一种煤层工作面透-反射槽波数据融合处理方法

本发明涉及一种地震数据融合的方法，具体是一种煤层工作面透-反射槽波数据融合处理方法，属于地质勘探

背景技术：

1、我国煤炭开采条件复杂，灾害威胁严重，安全生产仍面临多重挑战。查明和重构煤炭开采透明化地质条件，是精准开采和绿色利用的基础保障。煤层开采过程中存在很多影响安全生产的小型地质构造，现阶段，槽波勘探是小构造探测主要方法之一，是一种有效探查工作面内地质异常的物探方法。目前槽波勘探主要是利用透射和反射两种方法对煤层工作面地质异常体进行探测，从而圈定其空间位置和形态。

2、透射衰减系数ct成像在槽波勘探中应用较多，其对于垂直断层的描绘效果较好，但在揭示水平走向断层时，其描绘的效果并不精细。相比而言，反射偏移成像揭示走向断层时，其成像相对敏感，但对于垂直断层的描绘效果较差。由于上述两种勘探数据具有的优缺点情况，若仅依靠单一数据进行成像则会降低成像的适用性。

3、因此，提供一种新的方法，能将透射成像数据和反射成像数据两者融合，实现槽波数据融合的精准成像，提高对断层成像的适用性，从而对工作面地质构造进行全面判断，且该方法稳定性较高，是本发明所需研究的方向。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤层工作面透-反射槽波数据融合处理方法，能将透射成像数据和反射成像数据两者加权融合，实现槽波数据融合的精准成像，提高对断层成像的适用性，从而对工作面地质构造进行全面判断，且该方法稳定性较高。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种煤层工作面透-反射槽波数据融合处理方法，具体步骤为：

3、步骤一、布设探测系统及采集地震数据：在工作面两侧巷道分别沿巷道走向布设一排检波器，且各个检波器均与地震采集仪连接，完成探测系统布设；接着在其中一个巷道内选择震源位置激发震源，各个检波器将检测的地震数据反馈给地震采集仪，其中与震源处于相同巷道内各个检波器采集的地震数据为反射波数据；不与震源处于相同巷道内各个检波器采集的地震数据为透射波数据；

4、步骤二、透射槽波衰减系数成像：根据步骤一中透射波数据确定衰减系数，并利用sirt算法反演得出探测区域内的透射槽波衰减系数成像；

5、步骤三、反射槽波偏移成像：根据步骤一中反射波数据进行偏移处理，从而得出探测区域内的偏移剖面成像；

6、步骤四、数据融合处理：

7、①确定透射数据的权重和反射数据的权重：设α表示透射数据的权重，(1-α)表示反射数据的权重，则根据如下公式确定各自权重情况：

8、α＝0.5cosθ

9、式中，α表示透射数据权重系数，θ表示断层与接收透射数据的该排检波器间的水平夹角；

10、②数据归一化处理：将步骤二的透射槽波衰减系数成像和步骤三的偏移剖面成像分别采用相同的网格大小进行划分，并将两个成像的网格进行空间位置配准，接着对两个成像数据各自的地震属性进行归一化处理，其中透射槽波衰减系数成像的地震属性为衰减系数，偏移剖面成像的地震属性为振幅，使不同成像的地震属性处于同一量纲，具体为：

11、采用min-max归一化(min-max normalizion)方法对地震属性数据进行处理，其通过对地震属性数据进行线性变换，使得地震数据映射到[0,1]之间，转换函数为：

12、

13、式中，max表示数据中的最大值，min表示数据中的最小值；

14、③数据融合：获取步骤②经过归一化处理及配准的网格，则每个网格内的融合数据sf(t)表示为：

15、sf(t)＝α*st(t)+(1-α)*sr(t)

