基于三維RVSP多孔聯(lián)合技術(shù)煤礦采空區(qū)的探測(cè)

尹奇峰,潘冬明,于景邨,劉盛東

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇徐州 221116;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇徐州 221116)

基于三維RVSP多孔聯(lián)合技術(shù)煤礦采空區(qū)的探測(cè)

尹奇峰1,2,潘冬明1,2,于景邨1,2,劉盛東1,2

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇徐州 221116;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇徐州 221116)

RVSP是一種高精度井中探測(cè)技術(shù),在油氣勘探領(lǐng)域已得到有效應(yīng)用,為了實(shí)現(xiàn)其在煤礦采空區(qū)探測(cè)中的技術(shù)突破,利用高階有限差分算法進(jìn)行層狀介質(zhì)RVSP正演數(shù)值模擬,研究其波場(chǎng)傳播特征及其在煤礦采空區(qū)探測(cè)的可行性。針對(duì)單孔R(shí)VSP深部盲區(qū)難題,提出一種三維RVSP多孔聯(lián)合勘探技術(shù),并結(jié)合SIRT反演算法還原模型速度場(chǎng),實(shí)現(xiàn)異常體準(zhǔn)確定位。將三維RVSP多孔聯(lián)合技術(shù)應(yīng)用于煤礦采空區(qū)探測(cè),經(jīng)過(guò)層析反演得到勘探區(qū)內(nèi)速度信息,準(zhǔn)確劃定采空區(qū),結(jié)果表明:該方法能夠提供精細(xì)地震成像。

RVSP;采空區(qū);多孔聯(lián)合勘探技術(shù);層析成像

煤礦采空區(qū)分布往往是孤立、不連續(xù)、無(wú)規(guī)律可尋的,長(zhǎng)期以來(lái)嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)[1],由于其形成年代、埋藏深度、空間結(jié)構(gòu)、圍巖條件、冒落、充填和積水情況都存在較大差異,因此不同采空區(qū)的物性差異也較大,給探測(cè)工作帶來(lái)困難[2]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于采空區(qū)的探測(cè)技術(shù)手段較多,各探測(cè)手段具有一定的效果但也存在局限性,如地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)分辨能力強(qiáng)但深度有限且易受金屬物干擾[3];直流電法受接地條件和地形起伏影響較大[2];淺層地震在對(duì)多層發(fā)育的采空區(qū)探測(cè)時(shí),能量衰減嚴(yán)重探測(cè)分辨率有限等[4-5]。針對(duì)不同煤礦采空區(qū)的物性特征,研究適合其具體條件的有效探測(cè)技術(shù)迫在眉睫。

RVSP(reverse vertical seismic profiling)地震勘探是在傳統(tǒng)地面地震勘探方法和現(xiàn)已成熟的VSP(vertical seismic profiling)基礎(chǔ)上結(jié)合鉆井工程發(fā)展起來(lái)的新技術(shù),包括隨鉆RVSP與爆震RVSP[6]。隨著地震勘探進(jìn)入復(fù)雜地區(qū)和精細(xì)構(gòu)造階段,煤礦采空區(qū)探測(cè)難度不斷加大,常規(guī)勘探技術(shù)很難達(dá)到勘探目的,爆震RVSP是應(yīng)運(yùn)而生的一種精細(xì)地震勘探方法[7-8]。RVSP采用井中激發(fā)、地面接收觀測(cè)方式,地震波穿過(guò)地層一次,大大降低了能量衰減[9-11],且井中激發(fā)避免了面波及其他干擾波的影響,相比于地面地震而言提高了勘探分辨率[12-13]。其檢波器可在地面沿線或面組合展開,提高建模和成像精度,彌補(bǔ)了常規(guī)VSP的不足[14-17]。除此之外,RVSP技術(shù)受地表?xiàng)l件影響小,同時(shí)能夠提供區(qū)域內(nèi)鉆井信息,有利于采空區(qū)綜合解釋。

