巷道超前探测散射成像处理技术.pdf

第 3 6卷第 6期 2 0 1 2年 1 2月 物探与化探 GE OP HYS I C AL ＆ GEO CHE MI C AL E XP L OR AT I ON V0 1 ． 3 6． No． 6 De c ．． 2 01 2 巷道超前探测散射成像处理技术 金 红娣 ， 潘冬明 ， 杨光 中国矿业大学 资源与地球科学学院， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 摘 要国内外在隧道施工过程中已开始应用反射波法超前探测前方小构造， 如断层 、 陷落柱。由于前方的断层面、 陷落柱界面起伏不平， 所以接收到的反射波能量较弱， 难以精确成像 ， 而基于惠更斯原理的散射成像方法能充分利 用地震信号的全波场信息， 具有较好的偏移成像效果 ， 散射成像为巷道超前探测提供了一种可行的成像方法。笔 者通过建立巷道超前探测模型， 分析了散射成像处理技术的效果 ， 验证了散射成像方法应用于巷道超前探测的可 行性 。 关键词 T S P ； 散射成像； 克希霍夫叠前时间偏移； 等效偏移距偏移 中图分类号 P 6 3 1 ． 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 8 9 1 8 2 0 1 2 0 61 0 1 0 0 4 近十年来 ， 矿产的开采率急速上升 ， 露天及浅层 地表的矿场储量亮起 了红灯 ， 找矿工作 向着盲矿和 深部矿产方 向发展 ， 地质情况与近地表相 比复杂程 度大大增加 。在地 下开挖隧道以及采掘过程 中， 会 遇到突水、 瓦斯突出 ， 岩土垮落 、 坍塌、 溶洞等地质灾 害， 因此 国内外都高度重视巷道施工超前地质预报。 国内外采用的巷道超前地质预报的方法有地质雷达 预报法 、 钻孑 L 预报法 、 地震波预报法。地质雷达方法 是一种无损检测技术 ， 受噪声 干扰小 、 精度高 ， 但是 地质雷达仪器的防爆 、 防潮性能较差 ， 不利于在井下 施工。超前钻孔预报法精度 比较高 ， 但是得 到的信 息仅反应钻孔长度方 向上 的地质信息， 不能反应一 个面上的综合地质特征 ， 花费也 比较高 ， 而且在硬岩 中打钻， 钻头会偏离预计的方向或者卡钻 J ， 甚至 在水压比较大的情况下 ， 发生突水灾害。以反射波 理论为基础的地震超前预报方法理论成熟 、 探测精 度高、 深度大 、 易操作 ， 故为应用最广泛 的巷道超前 预报方法。 目前 ， 最 主要 的地震超前预报方法有水 平声波剖面法 H S P 、 地震波反射“ 负视速度 ” 法和 瑞士 A m b e r g公 司开发研 制 的 T S P系列 T S P 2 0 0 、 T S P 2 0 3 、 T S P 2 0 3 P L U S 超前地质预报方法 等。 采用地震超前预报方法 ， 在遇到复杂的地质构 造 如陡倾角、 多断裂、 小尺度的复杂 目 标体 时， 由 于这些地质体形成间断点或 间断线_ 3 J ， 所 以用常规 反射波地震勘探 ， 接收不到这些部位 的反射波 ； 另一 方面， 由于观测 系统受到空 间的限制 ， 反射波窗 口 小 ， 探测精度受到井下全空 间效应的影 响。因此难 以对这些构造进行精确成像 ， 不能正确指 出构造 的 位置和范围。 基于波动方程 和散射理论 的散射成像方法 ， 能 够充分利用不均匀体所产生 的散射信息， 接收到复 杂 目标体总的扰动 ， 解决 了用常规 的地震超前预报 接收不到反射波的问题 ， 因而在小构造 、 界面起伏较 大的煤矿勘探 中具有更加广泛 的适用性 ， 巷道超前 探测散射成像技术的研究具有重要 的意义。 笔者提 出了散射成像技术应用 于巷道超前探 测 ， 简要叙述了散射波理论以说明该方法的可行性 。 建立了陡倾断层构造正演模 型 ， 模拟了地震波在遇 到陡倾构造时波场记录， 在偏移成像方法上 ， 采用了 三种偏移方法进行偏移成像 ， 分析对 比三种方法的 优劣 ， 论证了散射成像技术在巷道超前探测 中的高 精度成像效果。 1 基本原理 1 ． 1 T S P探测的基本原理 T S P是一种多波多分量反射地震波勘探方法 ， 与常规反射波地震勘探方法原理一样 ， 采用了回声 测量原理。将检波器与震源布置在巷道 的一侧 ， 埋 入到巷道侧帮。用小药量激发产生地震波 ， 地震波 在传播 的过程中遇到断裂构造 、 岩性不同的围岩， 不 同的地质体具有不同的物性参数 主要利用密度和 速度参数 ， 导致不同的地质体波阻抗存在着差异 ， 收稿 日期 2 0 1 l一 0 7 0 4 基金项 目 国家重大专项“ 煤层 气地震采集处理技术研究” 2 0 0 8 z x 0 5 O 3 5 _ o O 3 。 