16、式中：st(t)表示每个网格内的透射数据，sr(t)表示每个网格内的反射数据；

17、经过上述获得每个网格内的融合数据，接着将融合数据进行成像。

18、上述权重系数α是基于透射数据和反射数据均获取较好的情况下确定，也可以根据实际应用需求和数据特点在上述计算的基础上进行微调。如果实际获取的槽波透射法数据更可靠或更重要，则在计算的α值基础上增加该值；如果实际获取的反射法数据提供了更多的信息，则在计算的α值基础上减小该值(即增大1-α值)。

19、进一步，所述步骤二具体为：

20、在探测区域xy内，衰减系数μ表示为μ＝(x,y)，在方向l上传播时，能量在路径上l的衰减表示为：

21、∫lμdl＝ln(l0/l)

22、式中，l0为初始振幅，l为槽波沿l传播后的振幅；通过上式求出激发震源与各个检波器之间∫lμdl的数值，得到μ在xy内的分布情况；

23、将探测范围xy划分成i个网格，假设xy内槽波射线有j条，射线lj与每个网格相交长度为αij，得到线性方程组：

24、

25、式中,rjf为槽波能量，f为衰减系数平均值；最后利用sirt算法反演f在xy内的分布，从而得出探测区域内的透射槽波衰减系数成像。

26、进一步，所述步骤三具体为：

27、基于惠更斯原理，将地下每个反射点p视为次波震源，绕射扫描偏移之前先对成像空间进行网格化，绕射扫描偏移时每个网格节点都被视为潜在的反射点；针对某一网格gij和某一震源与检波器即(xs,xr)，通过射线追踪计算出路径xs-gij-xr的旅行时长ti，并从对应的反射波记录中提取该时间ti处的振幅值，随后沿椭圆轨迹进行放置，这样处理后绕射波的旅行时间表示为：

28、

29、式中j＝1，2，3，……，m，且m为参与叠加的反射波记录总数量；v为地震波的速度，h为p点的垂直深度，tij为扫描点p处第i个震源第j个检波器的绕射波旅行时长；xp为扫描点p的水平位置，通过上述公式对所有网格点进行处理后成像，从而获得探测区域内的偏移剖面成像。

30、与现有技术相比，本发明先确定探测区域并获取该区域内的反射波数据和透射波数据，然后根据透射波数据进行透射槽波衰减系数成像，根据反射波数据进行反射槽波偏移成像；接着将两个成像进行叠加融合，融合过程中先确定透射数据的权重和反射数据的权重，并对两个成像网格化进行叠加位置配准，对两个成像数据进行归一化处理，最后权重情况及归一化数据获取每个网格内的融合数据最终获得融合数据的合成图像。这种方法能将透射成像数据和反射成像数据两者加权融合，保留两者成像的优点、克服两者成像的缺点，实现槽波数据融合的精准成像，提高对断层成像的适用性，从而对工作面地质构造进行全面判断，且该方法稳定性较高。

技术特征：

1.一种煤层工作面透-反射槽波数据融合处理方法，其特征在于，具体步骤为：

2.根据权利要求1所述煤层工作面透-反射槽波数据融合处理方法，其特征在于，所述步骤二具体为：

3.根据权利要求1所述煤层工作面透-反射槽波数据融合处理方法，其特征在于，所述步骤三具体为：

技术总结本发明公开了一种煤层工作面透‑反射槽波数据融合处理方法，先确定探测区域并获取该区域内的反射波数据和透射波数据，根据透射波数据进行透射槽波衰减系数成像，根据反射波数据进行反射槽波偏移成像；接着将两个成像进行叠加融合，融合过程中先确定透射数据的权重和反射数据的权重，并对两个成像网格化数据进行叠加位置配准，对两个成像数据进行归一化处理，最后根据权重情况及归一化数据获取每个网格内的融合数据最终获得融合数据的合成图像。这种方法能将透射成像数据和反射成像数据两者加权融合，保留两者成像的优点、克服两者成像的缺点，实现槽波数据融合的精准成像，提高对断层成像的适用性，从而对工作面地质构造进行全面判断，且稳定性较高。技术研发人员：胡泽安,高雅,詹孟杰,赵东奇,姬广忠,吴荣新受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26