RVSP技術(shù)起源于國(guó)外,1990年美國(guó)Texas Friendwood成功采集了RVSP數(shù)據(jù),井深只有340 m; 1998年Michigan Tech應(yīng)用P/GSI公司的井下液壓軸向震源進(jìn)行了RVSP采集工作,井深達(dá)1 000 m,但地面排列較短,只有268 m;目前發(fā)達(dá)國(guó)家一些大公司,如Schlumberger,IFP等RVSP裝置已投入市場(chǎng),并取得了一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,但這些公司只提供現(xiàn)場(chǎng)服務(wù),不出售其產(chǎn)品[7-9]。國(guó)內(nèi)RVSP研究較晚,還處在理論研究和方法試驗(yàn)階段,與國(guó)外水平相差甚遠(yuǎn),1999年西安石油學(xué)院張紹槐、韓繼勇等研究的“隨鉆地震技術(shù)理論及工程應(yīng)用”是國(guó)內(nèi)較早進(jìn)行相關(guān)基礎(chǔ)方面的研究,2002年?yáng)|方地球物理公司在塔里木盆地也進(jìn)行了RVSP試驗(yàn)工作,2003年又在吐哈盆地紅臺(tái)地區(qū)進(jìn)行了第2口井的試驗(yàn)采集[6,8,12]。國(guó)內(nèi)外RVSP勘探成功實(shí)例很少,阻礙其發(fā)展的最大難題是研制一種具備足夠大能量又不破壞井壁的井中震源,且尚未形成有效的處理技術(shù)[7]。目前,RVSP技術(shù)在油氣勘探領(lǐng)域取得了一定的成果,但在煤礦采空區(qū)方面應(yīng)用較少[15,18]。筆者在前人研究基礎(chǔ)上,提出三維RVSP多孔聯(lián)合勘探技術(shù),結(jié)合層析成像方法[19-25],獲得井中炮點(diǎn)與地面檢波點(diǎn)之間的速度場(chǎng)信息,成功解釋了復(fù)雜地區(qū)煤礦采空區(qū)范圍。

1 RVSP觀測(cè)系統(tǒng)

圖1為RVSP二維觀測(cè)示意,井中激發(fā)地震波,地面布置檢波器觀測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)在于地面大量布設(shè)的檢波器可以面積組合,不僅提高了信噪比,而且最大限度地降低了面元數(shù)據(jù)體的缺失,獲得豐富的數(shù)據(jù)信息以提高解釋精度[8-9,26]。

圖1 二維RVSP觀測(cè)系統(tǒng)示意Fig.1 Schematic diagram of 2D RVSP observation system

三維RVSP同樣是在井中激發(fā)、地面接收地震波,與二維觀測(cè)系統(tǒng)的區(qū)別主要在于地面測(cè)線及檢波點(diǎn)的布置,根據(jù)不同的測(cè)線及檢波點(diǎn)布置情況可以將3D RVSP觀測(cè)系統(tǒng)分為線性觀測(cè)系統(tǒng)、環(huán)形觀測(cè)系統(tǒng)及放射狀觀測(cè)系統(tǒng)[14-15]。

(1)線性觀測(cè)系統(tǒng)。線性觀測(cè)系統(tǒng)在地面橫向或縱向布置多條檢波器,即檢波點(diǎn)橫、縱向變化,面積接收地震波,如圖2(a)所示。

圖2 3D RVSP觀測(cè)系統(tǒng)Fig.2 3D RVSP observation system

(2)環(huán)形觀測(cè)系統(tǒng)。環(huán)形觀測(cè)系統(tǒng)是檢波點(diǎn)在地面圍繞井移動(dòng),每次保持檢波點(diǎn)離開井口的距離變化,但相對(duì)于井處于不同的方位,如圖2(b)所示。

(3)放射狀觀測(cè)系統(tǒng)。該觀測(cè)方式檢波點(diǎn)為線狀觀測(cè),每條線為直線,炮點(diǎn)等間隔變化,并且過(guò)井口,線與線成一定的角度變化,如圖2(c)所示。

