一種基于譜分解的煤層火成巖侵入位置直接指示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤層火成巖位置指示方法，特別是一種基于譜分解的煤層火成巖 侵入位置直接指示方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)很多煤礦企業(yè)中，其主采煤層存在較嚴(yán)重的火成巖侵入問題。除了部分煤 層被侵入的火成巖完全替代以外，大部分煤層僅部分被侵入的火成巖替代。當(dāng)侵入的火成 巖部分替代煤層時(shí)，其在煤層中的位置主要有三種，即頂部、底部和中部。
[0003]由于火成巖的硬度遠(yuǎn)大于煤層的硬度，井下采煤時(shí)，割煤機(jī)等機(jī)械設(shè)備很容易因 割到火成巖而加速磨損，同時(shí)也降低了割煤效率，從而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。在煤層回采 前，如果可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)侵入的火成巖在煤層中的準(zhǔn)確位置。在煤層回采設(shè)計(jì)階段，就可以預(yù) 先考慮煤層火成巖侵入因素的影響。通過優(yōu)化煤層回采設(shè)計(jì)，避免發(fā)生采煤機(jī)械因切割火 成巖而造成的機(jī)械加速磨損和開采效率降低。
[0004] 對(duì)于煤層火成巖侵入位置的預(yù)測(cè)來說，目前使用最廣泛的方法是鉆孔標(biāo)定法。即 通過采區(qū)內(nèi)現(xiàn)有鉆孔所揭露的煤層火成巖侵入位置，預(yù)測(cè)采區(qū)內(nèi)的煤層火成巖侵入位置。 由于煤層相對(duì)于其頂?shù)装鍑鷰r和火成巖來說，比較松軟?；鸪蓭r在侵入煤層時(shí)，其侵入位置 可能會(huì)因?yàn)榭臻g位置的不同，發(fā)生較劇烈的變化。因此，通過鉆孔標(biāo)定侵入煤層的火成巖位 置，精度較低，可靠性較差。
[0005] 另一方面，火成巖在侵入煤層時(shí)，一般會(huì)沿著煤層侵入。因此，侵入煤層中的火成 巖和煤層一樣，呈層狀分布、形成巖床。在進(jìn)行煤田三維地震勘探時(shí)，不論煤層是否被火成 巖所侵入，一般都會(huì)有較好的煤層反射波。與正常煤層反射波不同，當(dāng)煤層中含有侵入的火 成巖時(shí)，煤層反射波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。而且，運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特 征的變化，會(huì)因?yàn)榛鸪蓭r侵入位置的不同而存在一定的差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是要提供一種具有預(yù)測(cè)真實(shí)、可靠，預(yù)測(cè)方法科學(xué)、簡(jiǎn)捷的基于譜分 解的煤層火成巖侵入位置直接指示方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：火成巖位置直接指示方法：1)通過人機(jī)交互，在常 規(guī)三維地震數(shù)據(jù)體上拾取煤層反射波同相軸；2)根據(jù)煤層反射波的特征，沿煤層反射波同 相軸提取煤層反射波數(shù)據(jù)，生成子數(shù)據(jù)體；3)利用譜分解算法，對(duì)子數(shù)據(jù)體中的每一個(gè)地 震道進(jìn)行譜分解，獲得相應(yīng)的時(shí)頻譜；4)對(duì)于每一個(gè)時(shí)頻譜，搜索其各個(gè)頻率曲線的最大 響應(yīng)值，將最大響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的時(shí)間和頻率繪制成交會(huì)圖；5)利用線性回歸分析方法，擬合 交會(huì)圖中的散點(diǎn)，獲得截距和梯度值；6)將所有地震道的截距和梯度值繪制成交會(huì)圖，根 據(jù)每一個(gè)地震道在交會(huì)圖中的位置，直接指示火成巖的侵入位置。
[0008] 火成巖位置直接指示方法，具體步驟如下：
[0009] 1)通過人機(jī)交互，在常規(guī)三維地震數(shù)據(jù)體上拾取煤層反射波同相軸；
