本申請是一件分案申請，原申請的申請日是2015.04.21，申請?zhí)柺?01510187917.1，發(fā)明創(chuàng)造名稱是《隨鉆地震鉆頭側(cè)幫地質(zhì)構(gòu)造探測方法》。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及地質(zhì)構(gòu)造探測方法，具體涉及鉆孔震源可變深度傳感器探測巖性參數(shù)方法。

技術(shù)背景：

自然界地震包括自然地震和人工地震,其中人工地震包括主動地震和被動地震，在地震勘探中，人工震源用來攜帶有用的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)；在地震勘探中的地震波是人工激發(fā)產(chǎn)生的，即為人工震源，可以分為兩類，一類是炸藥震源，另一類是非炸藥震源。炸藥震源激發(fā)的地震波具有良好的脈沖特性和能量高的優(yōu)點,是野外油氣勘探激發(fā)地震波的主要震源.非炸藥震源有落重式震源、氣爆震源、電火花震源、可控震源和隨鉆地震震源等。

在國外，早在1936年,weatherby就提出了將鉆頭振動作為震源對地下構(gòu)造進行成像的思路,上世紀80年代以來，隨鉆地震(swd，seismicwhiledrilling)是逐步發(fā)展起來,上世紀九十年代,隨鉆地震從理論探索逐步向工程應(yīng)用過渡,形成了一整套技術(shù),并開始對外服務(wù),這些系統(tǒng)目前仍在不斷的完善中。它以鉆井作業(yè)中鉆頭破巖時產(chǎn)生的振動作為地下震源,通過安裝在井架和鉆桿頂端的傳感器采集由鉆桿傳送上來的鉆頭振動信號,并通過地面測線上的檢波器排列采集經(jīng)地層傳播上來的鉆頭信號的直達波和反射波圖?？蓪崟r預(yù)測鉆頭前方地層構(gòu)造的細節(jié),異常地層孔隙流體壓力,減少鉆探風險,確定套管的最佳下放深度,對于提高鉆井工程安全與效益具有非常重要的意義。目前，基于水平鉆機鉆頭震源的隨鉆地震側(cè)幫探測技術(shù)還未見報道，因此需要進行基于日常生產(chǎn)采掘設(shè)備的側(cè)幫被動震源的地質(zhì)勘探研究，填補空白。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供鉆孔震源可變深度傳感器探測巖性參數(shù)方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明技術(shù)方案是，鉆孔震源可變深度傳感器探測巖性參數(shù)方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一步：將檢波器設(shè)置在鉆柱尾端，用于接收鉆頭發(fā)射波；

第二步：將三分量傳感器組設(shè)置在巷道側(cè)幫，三分量傳感器能同

時檢測直達波和反射波；

第三步：啟動鉆機；

第四步：檢波器將鉆頭震源通過鉆柱傳送的振動信號通過無線發(fā)射模塊發(fā)送給防爆地質(zhì)側(cè)幫探測儀主機；三分量傳感器組將收到的直達波和/或反射波通過無線發(fā)射模塊發(fā)送給防爆地質(zhì)側(cè)幫探測儀主機；

第五步：防爆地質(zhì)側(cè)幫探測儀主機對收到的數(shù)據(jù)進行分析處理，

得出探測結(jié)論；數(shù)據(jù)分析處理按如下方法進行：

當直達波行程方向無異構(gòu)體時，第一至第m三分量傳感器接收到鉆頭震源信號的直達波，第m+1至第n三分量傳感器未接收到直達波；則：c1，c2，τ1，τ2，li，可以通過方程組①求得：

