1.一种基于冲击波激发震源的可变偏移距超前探测断层方法,其特征在于,该方法的具体步骤为:
步骤一:在煤巷右帮距离迎头2m位置施工一钻孔,钻孔长度为N米,钻孔位于煤层中部且与煤巷顶底板平行;
步骤二:将冲击波激发震源送入钻孔最深处;
步骤三:在煤巷右帮布设m个安装孔,相邻安装孔的间距为3米,各个安装孔与钻孔的位置处在同一水平面上,在每个安装孔内均布置一个三分量检波器;各个三分量检波器与地震记录仪连接,建立煤巷掘进超前预报观测系统;
步骤四:冲击波激发震源从钻孔最深处进行第一次激发,然后由内向外每偏移2m激发一次,共计n次,形成震源S1、S2、S3…Sn,各个三分量检波器实时接收各个震源产生的地震波并传递给地震记录仪;
步骤五:沿煤巷建立三维坐标系,其中X方向为指向迎头方向,Y方向为垂直于煤壁且垂直于迎头方向,Z方向为垂直于巷道顶底板且垂直于迎头方向,以模型左边界上巷道面的中心为原点建立三维坐标系,将各个震源位置与各个三分量检波器位置归入上述三维坐标系中;
步骤六:每个震源产生一个三分量共炮点道集,共产生n个三分量共炮点道集,对每个共炮点道集进行分析,在共炮点道集中选取来自本盘断层面上的反射槽波信号,求取每个共炮点道集在本盘断层面上的最大振幅反射点,分别为A1,A2,A3…An;
步骤七:将所有最大振幅反射点归入三维坐标系的XOY面上,其坐标分别为A1(x1,y1)、A2(x2,y2),A3(x3,y3)…An(xn,yn),并求取其回归线性方程,具体过程为:(1)将所有的最大振幅反射点归入到三维坐标系的XOY面坐上,其坐标为A1(x1,y1)、A2(x2,y2)、A3(x3,y3)…An(xn,yn);
(2)分别求取:
(3)通过步骤(2)的参数得到回归线性方程:步骤八:根据步骤七得出的回归线性方程在XOY面上形成的直线即为断层位置,从而确定断层走向。
2.根据权利要求1所述的一种基于冲击波激发震源的可变偏移距超前探测断层方法,其特征在于,所述步骤六的具体过程为:(1)提取震源S1产生的共炮点道集,从中选取带有三分量反射槽波信号的时窗t1;
(2)从时窗t1的反射槽波信号中选取埃里相位所在的时长t的三分量地震波进行分析;
(3)计算步骤(2)中时长t的三分量地震波,获取其极化参数,具体步骤如下:Ⅰ、对X、Y、Z三个分量地震信号做Hilbert变换,如下:式中:x(t)、y(t)、z(t)分别X、Y、Z分量,符号 表示Hilbert变换,Ⅱ、建立Hermitian矩阵构造:C(t)=M*(t)·M(t)
式中,M(t)=[hx(t)*hy(t)*hz(t)],符号*表示矩阵的复共轭转置;
Ⅲ、求解获得最大特征值λ1,其主极化方向集中在特征值λ1所在特征向量方向上,求取特征向量归一化后表示为[x1(t),y1(t),z1(t)];
Ⅳ、主极化方向的方位角表示为:
V、根据以上参数进行振幅计算,其公式为:其中Ω代表n个震源对应m个三分量检波器的所有地震道,A(t,f)代表一定频率的标量振幅的叠加函数,Ai代表振幅能量,Ls+LR代表地震波传播的总路径,VC代表槽波埃里相的波速,x、y、z代表每个震源、三分量检波器位置;主极化方向的权重函数Ci表达如下:通过Ci能消除振幅计算中的左右假象,从而直接确定反射点位置在正Y方向还是负Y方向;
(6)通过上述(1)至(5),即能确定反射槽波在本盘断层面上的最大振幅反射点位置,并记为A1;
(7)对其他震源的共炮点道集进行分析,重复上述步骤(1)~(6),获取其他最大振幅反射点,分别A2,A3,A4…An。