2 RVSP正演數(shù)值模擬及層析反演

地震波模擬技術(shù)能夠再現(xiàn)地震波在介質(zhì)中的傳播過(guò)程,有助于我們研究地震波傳播規(guī)律與地下介質(zhì)參數(shù)之間的定量和定性關(guān)系,減少地質(zhì)解釋的多解性,對(duì)地震采集處理提供技術(shù)支持[27-28]。在RVSP觀測(cè)系統(tǒng)中,由于震源放置在地下,更加靠近地下構(gòu)造,產(chǎn)生的波場(chǎng)比地面地震更加復(fù)雜。因此,有必要通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)RVSP波場(chǎng)特征進(jìn)行分析[2,10]。有限差分法是一種最常用的數(shù)值模擬方法,它是將波動(dòng)方程中波場(chǎng)函數(shù)的空間導(dǎo)數(shù)和時(shí)間導(dǎo)數(shù)用相應(yīng)的空間、時(shí)間的差分代替[27,29-30],筆者采用高階有限差分聲波方程進(jìn)行RVSP二維數(shù)值模擬。

首先設(shè)計(jì)如圖3所示的層狀地質(zhì)模型,模型大小為1 000 m×600 m,各地層參數(shù)見表1。檢波點(diǎn)沿地表布設(shè),道間距為5 m,排列長(zhǎng)度為1 000 m,全排列接收,井孔位于500 m處,井深600 m,炮間距10 m,從井深50 m開始由淺至深放炮,共放56炮。數(shù)值模擬中,模型網(wǎng)格大小1m×1m,采樣間隔為0.5 ms,震源主頻60 Hz。

圖3 層狀地質(zhì)模型Fig.3 Layered geologicalmodel

表1 層狀地質(zhì)模型參數(shù)Table 1 Layered geologicalmodel param eters

圖4為模擬產(chǎn)生的井深120 m時(shí)的單炮記錄, RVSP地震記錄同樣存在直達(dá)波、反射波(圖中為煤層頂、底板反射波)以及多次波等,但相比于一般的地面地震,其記錄形態(tài)以及能量有很大差別,目的層反射波旅行時(shí)較短,當(dāng)炮點(diǎn)深度變化時(shí),RVSP的高頻成分保留完好,這正是RVSP勘探的優(yōu)勢(shì)所在。

圖4 RVSP單炮記錄及初至拾取Fig.4 RVSP single shot seismic record and first break time picking

在對(duì)模擬記錄初至進(jìn)行反復(fù)多次拾取以保證精度后(圖4),以800 m/s作為層析反演初始梯度速度模型的起始值,速度掃描范圍為800～5 000 m/s,采用5 m×1 m網(wǎng)格進(jìn)行層析反演,獲得圖5的速度場(chǎng)。圖中色標(biāo)以藍(lán)—黃—紅順序表示速度值(m/s)遞增,可以看到層析反演結(jié)果縱向分層較好,橫向上具有連續(xù)性,與正演模型吻合較好。由于RVSP觀測(cè)方式的改變導(dǎo)致勘探區(qū)域底部?jī)蓚?cè)穿過(guò)射線較少,深部信息缺失,形成了勘探盲區(qū),使得剖面成倒三角形狀。

圖5 反演速度模型Fig.5 Inversion velocitymodel

為了解決RVSP深部盲區(qū)問(wèn)題,獲得準(zhǔn)確高效的RVSP勘探成果,進(jìn)一步優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng),設(shè)計(jì)圖6的多孔聯(lián)合RVSP勘探觀測(cè)地質(zhì)模型,同時(shí)嵌入采空區(qū)以進(jìn)一步驗(yàn)證該方法的可行性。模型參數(shù)同圖3的簡(jiǎn)單地質(zhì)模型,采空區(qū)坐標(biāo)范圍橫向580～620 m,縱向標(biāo)高380～480 m,設(shè)計(jì)規(guī)格為40 m(橫)×100 m (縱),縱波速度1 500 m/s,橫波速度為866 m/s,密度為1 900 kg/m3,井孔K1,K2,K3位置分別在300, 500,700 m,每口井深均為600 m,炮點(diǎn)間距10 m,均從井深50 m開始由淺至深放炮,每口井放56炮。

