進(jìn)而通過面波頻散曲線反演得到地下s波速度結(jié)構(gòu)，并結(jié)合測井曲線標(biāo)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層風(fēng)氧化帶的探測。該方法具有分辨率高、工期短、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)勢。

技術(shù)特征：

1.基于密集臺(tái)陣背景噪聲成像的煤層風(fēng)氧化帶探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于密集臺(tái)陣背景噪聲成像的煤層風(fēng)氧化帶探測方法，其特征在于，步驟3中所述預(yù)處理包括：采用去儀器響應(yīng)、去均值、去趨勢、帶通濾波、數(shù)據(jù)截取、時(shí)域規(guī)則化和頻譜均衡的步驟。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于密集臺(tái)陣背景噪聲成像的煤層風(fēng)氧化帶探測方法，其特征在于，步驟4中所述面波頻散反演包括面波頻散曲線提取和頻散曲線反演步驟。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于密集臺(tái)陣背景噪聲成像的煤層風(fēng)氧化帶探測方法，其特征在于，步驟5中所述測井曲線包括密度、側(cè)向電阻率、自然伽馬、短源距伽馬伽馬、自然電位和井徑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于密集臺(tái)陣背景噪聲成像的煤層風(fēng)氧化帶探測方法，首先，調(diào)研礦區(qū)地質(zhì)信息，根據(jù)礦區(qū)的煤層賦存狀態(tài)和開采規(guī)劃設(shè)計(jì)密集臺(tái)陣觀測系統(tǒng)，并記錄一周左右的背景噪聲數(shù)據(jù)；其次，基于面波頻散反演得到地下的S波速度結(jié)構(gòu)；最后，結(jié)合測井曲線標(biāo)定結(jié)果確定煤層風(fēng)氧化帶的下限。本方法從背景噪聲數(shù)據(jù)中重構(gòu)能夠反映地下結(jié)構(gòu)的地震面波信號(hào)，進(jìn)而通過面波頻散曲線反演得到地下S波速度結(jié)構(gòu)，并結(jié)合測井曲線標(biāo)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層風(fēng)氧化帶的探測。該方法具有分辨率高、工期短、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)勢。

技術(shù)研發(fā)人員：馬智,何維勝,胡秋萍,郭政學(xué),周進(jìn)舉,陳同俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司雙馬一礦
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9