煤田采空区中RVSP方法模拟的应用.docx
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1、煤田采空区中RVSP方法模拟的应用摘要:为了提高煤田采空区的地震勘探精度,精准定位采空区边界。在传统VSP地震数据处理成像方法的基础上,通过正演模拟系统地研究了RVSP地震数据处理成像方法,并对采空区填充物及大小分别建立模型进行地震正演模拟数据分析,研究其成像特征。利用正演模拟研究成果,对某水务工程关键地段煤田采空区地震试验数据进行精细处理,并获得了理想的成像效果;构成了一套合适煤田采空区RVSP地震数据处理成像方法,对精准探测煤田采空区具有重要的实际意义。关键词:采空区;RVSP;波场分离;速度场反演;偏移成像煤田采空区对煤矿安全生产、重大工程建设和人民生命财产都存在重大安全隐患,由于采空区
2、的塌陷、煤层开采方式、开采厚度、填充物、埋藏深度和时效性都存在较大的差异,势必会使得采空区内的地质条件和物理性质存在很大区别,进而导致采空区定位精度较差1-2。前人对采空区的探测方法做了大量研究,并获得了一定的效果,但各种探测方法也存在局限性:如瞬变电磁法受场地的影响大且探测深度浅3;探地雷达虽探测分辨率高但是勘探深度较浅4;地震CT施工难度大探测范围小5;地面浅层地震勘探由于频率和能量衰减严重,其分辨率不高6;传统VSP(VerticalSeismicProfiling)方法因施工成本高,很难大面积开展7-12。本文将RVSP(ReverseVerticalSeismicProfiling)
3、地震数据处理成像方法应用于采空区探测研究,构成了合适煤田采空区RVSP地震数据处理成像方法,对精准探测煤田采空区具有重要的意义。传统地面地震勘探方法和VSP方法结合构成了WalkawayVSP,即震源地面滚动激发检波器置于钻井中接收。相比于WalkawayVSP,RVSP方法采用与之相反的激发接收观测方式,具有很多优势:a.检波器使用地面检波器即可,无需耐高温耐高压;b.地面布设检波器更为方便,能够全方位观测,扩大了勘探区域,增加了覆盖次数;c.地震波从坚实的岩层传播到地面能量衰减大大降低,主频衰减降低;d.相对于地面3D采集,RVSP观测方式采集成本低;e.资料的信噪比拟高,井中激发减少了面
4、波的产生13-17。由于井中震源研发不成熟进而导致RVSP技术发展缓慢,起初RVSP主要以随钻地震思想为主。1936年,国外学者B.B.Weatherby第一次提出利用钻头振动作为震源18;1994年,我国科研人员方家福最早引入随钻RVSP19;随后东方地球物理公司将该方法应用于油气勘探;近期十几年来,国内研究人员陆续对爆震RVSP进行试验研究,通常采用炸药震源20。2003年朱龙生21对多方位角RVSP层析成像进行了研究;中石化胜利油田立项展开了深部RVSP地震采集处理关键技术研究22。国内RVSP方法多应用于油气勘探领域并获得了一定的效果,但在工程和煤矿等领域应用甚少14。2013年中国矿
5、业大学潘冬明教授科研团队对煤层气勘探三维RVSP技术进行了深化研究,并提出RVSP等效地面处理成像新方法,获得了很好的应用效果23-24。笔者在前人的研究基础上将RVSP技术应用于定位煤田采空区,利用类VSP数据处理成像原理,获得了可靠的RVSP成像剖面,以便精准定位煤田采空区范围。1RVSP数据正演模拟及波场分析RVSP地震波场数值模拟能够直观地展现地震波井中激发在不同介质中的传播经过,我们能够通过正演模拟研究不同采空区形态和不同填充物对地震波场的影响,进而指导实际资料的处理和解释。通过有限差分法求解波动方程进行RVSP地震波场数值模拟25,来研究煤田采空区的地震响应特征。根据野外实际钻孔资
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