圖6 多孔聯(lián)合RVSP觀測(cè)地質(zhì)模型Fig.6 Geologicalmodel ofmuti-hole joint RVSP observation

圖7為多孔聯(lián)合RVSP正演模擬的單炮記錄,由于存在采空區(qū)異常,直達(dá)波出現(xiàn)下滑和扭曲(黃色圈出),相比于簡(jiǎn)單地質(zhì)模型,除了直達(dá)波、反射波及多次波外,在采空區(qū)處產(chǎn)生明顯的繞射波異常。

圖7 多孔聯(lián)合RVSP單炮記錄及初至拾取Fig.7 Single shot seismic record and firstbreak time picking ofmuti-hole joint RVSP observation

以相同的方法對(duì)多孔聯(lián)合RVSP數(shù)據(jù)拾取初至(圖8),以800 m/s作為層析反演初始梯度速度模型的起始值,速度約束范圍為800～5 000 m/s,網(wǎng)格采用5 m×1 m進(jìn)行反演成像得到圖8所示的速度模型,圖中色譜以藍(lán)—黃—紅順序表示速度值(m/s)遞增,反演結(jié)果縱向分層性優(yōu)于圖5,橫向上在采空區(qū)位置速度場(chǎng)不連續(xù),出現(xiàn)低速異常,其速度值和范圍與正演模型吻合。因此,多孔聯(lián)合RVSP觀測(cè)方式在提高成像精度的同時(shí),有效解決了單孔激發(fā)時(shí)深部盲區(qū)問(wèn)題,使有效勘探范圍有了成倍增加,深部信息更加豐富。

3 實(shí)際應(yīng)用

圖8 多孔聯(lián)合RVSP反演速度模型Fig.8 Inversion velocitymodel ofmuti-hole joint RVSP observation

某礦區(qū)大部分被黃土覆蓋,地形起伏較大,井田內(nèi)溝谷縱橫交錯(cuò),地形切割嚴(yán)重。地方小窯無(wú)序?yàn)E采濫挖形成采空區(qū),形狀不規(guī)則,分布無(wú)規(guī)律,為了減少老窯采空區(qū)對(duì)礦山安全生產(chǎn)的威脅,需探明采空區(qū)位置以便進(jìn)行有效治理。該礦區(qū)煤層埋深淺,老空區(qū)破壞嚴(yán)重,常規(guī)的物探手段很難達(dá)到探測(cè)要求,RVSP技術(shù)具備高效、高精度勘探特征且適應(yīng)復(fù)雜地區(qū)勘探,決定采用RVSP多孔聯(lián)合初至層析成像方法解決該地區(qū)采空區(qū)探測(cè)問(wèn)題。

3.1 RVSP野外施工

本次RVSP勘探施工鉆孔7個(gè),編號(hào)為K1～K7,深度平均為120 m,本區(qū)主采煤層埋深100 m,采空區(qū)分布無(wú)規(guī)律,為了獲得較高信噪比的地震數(shù)據(jù),同時(shí)考慮到施工范圍及成本,鉆孔沿探測(cè)區(qū)邊界地勢(shì)較低處設(shè)計(jì)(圖9),紅色為鉆孔位置。鉆孔及測(cè)線平面布置如圖10所示,藍(lán)色點(diǎn)表示地面檢波器,采用3個(gè)10 Hz低頻檢波器蹲點(diǎn)組合接收,采樣間隔0.25 ms。施工過(guò)程中逐孔進(jìn)行炸藥激發(fā),炮距為5 m,由井底逐炮往上提升至井深20 m處停止激發(fā),每孔放20炮,每個(gè)孔地面接收排列網(wǎng)格為20 m×20 m,布設(shè)600道檢波器,具體探測(cè)方式如圖11所示。進(jìn)行下一個(gè)孔放炮采集時(shí),地面排列整體滾動(dòng)至該孔最佳采集范圍內(nèi),部分道與前一排列重合,確保滿覆蓋探測(cè)。