6期 金红娣等 巷道超前探测散射成像处理技术 1 0 1 3 [ 5 ] C l a e r b o u t J F ． I ma g i n g t h e E a a h g i n t e r i o r [ M] ． L o n d o n B l a c k w e l l S c i e n t fi c P u b l i c a t io n ， 1 9 8 4 THE S TUDY OF S CATTERED TO TOPoGRAPHY M ETHOD I N TSP J I N Ho n g d i ， P AN D o n g mi n g ， YANG Gu a n g T h e S c h o o l o f R e s o u r c e a n d E a r t h S c i e n c e C U MT， X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ，C h i n a Ab s t r a c t A t h o me a n d a b r o a d． d u r i n g t h e p r o c e s s o f t h e c h a n n e l t u n n e l c o n s t r u c t i o n，T S P h a s b e e n u s e d t o d e t e c t s ma l l s t r u c t u r e s s u c h a s f a u l t ，c o l l a p s e c o l u mn ． B e c a u s e t h e f a u l t p l a n e a n d c o l l a p s e c o l u mn i n t e r f a c e i s u n d u l a t i n g ，t h e r e c e i v e d e n e r g y o f t h e r e fl e e t e d w a v e i s we a k，t h e r e f o r e i t i s d i ffi c u l t t o i ma g e a h e a d o f t h e t u n n e 1 ．T h e s c a t t e r e d t o p o g r a p h y me t h o d b a s e d o n Hu y g e n s F r e s n e l p r i n c i p l e c a n t a k e f u l l a d v a n t a g e o f t h e i n f o r ma t i o n o f t h e f u l l wa v e fi e l d s e i s mi c s i g n a l s ．S c a t t e r e d wa v e o f f e r s a n e w i ma g e me t h o d f o r T S P d u e t o t h e g o o d mi g r a t i o n e f f e c t ．I n t h i s p a r t i c l e ，Bu i l d i n g e x p l o rin g t u n n e l mo d e l t o s t u d y t h e e f f e c t o f s c a t t e r e d t o p o g r a p h y ，a n d p r o v e t h e f e a s i b i l i t y o f t h e s c a t t e r e d t o p o g r a p h y u s e d i n t h e T S P． Ke y wo r d s T S P； s c a t t e r e d t o p o g r a p h y ；e q u i v a l e n t o f f s e t ； p r e s t a c k e d Ki r c h h o ff t i me mi g r a t i o n； E MO mi g r a t i o n 作者简介 金红娣 1 9 8 7一 ， 女， 江苏徐州人， 硕士研究生， 从事煤田地震勘探资料处理及解释研究， 公开发表学术论文数篇。 ⋯⋯⋯⋯⋯一～一 上 接 1 0 0 5页 THE APPLI CATI oN oF A KPCA． AVM M oDEL To RES ERVoI R I DENTI FI CATI ON P ANG He ． q i n g ， K UANG J i a n ． c h a o ， ， WANG Z h o n g ， L I U Ha i s o n g ， C AI Z u o h u a 。 ，HUANG Ya o ． z o n g 1 ． C o l l e g e ofE n e r g y R e s o u r c e s ， C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ， C h e n g d u 6 1 0 0 5 9， C h i n a ； 2 ． C o l l e g e of Ma n a g e me n t S c i e n c e ， C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ， C h e n g d u 6 1 0 0 5 9， C h i n a； 3 ． G u i y a n g De p a rt m e n t of E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o I m e n t I n s t i t u t e ， S o u t h w e s t P e t r o l e u m B r a n c h ， S i n o p e c ， G u i y a n g 5 5 0 0 0 4， C h i n a ； 4 ． No ． 2 9 ， v 0 ． 