其中：τ1為第一三分量傳感器接收到的鉆頭震源信號直達波旅行時間，τ2為第m三分量傳感器接收到的震源信號直達波旅行時間；t1為檢波器接收的鉆頭震源信號在鉆柱的傳播時間；δt1為第一三分量傳感器接收的鉆頭震源信號直達波旅行時間與鉆頭震源信號在鉆柱傳播時間的時間差,δt2為第m三分量傳感器接收的鉆頭震源信號直達波旅行時間與鉆頭震源信號在鉆柱的傳播時間的時間差,i為從掌子面到側(cè)幫布置的傳感器序號，i＝1,2，…m，li為鉆頭震源與第i個三分量傳感器在垂直方向的距離，l1為鉆頭震源與第一三分量傳感器在垂直方向的距離，l0為三分量傳感器間距，x1為三分量傳感器埋設(shè)深度，x2為開采巷道寬度；c1為鉆頭震源到第一三分量傳感器的直線距離，c2為鉆頭震源到第m三分量傳感器的直線距離；第一三分量傳感器為三分量傳感器組中與鉆頭距離最近的那個三分量傳感器；第n三分量傳感器為三分量傳感器組中與鉆頭距離最遠的那個三分量傳感器。

本發(fā)明利用鉆井作業(yè)中鉆頭破巖時產(chǎn)生的振動作為地下震源,通過安裝在井架和鉆桿頂端的傳感器采集由鉆桿傳送上來的鉆頭振動信號,并通過安裝在巷道側(cè)幫的一組三分量傳感器同時檢測經(jīng)地層傳播上來的鉆頭信號的直達波和反射波，可實時預(yù)測鉆頭前方地層構(gòu)造的細節(jié),預(yù)測異常地層孔隙流體壓力,減少鉆探風險,確定套管的最佳下放深度。

將三分量傳感器組中第j三分量傳感器埋設(shè)深度變?yōu)閤3，j≤m；x3＞x1；當?shù)趈三分量傳感器收到反射波信號時，說明有效探測區(qū)域有異構(gòu)體；則：

則b3，b4，c5，τ5，τ6，y0可以通過方程組③求得：

其中：y0為異構(gòu)體直徑；1≤j≤n；τ5為第j三分量傳感器接收的鉆頭震源信號在γ5方向反射波旅行時間，τ6為第j三分量傳感器接收的鉆頭震源信號在γ4方向反射波旅行時間,δt5為第j三分量傳感器接收的γ5方向反射波旅行時間與鉆頭震源信號在鉆柱傳播時間的時間差,δt6為第j三分量傳感器接收的γ4方向反射波旅行時間與鉆頭震源信號在鉆柱傳播時間的時間差,b3為γ5方向第j三分量傳感器到不良異構(gòu)體界面距離，b4為γ4方向第j三分量傳感器到不良異構(gòu)體界面距離，c5為鉆頭震源到第j三分量傳感器的直線距離；γ5為第j三分量傳感器接收的異構(gòu)體上邊界的反射波與水平方向夾角，γ4為第j三分量傳感器接收的異構(gòu)體下邊界的反射波與水平方向夾角。

本發(fā)明所述的鉆孔震源可變深度傳感器探測巖性參數(shù)方法的有益效果是：本發(fā)明利用鉆井作業(yè)中鉆頭破巖時產(chǎn)生的振動作為地下震源,通過安裝在井架和鉆桿頂端的傳感器采集由鉆桿傳送上來的鉆頭振動信號,并通過安裝在巷道側(cè)幫的一組三分量傳感器同時檢測經(jīng)地層傳播上來的鉆頭信號的直達波和反射波，可實時預(yù)測鉆頭前方地層構(gòu)造的細節(jié),異常地層孔隙流體壓力,減少鉆探風險,確定套管的最佳下放深度,對于提高鉆井工程安全與效益具有非常重要的意義；本發(fā)明成本低，實施方便，可廣泛應(yīng)用于煤礦、野外油氣勘探、隧道建設(shè)以及地震探測等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的鉆孔震源可變深度傳感器探測巖性參數(shù)方法原理圖。