圖9 地形及鉆孔布置Fig.9 Diagram of terrain and drilling plan

圖10 鉆孔及測(cè)線平面布置Fig.10 Layout chart of drilling and survey line

圖11 三維RVSP實(shí)際觀測(cè)示意Fig.11 Schematic diagram of3D RVSPpractical observing

圖12 單炮記錄及初至拾取Fig.12 Single shot seismic record and first break time picking

3.2 資料處理解釋

圖12為不同測(cè)線上采集的單炮記錄,從圖12可以看到記錄初至清晰,沒(méi)有出現(xiàn)地面勘探時(shí)的面波等干擾,信噪比較高。

在對(duì)資料初至進(jìn)行反復(fù)拾取以保證精度后,結(jié)合實(shí)際地質(zhì)資料,確定800 m/s作為本區(qū)層析反演的初始速度模型,速度約束范圍為800～3 000 m/s,網(wǎng)格采用5 m×5 m×5 m進(jìn)行層析反演得到整個(gè)工區(qū)三維速度場(chǎng),提取三維數(shù)據(jù)體任意方向切片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采空異常體的定位。圖13為沿煤層深度方向提取的水平切片,同樣色譜以藍(lán)—黃—紅順序表示速度值(m/s)遞增,圖中低速異常區(qū)明顯且精度較高(粉色線劃定區(qū)),共解釋采空區(qū)8個(gè),經(jīng)后期打鉆驗(yàn)證5個(gè)為采空區(qū),2個(gè)為自然塌陷區(qū),1個(gè)為正常區(qū)域。同樣,可以沿任意方向提取速度剖面,過(guò)K7孔沿南北向進(jìn)行速度提取,并對(duì)有效勘探范圍之外的數(shù)據(jù)進(jìn)行白化處理得到圖14所示速度剖面,縱向上速度遞變明顯,成層性較好,符合該區(qū)地層規(guī)律,橫向速度不連續(xù),出現(xiàn)異常區(qū)域(粉色區(qū)域),解釋為采空區(qū),與水平切片以及鉆孔驗(yàn)證資料相吻合。勘探成果經(jīng)驗(yàn)證表明:三維RVSP聯(lián)合勘探技術(shù)達(dá)到了較好的效果,解決了該區(qū)域采空區(qū)探測(cè)問(wèn)題。

圖13 沿煤層速度場(chǎng)水平切片F(xiàn)ig.13 Horizontal section of velocity field along coal seam

圖14 過(guò)K7速度剖面Fig.14 Vertical section of velocity field across K7

4 結(jié) 語(yǔ)

將三維RVSP多孔聯(lián)合探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于煤礦采礦區(qū)探測(cè),解決了單孔激發(fā)深部盲區(qū)問(wèn)題,結(jié)合層析成像技術(shù),取得了較好的探測(cè)效果。實(shí)際施工認(rèn)識(shí)到RVSP勘探受地形影響小,地面布設(shè)檢波器使采集數(shù)據(jù)成倍增加,提高了勘探精度,適合復(fù)雜地區(qū)勘探。本次勘探區(qū)目的層埋深較淺,目前的井中震源技術(shù)仍能取得較好的效果,對(duì)于深部勘探需要研制更先進(jìn)的井中震源,RVSP震源激發(fā)深度不斷變化,其接收能量存在差異,縱向能量均衡工作需進(jìn)一步研究。RVSP能夠?yàn)閺?fù)雜構(gòu)造解釋以及非常規(guī)能源勘探提供更高精度的地震數(shù)據(jù),因此,對(duì)RVSP技術(shù)的深入研究意義重大。

[1] 劉 圓.采空區(qū)探測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].河北冶金, 2013,1(S0):76-78.

