煤礦采空區無源地震探測方法
【專利摘要】本發明公開一種煤礦采空區無源地震探測方法，所述方法包括在采空區設置觀測臺陣，所述觀測臺陣由若干地震儀按照臺陣排布方法排布形成，其中所述臺陣排布方法為：以所述觀測區域的中心為臺陣圓心，以n個預定接收半徑為半徑形成n重以所述臺陣圓心為圓心的同心圓環，在所述臺陣圓心位置布置一臺地震儀，并分別在每一重圓環上均勻布置三臺地震儀；所述地震儀采集采空區的微動觀測數據，基于所述微動觀測數據計算頻率譜和自相關函數，擬合貝塞爾函數，計算相速度得到頻散曲線，反演S波速度結構；基于所述反演S波速度彩色剖面判定煤層采空區的分布情況。
【專利說明】煤礦采空區無源地震探測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤礦采空區無源地震探測方法。
【背景技術】
[0002]微動的理論基礎由Aki (1957年)和Capon(1969年)提出，即從天然地震信號中提取面波相速度頻散曲線的方法。主要應用于探測地下深部結構，應用領域涉及地質勘察、城市活斷層調查、工程地基勘察和場地穩定性評價及城市建設等多個領域。
【發明內容】
[0003]針對上述問題，本發明提供一種對自然界沒有破壞，施工方便且對采空區的探測效果好的煤礦采空區無源地震探測方法。
[0004]為達到上述目的，本發明煤礦采空區無源地震探測方法，所述方法包括:
[0005]在采空區設置觀測臺陣，所述觀測臺陣由若干地震觀測儀按照臺陣排布方法排布形成，其中所述臺陣排布方法為:以所述觀測區域的中心為臺陣圓心，以η個預定接收半徑為半徑形成η重以所述臺陣圓心為圓心的同心圓環，在所述臺陣圓心位置布置一臺地震儀，并分別在每一重圓環上均勻布置三臺地震儀，所述地震儀采集采空區的微動觀測數據；
[0006]基于所述微動觀測數據計算頻率譜和自相關函數，擬合貝塞爾函數，計算相速度得到頻散曲線，反演S波速度結構；
[0007]基于所述反演S波速度彩色剖面判定煤層采空區的分布情況。
[0008]進一步地，所述預定接收半徑由采空區探測的目的層的深度決定，所述預定接收半徑為采空區目的層的深度的1/5至1/3。
[0009]本煤礦采空區無源地震探測方法，與常規地震勘探技術相比，無需進行人工激發，只接收來自自然界的微小振動。本發明所述的方法借助精密地震記錄儀，布置成以一個中心點和多個半徑的同心圓臺陣，同時接收自然界的微小振動，通過資料處理與分析，計算相速度頻散曲線，反演視S波速度彩色剖面，根據剖面視速度的變化判定煤層采空情況。
[0010]創造性地采用了地震記錄儀拾取自然界的微小振動，不采用人工激發作為地震源，對自然環境沒有任何破壞，不受外界噪聲干擾，施工方便，對采空區的探測效果良好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明煤礦采空區無源地震探測方法的觀測臺陣的布置示意圖；
[0012]圖2是本發明煤礦采空區無源地震探測方法的流程。
【具體實施方式】
[0013]下面結合說明書附圖對本發明做進一步的描述。
[0014]如圖1至2所示，本實施例煤礦采空區無源地震探測方法，所述方法包括:[0015]在采空區設置觀測臺陣，所述觀測臺陣由若干地震觀測儀按照臺陣排布方法排布形成，其中所述臺陣排布方法為:以所述觀測區域的中心為臺陣圓心，以η個預定接收半徑為半徑形成η重以所述臺陣圓心為圓心的同心圓環，本實施例中設定了 3個半徑RpR2A3,在所述臺陣圓心位置布置一臺地震儀Stl,并分別在每一重圓環上均勻布置三臺地震儀，在半徑為R1的圓環上布置有地震儀Sp S2, S3，在半徑為R2的圓環上布置有地震儀S4、S5、S6,在半徑為R3的圓環上布置有地震儀S7、S8、S9。
[0016]所述地震儀采集采空區的微動觀測數據；
[0017]基于所述微動觀測數據計算頻率譜和自相關函數，擬合貝塞爾函數，計算相速度得到頻散曲線，反演S波速度結構；
[0018]基于所述反演S波速度彩色剖面判定煤層采空區的分布情況。
[0019]進一步地，所述預定接收半徑由采空區探測的目的層的深度決定，所述預定接收半徑為采空區目的層的深度的1/5至1/3。
[0020](I)震源
[0021]常規地震勘探法一般需要采用炸藥、可控震源等激發人工源，對地表環境造成破壞。
[0022]無源地震不用人工激發震源，僅采用地震記錄儀記錄野外自然界的微小振動(一般振幅為KT4-1O-2Cm,頻率約為)。對環境無破壞，適合在復雜人文環境應用。采集用地震記錄儀可采用傳統低頻地震檢波器，也可采用高精度低頻拾震儀，目前采用的拾震儀有國內的MD-1臺陣探測儀；日本MTKV-1C微動勘察儀等。
[0023](2)觀測方式
[0024]常規地震勘探接收排列長度等于或大于最大目的層埋藏深度，探測500m的目的層，則需要布置大于或等于500m長的接收點，工作量大，施工速度慢。
[0025]如圖1所示，無源地震勘探法，是根據目的層的埋藏深度不同，選擇不同的接收臺陣半徑，通常臺陣半經約為目的層深度的1/3-1/5。施工簡單，受外界地形和噪聲影響小。
[0026](3)數據處理
[0027]假設微動是來自各個方向的各向同性波,微動信號在時間和空間上符合平穩隨機過程，而且微動中所包含的各種波中面波的一個振動模式占優勢，則如圖1所示的圓形觀測陣列上的一點和中心點觀測信號的標準化自相關函數方位平均值可以表示為:
[0028]
【權利要求】
1.一種煤礦采空區無源地震探測方法，其特征在于，所述方法包括: 在采空區設置觀測臺陣，所述觀測臺陣由若干地震觀測儀按照臺陣排布方法排布形成，其中所述臺陣排布方法為:以所述觀測區域的中心為臺陣圓心，以η個預定接收半徑為半徑形成η重以所述臺陣圓心為圓心的同心圓環，在所述臺陣圓心位置布置一臺地震儀，并分別在每一重圓環上均勻布置三臺地震儀，所述地震儀采集采空區的微動觀測數據；基于所述微動觀測數據計算頻率譜和自相關函數，擬合貝塞爾函數，計算相速度得到頻散曲線，反演S波速度結構； 基于所述反演S波速度彩色剖面判定煤層采空區的分布情況。
2.根據權利要求1所述的煤礦采空區無源地震探測方法，其特征在于:所述預定接收半徑由采空區探測的目的層的深度決定，所述預定接收半徑為采空區目的層的深度的1/5至 1/3。
【文檔編號】G01V1/20GK103969678SQ201410228623
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】馮西會, 段中會, 許德才, 馬麗, 金溪, 劉江, 沈福斌, 常宇飛, 王星明, 張奮軒, 康荔 申請人:陜西省煤田物探測繪有限公司