4 G u d o n g O i l F a c t o r y， S h e n g l i O i e l d ， S i n o p e c ， Do n g y in g 2 5 7 2 3 7 ， C h in a Ab s t r a c t I t i s mo r e d i ffi c u l t t o p r e d i c t t h e l o w p o r o s i t y a n d l o w p e r me a b i l i t y t i g h t r e s e r v o i r t h a n t o p r e d i c t t h e r e g u l a r r e s e rvo i r ． T h e a u t h o r s t h e r e f o r e t e n t a t i v e l y a p p l i e d k e r n e l p r i n c i p a l c o mp o n e n t a n a l y s i s a n d s u p p o rt v e c t o r ma c h i n e ， c a l l e d KP C A S VM mo d e l ， t o s o l v e t h i s p r o b l e m． T h r o u g h t h e p o l y n o mi a l k e r n e l f u n c t i o n o f t h e KP C A， t h e mo d e l c a n o b t a i n t h e n o n l i n e a r f e a t u r e e x t r a c t i o n ． T h e n t h e Ga u s s i a n k e r n e l f u n c t i o n i n t h e S VM i s c h o s e n t o p e r f o r m o p t i mi z a t i o n a g a i n ．F i n a l l y ， r e s e r v o i r i d e n t i fi c a t i o n i s i mp l e me n t e d i n t h e SVM． As t h e mo d e l i nc o r po r a t e s t h e a d v a n t a g e s o f ke r ne l f u n c t i o n， prin c i p a l c o mp o n e n t a n a l y s i s a n d s u p po v e c t o r c l a s s i fic a t i o n， i t c a n b e t t e r s o l v e t h e p r o b l e m o f n o n l i n e a r s ma l l s a mp l e， e l i mi n a t e t h e n o i s e o f t h e d a t a a n d r e d u c e t h e d i me n s i o n wi t h o u t mi s s i n g v ali d i n for ma ri o n ． I n a d d i t i o n， i t c a n a c h i e v e t h e p r e d i c t i o n f u n c t i o n q u i c k l y a n d a c c u r a t e l y ． T h e mo d e l wa s e mp l o y e d t o p r e d i c t t h e r e s e rvo i r i n x 8 5 6 we l l b l o c k， w h i c h b e l o n g s t o Xu 2 me mb e r g a s r e s e rvo i r o f t h e Xi n c h a n g g a s fi e l d ． T h e p r e d i c t i o n r e s u h s s h o w t h e s u p e ri o r i t y o f t h i s mo d e 1 ． w h i c h c a n b e u s e d a s a n o p t i o n a l me t h o d i n t i g h t r e s e rvo i r p r e d i c t i o n ． Ke y wo r d s Ke r n e l P r i n c i p a l C o mp o n e n t A n a l y s i s ； S u p p o v e c t o r ma c h i n e ； KP C A S VM mo d e l ； Re s e rvo i r i d e n t i fi c a t i o n； Xu 2 me mb e r g a s r e s e rv o i r o f t h e Xi n c h a n g g a s fi e l d 作者简介 庞河清 1 9 8 2一 ， 男， 广东化州人， 2 0 1 0级在读博士， 油气田开发工程专业， 主要从事石油地质及油藏工程相关研 究 。