Liu Yun.Presentsituation and developing trend of stoped-out area surveying technique[J].HebeiMetallurgy,2013,1(S0):76-78.

[2] 閆長(zhǎng)斌,徐國(guó)元.綜合物探方法及其在復(fù)雜群采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,20(3):10-14.

Yan Changbin,Xu Guoyuan.Research of composite geophysical methods and its application in detection complicated group minedout areas[J].Journal of Hunan University of Science&Technology (Natural Science Edition),2005,20(3):10-14.

[3] 程久龍,胡克峰,王玉和,等.探地雷達(dá)探測(cè)地下采空區(qū)的研究[J].巖土力學(xué),2004,25(S0):79-82.

Cheng Jiulong,Hu Kefeng,Wang Yuhe,et al.Research on detecting of underground mined-out areas by using GPR[J].Rock and Soil Mechanics,2004,25(S0):79-82.

[4] 王俊茹,張龍起.淺層地震勘探在采空區(qū)勘測(cè)中的應(yīng)用[J].物探與化探,2002,20(1):75-78.

Wang Junru,Zhang Longqi.The application ofshallow seismic exploration to the detection of rock stratum collapse in mined-out areas [J].Geophysical and Geochemical Exploration,2002,20(1):75-78.

[5] 陳相府,安西峰,王高偉.淺層高分辨地震勘探在采空區(qū)勘測(cè)中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2005,20(2):437-439.

Chen Xiangfu,An Xifeng,Wang Gaowei.Application of high-resolution seismic detecting for undermined shallow strata[J].Progress in Geophysics,2005,20(2):437-439.

[6] Flavio Poletto,Giuliano Dordolo.A new approach to offshore drill-bit reverse vertical seismic profiling[J].Geophysics,2002,67:1071-1075.

[7] Chen ST,Zimmerman LJ,Tugnait JK.Subsurface imaging using reversed vertical seismic profiling and crosshole tomographic methods [J].Geophysics,1990,55:1478-1487.

[8] 孫晶梅.用逆VSP數(shù)據(jù)對(duì)鹽丘和鹽丘下構(gòu)造進(jìn)行三維疊前深度偏移[J].勘探地球物理進(jìn)展,1993(3):1-6.

Sun Jingmei.3D prestack depthmigration of salt dome and saltdome structure using RVSP data[J].Exploration Geophysics,1993(3): 1-6.

[9] 方伍寶,陳 林.三維VSP資料波動(dòng)方程疊前深度偏移研究[J].石油物探,2006,45(5):527-531.

Fang Wubao,Chen Lin.Wave equation of prestack depth migration of3-D VSP data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2006, 45(5):527-531.

[10] 郭 建.VSP技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].勘探地球物理進(jìn)展,2004,27(1):1-8.

Guo Jian.The application status and development trends of VSP technology[J].Exploration Geophysics,2004,27(1):1-8.

[11] 張樹林,朱介壽,賀振華.井間地震和逆VSP聯(lián)合層析成像[J].石油地球物理勘探,1993,28(5):577-584.

Zhang Shulin,Zhu Jieshou,He Zhenhua.Joint tomography of interborehole seismic data and inverse VSP data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,1993,28(5):577-584.

[12] Linda JZimmerman,Chen ST.Comparison of vertical seismic profiling techniques[J].Geophysics,1993,58:134-140.

[13] Kommedal JH,Tjφstheim B A.應(yīng)用于VSP數(shù)據(jù)波場(chǎng)分離的不同方法的研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,1990,5(3):77-91.

Kommedal JH,Tjφstheim B A.Research on differentmethods applied to VSP data wave field separation[J].Progress in Geophysics,1990,5(3):77-91.

[14] 嚴(yán)又生,宜明理,魏 新,等.三維三分量VSP數(shù)據(jù)處理方法及效果[J].石油地球物理勘探,2005,40(1):18-24.