[0010] 具體方法如下：①收集采區(qū)內(nèi)已有的測(cè)井資料，制作合成地震記錄；②將合成地 震記錄與井旁道進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別出煤層反射波的位置和相位；③將識(shí)別出的煤層反射波位 置和相位作為控制點(diǎn)，利用人機(jī)交互在全區(qū)拾取煤層反射波同相軸；
[0011] 2)根據(jù)煤層反射波的特征，沿煤層反射波同相軸提取煤層反射波數(shù)據(jù)，生成子數(shù) 據(jù)體；
[0012] 具體方法如下：①根據(jù)煤層反射波的特征，確定數(shù)據(jù)提取時(shí)的時(shí)間窗上界、時(shí)間窗 下界和時(shí)間窗長(zhǎng)度；②將提取的時(shí)間窗函數(shù)確定為鐘形高斯窗；③沿交互拾取的煤層反射 波同相軸，依次提取每個(gè)地震道的煤層反射波數(shù)據(jù)，生成子數(shù)據(jù)體；
[0013] 3)利用譜分解算法，對(duì)子數(shù)據(jù)體中的每一個(gè)地震道進(jìn)行譜分解，獲得相應(yīng)的時(shí)頻 譜；
[0014] 具體方法如下：①提取子數(shù)據(jù)體中每一道的煤層反射波數(shù)據(jù)；②根據(jù)煤層反射波 的特征，合理選擇時(shí)頻譜的起始頻率、終止頻率和步長(zhǎng)等參數(shù)；③選取合適的譜分解算法， 為小波變換或S變換等；④計(jì)算數(shù)據(jù)體中每一個(gè)地震道的時(shí)頻譜；
[0015] 4)對(duì)于每一個(gè)時(shí)頻譜，搜索其各個(gè)頻率曲線的最大響應(yīng)值，將最大響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的 時(shí)間和頻率繪制成交會(huì)圖；
[0016] 具體方法如下：①搜索時(shí)頻譜中各個(gè)頻率曲線的最大響應(yīng)值；②讀取各個(gè)頻率曲 線最大響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的時(shí)間；③以頻率為橫坐標(biāo)、最大響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的時(shí)間為縱坐標(biāo)，繪制交會(huì) 圖；
[0017] 5)利用線性回歸分析方法，擬合交會(huì)圖中的散點(diǎn)，計(jì)算截距和梯度值；
[0018] 具體方法如下：①根據(jù)交會(huì)圖中散點(diǎn)分布的特點(diǎn)，選取線性回歸的數(shù)據(jù)范圍，起始 頻率選為20Hz，終止頻率選為100Hz;②根據(jù)最小二乘法原理，對(duì)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的散點(diǎn)進(jìn)行線 性回歸；③根據(jù)線性回歸所獲得的直線方程，計(jì)算擬合直線的截距和梯度值；
[0019] 6)將所有地震道的截距和梯度值繪制成交會(huì)圖，根據(jù)每一個(gè)地震道在交會(huì)圖中的 位置，直接指示火成巖的侵入位置；
[0020] 具體方法如下：①將所有地震道所對(duì)應(yīng)的截距和梯度依次排序；②繪制截距和梯 度的交會(huì)圖；③根據(jù)交會(huì)圖中散點(diǎn)的分布特點(diǎn)，定義閾值線，初步指示火成巖侵入位置；④ 將初步指示結(jié)果與已知鉆孔揭露情況進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證定義的閾值線是否合理；⑤如果合理， 則初步指示火成巖位置為煤層火成巖侵入位置的直接指示；如果不合理，則重新定義閾值 線，重復(fù)步驟④直到獲得滿意結(jié)果為止。
