[发明专利]一种基于三分量反射信号时频域极化参数的断层确定方法

说明书

本发明公开了一种基于三分量反射信号时频域极化参数的断层确定方法，先建立观测系统，在炮点激发地震波后，将地震仪采集到的各个地震波信号整理为三个分量的共炮点道集，在三个分量的共炮点道集中利用拉冬变换提取负速度同相轴，得到每个三分量检波器关于断层界面的反射三分量信号；利用获得的反射三分量信号，对上述各个检波器的反射三分量信号进行时频域主极化方向计算，求取瞬时极化倾角与方位角φ_i，利用空间交汇关系确定虚震源点的位置。本发明能精确确定断层的具体倾角参数以及位置信息，从而保证超前探测断层的位置精度，为后续掘进提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种断层确定方法，具体是一种基于三分量反射信号时频域极化参数的断层确定方法。

背景技术

隧道的建设给交通网络的扩展带来极大的便利，而隧道在开掘过程中难以避免的会遇到安全问题。除去生产过程中不遵守规范导致的安全事故，更多的事故是未提前准确查明隧道前方的地质构造情况导致的，如掘进前方存在地质断层而仍然沿原路线掘进则会发生安全事故。地质断层的发育伴随着地层的失稳和岩性的突变，使原先连续渐变的地层在断层处产生畸变，影响隧道掘进的效率；另外某些断层形成后会与其他含水异常体形成导水通道，从而导致掘进到该处时发生涌水情况，甚至会对施工人员人身安全产生威胁。基于上述原因，目前针对断层的地球物理特点，利用地震超前探测手段进行探查，但是现有的反射地震隧道超前探测手段，采用求取速度曲线并偏移成像的步骤，这个步骤比较复杂，由于隧道空间的特性，导致速度求取难度较大，速度求取不正确导致断层位置确定不准、根据偏移结果推断反射界面导致的断层角度求取不准的问题；因此难以确定断层的具体倾角参数以及位置信息，最终导致超前探测断层的位置精度较低，无法满足对后续掘进的指导作用。因此，提出一种不依赖于速度模型的断层确定方法很重要。

专利号为：201310123575.8的中国发明专利提出了基于单一炮检对观测系统的煤巷超前探测断失翼煤层的方法，利用煤层断点绕射波反演出断失翼煤层位置，该方法利用一个X、Z两分量接收点地震记录计算出断点的绕射波主极化方向，通过接收点的二维坐标及主极化方向形成一条射线，以接收点为圆心并以断点绕射波距离为半径形成一个圆弧，射线与圆弧相交即为断失翼煤层位置。与上述专利类似，201610316770.6的中国发明专利提出了一种突出煤层巷道小断层超前定性预报方法，通过顶板或底板的两个接收点的射线相交，确定断点位置。但是，上述方法都存在很大的局限性，主要体现在：上述方法对主极化方向确定的精度要求极高，一旦得出的方向略有误差则会导致一个射线与一个圆弧(或射线)相交得出的断失翼煤层位置偏差很大，然而实际地震记录复杂导致主极化方向的求解误差很大，特别是三维空间中两条射线之间可能不相交，从而不能得到交点。综上所述，现有的方法均不能达到断层的精细探测需求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于三分量反射信号时频域极化参数的断层确定方法，能精确确定断层的具体倾角参数以及位置信息，从而保证超前探测断层的位置精度，为后续掘进提供数据支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于三分量反射信号时频域极化参数的断层确定方法，该方法的具体步骤为：

A、在隧道两帮根据现场施工条件选取其中一帮，在该帮上沿着隧道掘进方向在隧道腰线位置以等间距2m布设16个三分量检波器，由后向前依次编号为R1～R16，在三分量检波器R1的后方10m位置同一高度布置一个炮点，记为S1，在炮点向前激发地震波，16个三分量检波器将接收到的地震波信号传递给地震仪进行记录；

B、根据已知的炮点S1和三分量检波器R1～R16各个位置，建立观测系统，并将地震仪采集到的各个地震波信号整理为三个分量的共炮点道集；

C、在三个分量的共炮点道集中利用拉冬变换提取负速度同相轴，得到每个三分量检波器关于断层界面的反射三分量信号；