Yan Yousheng,YiMingli,Wei Xin,etal.3D,3CVSP data processingmethods and effects[J].Oil Geophysical Prospecting,2005,40 (1):18-24.

[15] 張衛(wèi)紅,陳 林,高志凌.墾71井區(qū)三維VSP資料波場(chǎng)分離方法應(yīng)用研究[J].石油物探,2006,45(5):532-536.

Zhang Weihong,Chen Lin,Gao Zhiling.Research on wave held separation method of 3-D VSP data in Ken 71 well area[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2006,45(5):532-536.

[16] 曾有良,樂(lè)友善,單啟銅,等.基于高分辨率Radon變換的VSP波場(chǎng)分離方法[J].石油物探,2007,46(2):115-119.

Zeng Youliang,Yue Youshan,Shan Qitong,et al.VSP wavefield separation based on high-resolution Radon transformation[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2007,46(2):115-119.

[17] 杜 婧,王尚旭,劉國(guó)昌,等.基于局部斜率屬性的VSP波場(chǎng)分離研究[J].地球物理學(xué)報(bào),2009,52(7):1867-1872.

Du Jing,Wang Shangxu,Liu Guochang,et al.VSP wavefield separation using local slopes attribute[J].Chinese Journal of Geophysics,2009,52(7):1867-1872.

[18] 王德志.3D-井地聯(lián)合Walk-away VSP技術(shù)及其在泌陽(yáng)凹陷的應(yīng)用[J].地質(zhì)科技情報(bào),2007,26(2):95-99.

Wang Dezhi.3DWalkway VSP technology and its application in the Biyang depression[J].Geological Science and Technology Information,2007,26(2):95-99.

[19] 成 谷,馬在田,張寶金,等.地震層析成像中存在的主要問(wèn)題及應(yīng)對(duì)策略[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2003,18(3):512-518.

Cheng Gu,Ma Zaitian,Zhang Baojin,et al.Primary problems and according strategies in seismic tomography[J].Progress in Geophysics,2003,18(3):512-518.

[20] 陳國(guó)金,曹 輝,吳永栓,等.最短路徑層析成像技術(shù)中在井間地震中的應(yīng)用[J].石油物探,2004,43(4):327-330.

Chen Guojin,Cao Hui,Wu Yongshuan,etal.Application of shortest path tomographic imaging techniques in crosswell seismic[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2004,43(4):327-330.

[21] 張建中,陳世軍,余大偉.最短路徑射線追蹤方法及其改進(jìn)[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2003,18(1):146-150.

Zhang Jianzhong,Chen Shijun,Yu Dawei.Improvement of shortest path ray tracingmethod[J].Progress in Geophysics,2003,18(1): 146-150.

[22] 張建中,陳世軍,徐初偉.動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)最短路徑射線追蹤[J].地球物理學(xué)報(bào),2004,47(5):899-904.

Zhang Jianzhong,Chen Shijun,Xu Chuwei.Shortest path raytracingmethod with dynamic networks[J].Chinese Journal of Geophysics, 2004,47(5):899-904.

[23] 劉玉柱,董良國(guó).初至波層析影響因素分析[J].石油地球物理勘探,2007,42(5):544-553.

Liu Yuzhu,Dong Liangguo.Analysis of influence factor of firstbreaks tomography[J].Oil Geophysical Prospecting,2007,42(5): 544-553.

[24] 杜劍淵,楊文采.跨孔地震層析成像的級(jí)聯(lián)方法[J].地球物理學(xué)報(bào),1991,34(6):771-780.

Du Jianyuan,Yang Wencai.Cascade method of cross hole seismic tomography[J].Chinese Journalof Geophysics,1991,34(6):771-780.

[25] 胡明順,潘冬明,李 兵,等.井地地震CT成像數(shù)值模擬研究與應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2009,24(4):1399-1406.

Hu Mingshun,Pan Dongming,Li Bing,et al.Study of numerical simulation and application on well-ground seismic tomography[J].Progress in Geophysics,2009,24(4):1399-1406.