[0021] 有益效果，由于采用了上述方案，通過提取煤層反射波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，預(yù) 測(cè)煤層火成巖的侵入位置，對(duì)煤層反射波進(jìn)行譜分解，獲得煤層反射波的時(shí)頻譜；再利用線 性回歸分析，定量獲得煤層反射波響應(yīng)最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間隨子波頻率的變化關(guān)系；最后，通 過設(shè)定閥值線，直接指示煤層中火成巖的侵入位置；煤礦采區(qū)的三維地震數(shù)據(jù)空間網(wǎng)格密 度遠(yuǎn)大于鉆孔的空間網(wǎng)格密度，提高煤層火成巖侵入位置的預(yù)測(cè)精度。
[0022] 1)預(yù)測(cè)成果更直觀，與煤層火成巖的侵入位置直接對(duì)應(yīng)。本發(fā)明的預(yù)測(cè)成果直接 對(duì)應(yīng)煤層的火成巖侵入位置，即對(duì)應(yīng)煤層中火成巖是從頂部、底部或中部侵入煤層。因此， 可以直接用于指導(dǎo)煤層回采方案的設(shè)計(jì)，有利于減少割煤機(jī)等機(jī)械設(shè)備的加速磨損，也有 利于煤層回采效率的提高。
[0023] 2)探測(cè)煤層火成巖侵入位置的精度更高。由于本發(fā)明在預(yù)測(cè)時(shí)使用的是三維地震 數(shù)據(jù)體，數(shù)據(jù)的空間采樣密度要遠(yuǎn)大于鉆孔密度。因此，對(duì)于煤層火成巖侵入位置的刻畫比 較精確，明顯減小所預(yù)測(cè)煤層火成巖侵入位置的橫向擺動(dòng)，所預(yù)測(cè)煤層火成巖侵入位置的 橫向擺動(dòng)小于20m。
[0024] 3)探測(cè)成果的可靠性更高。由于本發(fā)明所采用的原始數(shù)據(jù)是三維地震數(shù)據(jù)、而不 是鉆探數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的空間采樣密度達(dá)到5mX5m，甚至更高。因此，具有較高的可靠性和預(yù)測(cè) 準(zhǔn)確率。
[0025] 4)預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率較高。
[0026] 優(yōu)點(diǎn)：提高了煤層火成巖侵入位置的預(yù)測(cè)精度，使煤礦采區(qū)煤層火成巖侵入位置 的定量預(yù)測(cè)成為可能，具有預(yù)測(cè)真實(shí)、可靠，預(yù)測(cè)方法科學(xué)、簡(jiǎn)捷，預(yù)測(cè)結(jié)果定量、直觀、高精 度等特點(diǎn)，完全滿足煤礦采區(qū)煤層高產(chǎn)、高效回采的要求。
【附圖說明】：
[0027] 圖1為本發(fā)明的煤層反射波層位交互拾取示意圖。
[0028] 圖2為本發(fā)明的煤層反射波地震道對(duì)應(yīng)時(shí)頻譜示意圖。
[0029] 圖3為本發(fā)明的時(shí)頻譜中提取的頻率-時(shí)間交會(huì)圖示意圖。
[0030] 圖4為本發(fā)明的線性回歸后截距_梯度交會(huì)圖示意圖。
[0031] 圖5為本發(fā)明的截距-梯度交會(huì)圖直接指示煤層火成巖侵入位置流程圖。
[0032] 圖中：1、地震道；2、交互拾取的層位；3、時(shí)間窗上界；4、時(shí)間窗下界；5、時(shí)頻譜響 應(yīng)曲線；6、時(shí)頻譜響應(yīng)曲線的最大值點(diǎn)；7、頻率-時(shí)間交會(huì)圖中的散點(diǎn)；8、線性回歸擬合直 線；9、火成巖頂部侵入時(shí)截距-梯度交會(huì)圖中的散點(diǎn)；10、火成巖中部侵入時(shí)截距-梯度交 會(huì)圖中的散點(diǎn)；11、火成巖底部侵入時(shí)截距-梯度交會(huì)圖中的散點(diǎn)；12、火成巖頂部侵入和 中部侵入的閥值線；13、火成巖底部侵入和中部侵入的閥值線。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明
[0034] 實(shí)施例1 : 一種基于譜分解的煤層火成巖侵入位置直接指示方法包括如下步驟：
[0035] 1)通過人機(jī)交互，在常規(guī)三維地震數(shù)據(jù)體上拾取煤層反射波同相軸；2)根據(jù)煤層 反射波的特征，沿煤層反射波同相軸提取煤層反射波數(shù)據(jù)，生成子數(shù)據(jù)體；3)利用譜分解 算法，對(duì)子數(shù)據(jù)體中的每一個(gè)地震道進(jìn)行譜分解，獲得相應(yīng)的