圖2為當直達波行程方向無異構(gòu)體時探測原理圖。

圖3為將三分量傳感器組中第j三分量傳感器aj埋設(shè)深度變?yōu)閤3探測原理圖。

具體實施方式

參見圖1至圖3，鉆孔震源可變深度傳感器探測巖性參數(shù)方法，包括如下步驟：

第一步：將檢波器b設(shè)置在鉆柱尾端，用于接收鉆頭發(fā)射波；

第二步：將三分量傳感器組a1，a2，……,am，am+1，……,an設(shè)置在巷道側(cè)幫，三分量傳感器能同時檢測直達波和反射波；

第三步：啟動鉆機；

第四步：檢波器b將鉆頭震源通過鉆柱傳送的振動信號通過無線發(fā)射模塊發(fā)送給防爆地質(zhì)側(cè)幫探測儀主機；三分量傳感器組a1，a2，……,am，……,an將收到的直達波和/或反射波通過無線發(fā)射模塊發(fā)送給防爆地質(zhì)側(cè)幫探測儀主機；

第五步：防爆地質(zhì)側(cè)幫探測儀主機對收到的數(shù)據(jù)進行分析處理，

得出探測結(jié)論；數(shù)據(jù)分析處理按如下方法進行：

當直達波行程方向無異構(gòu)體時，第一至第m三分量傳感器a1～am接收到鉆頭震源信號的直達波，第m+1至第n三分量傳感器am+1～an未接收到直達波；則：c1，c2，τ1，τ2，li，可以通過方程組①求得：

其中：τ1為第一三分量傳感器a1接收到的鉆頭震源信號直達波旅行時間，τ2為第m三分量傳感器am接收到的震源信號直達波旅行時間；t1為檢波器b接收的鉆頭震源信號在鉆柱的傳播時間；δt1為第一三分量傳感器a1接收的鉆頭震源信號直達波旅行時間與鉆頭震源信號在鉆柱傳播時間的時間差,δt2為第m三分量傳感器am接收的鉆頭震源信號直達波旅行時間與鉆頭震源信號在鉆柱的傳播時間的時間差,i為從掌子面到側(cè)幫布置的傳感器序號，i＝1,2，…m，li為鉆頭震源與第i個三分量傳感器在垂直方向的距離，l1為鉆頭震源與第一三分量傳感器a1在垂直方向的距離，l0為三分量傳感器間距，x1為三分量傳感器埋設(shè)深度，x2為開采巷道寬度；c1為鉆頭震源到第一三分量傳感器a1的直線距離，c2為鉆頭震源到第m三分量傳感器am的直線距離；第一三分量傳感器a1為三分量傳感器組中與鉆頭距離最近的那個三分量傳感器；第n三分量傳感器an為三分量傳感器組中與鉆頭距離最遠的那個三分量傳感器。

將三分量傳感器組中第j三分量傳感器aj埋設(shè)深度變?yōu)閤3，j≤m；x3＞x1；當?shù)趈三分量傳感器aj收到反射波信號時，說明有效探測區(qū)域有異構(gòu)體；則：

則b3，b4，c5，τ5，τ6，y0可以通過方程組③求得：

其中：y0為異構(gòu)體直徑；1≤j≤n；τ5為第j三分量傳感器aj接收的鉆頭震源信號在γ5方向反射波旅行時間，τ6為第j三分量傳感器aj接收的鉆頭震源信號在γ4方向反射波旅行時間,δt5為第j三分量傳感器aj接收的γ5方向反射波旅行時間與鉆頭震源信號在鉆柱傳播時間的時間差,δt6為第j三分量傳感器aj接收的γ4方向反射波旅行時間與鉆頭震源信號在鉆柱傳播時間的時間差,b3為γ5方向第j三分量傳感器aj到不良異構(gòu)體界面距離，b4為γ4方向第j三分量傳感器aj到不良異構(gòu)體界面距離，c5為鉆頭震源到第j三分量傳感器的直線距離；γ5為第j三分量傳感器aj接收的異構(gòu)體上邊界的反射波與水平方向夾角，γ4為第j三分量傳感器aj接收的異構(gòu)體下邊界的反射波與水平方向夾角。