[26] 王華忠,徐蔚亞,王建民,等.VSP數(shù)據(jù)波動(dòng)方程疊前深度偏移成像及立體地震成像[J].石油地球物理勘探,2001,36(5): 517-525.

Wang Huazhong,Xu Weiya,Wang Jianmin,et al.Prestack depth migration of VSP data and stereoscopic seismic imaging[J].Oil Geophysical Prospecting,2001,36(5):517-525.

[27] 何 燕.正交各向異性彈性波高階有限差分正演模擬研究[D].青島:中國(guó)石油大學(xué)(華東),2008:55-58.

[28] 王守東.聲波方程完全匹配層吸收邊界[J].石油地球物理勘探,2003,38(1):31-34.

Wang Shoudong.Absorbing boundary condition for acoustic wave equation by perfectlymatched layer[J].Oil Geophysical Prospecting,2003,38(1):31-34.

[29] 田小波,吳慶舉,曾融生.彈性波場(chǎng)數(shù)值模擬的隱式差分多重網(wǎng)格算法[J].地球物理學(xué)報(bào),2004,47(1):81-87.

Tian Xiaobo,Wu Qingju,Zeng Rongsheng.Multi-grid algorithm for numerical modeling of elastic wave field using finite-difference method[J].Chinese Journal of Geophysics,2004,47(1):81-87.

[30] 孫 雁,劉正興.Hamilton體系及彈性波在層狀介質(zhì)中的傳播問(wèn)題[J].地球物理學(xué)報(bào),2002,45(4):569-574.

Sun Yan,Liu Zhengxing.Hamilton system and elastic wave propagation in layered media[J].Chinese Journal of Geophysics,2002, 45(4):569-574.

3D RVSPmultihole united exp loration technology in coalm ine goaf detection

YIN Qi-feng1,2,PAN Dong-ming1,2,YU Jing-cun1,2,LIU Sheng-dong1,2

(1.State Key Laboratory forGeoMechanicsand Deep Underground Engineering,China University ofMining and Technology,Xuzhou 221116,China;2.School of Resource and Earth Science,China University ofMining and Technology,Xuzhou 221116,China)

RVSP,a borehole detection technology of high precision,has been effectively used in the field of oil and gas exploration.In order to make a technological breakthrough in coalmine goaf detection by RVSP,a layered medium RVSP forward numerical simulation was performed by high-order finite differencemethod to figure out the propagation mechanism of seismic wave and to study the feasibility of coalmine goaf detection.A 3D RVSPmultihole united exploration technology was put forward for the problem of blind spot in deep area by single hole RVSP,and combined with SIRT inversion algorithm to restore the velocity field of forwardmodel and then to fix the position of abnormal body accurately.3D RVSPmultihole united exploration technology was applied to coalmine goaf detection.The velocity information of exploration area was obtained through tomographic inversion and the goaf was accurately delimited.It turns out that thismethod could provide accurate seismic imaging.

RVSP;goaf;multihole united exploration technology;tomography

煤礦科技規(guī)范名詞與廢棄名詞比對(duì)(15)

P631.4

A

0253-9993(2014)07-1338-07

尹奇峰,潘冬明,于景邨,等.基于三維RVSP多孔聯(lián)合技術(shù)煤礦采空區(qū)的探測(cè)[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(7):1338-1344.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.1158

Yin Qifeng,Pan Dongm ing,Yu Jingcun,et al.3D RVSP multihole united exploration technology in coalmine goaf detection[J].Journal of China Coal Society,2014,39(7):1338-1344.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.1158

2013-08-13 責(zé)任編輯:韓晉平

國(guó)家科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2011ZX05035)

尹奇峰(1986—),男,江蘇丹陽(yáng)人,講師。E-mail:yinqifeng2005@163.com。通訊作者:潘冬明(1964—),男,江蘇泰州人,教授,博士生導(dǎo)師。E-mail:pdm3816@163.com