一种基于希尔伯特极化成像的断点三维精细定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于希尔伯特极化成像的断点三维精细定位方法，通过三分量检波器接收到反馈的地震波信号，得出每个三分量检波器的断失翼煤层断点绕射波组；对断点绕射波组采用基于希尔伯特变换复协方差矩阵极化分析方法，分别获得各个三分量检波器的主极化方向射线；将各个射线两两分组，使每组的两个主极化方向射线相交或距离最小；并得出各组的交点的位置坐标或中点的位置坐标；最后统计得出各个三维网格中存在最多的交点及中点的即为断失翼煤层断点的三维空间位置；本发明专利技术通过上述分组及统计的方式分散每个检波器探测时产生的误差，最终确定断失翼煤层断点的三维坐标；从而提高探测断失翼煤层断点的精确度。

A method of 3D precise location of breakpoint based on Hilbert polarization imaging

The invention discloses a three-dimensional fine positioning method of breakpoint based on Hilbert polarization imaging. The breakpoint diffraction wave group of each three-component geophone is obtained by receiving the feedback seismic wave signal from the three-component geophone. For the breakpoint diffraction wave group, the polarization analysis method based on the complex covariance matrix of Hilbert transform is used to obtain the breakpoint diffraction wave group of each three-component geophone respectively Main polarization direction ray; group each ray into two groups, so that the two main polarization direction rays of each group intersect or the distance is the smallest; and get the position coordinates of each group's intersection points or the position coordinates of the midpoint; finally, count and get the three-dimensional space position of the broken wing coal seam breakpoint where there are the most intersections and the midpoint in each three-dimensional grid; the invention uses the above grouping and statistical method In order to improve the accuracy of detecting the broken wing coal seam breakpoint, the three-dimensional coordinates of the broken wing coal seam breakpoint are finally determined.

【技术实现步骤摘要】
一种基于希尔伯特极化成像的断点三维精细定位方法
本专利技术涉及一种断点精细探测方法，具体是一种基于希尔伯特极化成像的断点三维精细定位方法。
技术介绍
断层构造是煤矿突水、煤与瓦斯突出等重特大灾害的隐蔽致灾因素。断层不仅控制深部水体分布与运移，而且还影响煤层及瓦斯赋存状态。目前，采用矿井地震波法进行断层参数(包括倾向、倾角及落差等)的超前探测是最有效的。煤矿实际生产主要关注的是断层落差参数，因为落差决定了断层规模及安全防范措施。用于断层超前探测的矿井地震波法分为反射槽波法、反射体波法等。反射槽波法可以准确判断煤巷所在盘煤层错断位置；反射体波法可以实现断层面倾向、倾角的准确预报；然而这两个方法均不能判定断失翼煤层位置，进而不能根据煤巷所在盘煤层错断位置及断失翼煤层位置反演出断层落差参数。为解决此问题，专利号为：201310123575.8的中国专利技术专利提出了基于单一炮检对观测系统的煤巷超前探测断失翼煤层的方法，利用煤层断点绕射波反演出断失翼煤层位置，该方法利用一个X、Z两分量接收点地震记录计算出断点的绕射波主极化方向，通过接收点的二维坐标及主极化方向形成一条射线，以接收点为圆心并以断点绕射波距离为半径形成一个圆弧，射线与圆弧相交即为断失翼煤层位置。与上述专利类似，201610316770.6的中国专利技术专利提出了一种突出煤层巷道小断层超前定性预报方法，通过顶板或底板的两个接收点的射线相交，确定断点位置。但是，上述方法都存在很大的局限性，主要体现在：1、上述方法对主极化方向确定的精度要求极高，一旦得出的方向略有误差则会导致相交得出的断失翼煤层位置偏差很大，然而煤矿井下实际地震记录复杂导致主极化方向的求解误差很大；2、该方法是一个二维勘探方法，而实际断失翼煤层断点处于一个三维空间，而该方法无法确定其三维坐标位置。综上所述，现有的方法均不能达到断失翼煤层断点的精细探测需求。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于希尔伯特极化成像的断点三维精细定位方法，能确定断失翼煤层断点的三维坐标；并能有效降低测量误差对探测的影响，从而提高探测断失翼煤层断点的精确度。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于希尔伯特极化成像的断点三维精细定位方法，该方法的具体步骤为：A、在煤巷迎头且底板下方2m位置布设一个激发点，用于激发地震波；在激发点后方的巷道一侧帮设置偶数个三分量检波器，偶数个三分量检波器等间距排列并与激发点位置处于同一条直线上、且该直线与巷道走向平行；B、在激震点向迎头前方激发地震波，然后各个三分量检波器实时接收反馈的地震波并传递给地震记录仪；C、地震记录仪根据各个三分量检波器接收的地震波绘制成地震波形图，然后根据地震波形图得出每个三分量检波器的断失翼煤层断点绕射波组；D、对步骤C中得出的断失翼煤层断点绕射波组采用基于希尔伯特变换复协方差矩阵极化分析方法进行处理，分别获得各个三分量检波器的主极化方向射线；E、根据希尔伯特极化成像确定断失翼煤层断点位置，具体过程为：①建立空间坐标系，设任一检波器R的空间坐标为(xR,yR,zR)，检波器R接收的绕射波的方位角和倾角的方向信息为(m,n,p)，列出参数方程，其中t表示时间：计算任意两个主极化方向射线相交的交点位置：上述方程可用以下矩阵形式表示：VT＝P(3)其中：地震记录仪获取的地震记录由于噪声干扰和极化方法误差的影响，若能得出两个相交的主极化方向射线，则将该交点的位置坐标记录；若未能得出两个相交的主极化方向射线，则使式(4)的目标函数解J达到最小，J表示为：J＝||T-V-1P||2(5)采用最小二乘法进行求解，即T＝(VTV)-1VTP从而得出两个未相交的主极化方向射线的最小距离，并记录该最小距离中点的位置坐标；采用上述方法将偶数个主极化方向射线两两分组，使每组的两个主极化方向射线相交或距离最小；并得出各组的交点的位置坐标或中点的位置坐标；②将各组得出的交点的位置坐标或中点的位置坐标，反映在建立的三维空间坐标系内，然后将三维空间坐标系以1m为单位划分三维空间网格；③统计每个三维空间网格内落入的交点和中点数量，将落入交点和中点数量最多的三维空间网格确定为断层的三维空间位置。与现有技术相比，本专利技术设置偶数个三分量检波器，三分量检波器各自接收到反馈的地震波信号，然后得出每个三分量检波器的断失翼煤层断点绕射波组；对断点绕射波组采用基于希尔伯特变换复协方差矩阵极化分析方法，分别获得各个三分量检波器的主极化方向射线及极化特征参数；根据希尔伯特极化成像确定断点位置；将各个射线两两分组，使每组的两个主极化方向射线相交或距离最小；并得出各组的交点的位置坐标或中点的位置坐标；最后划分三维空间网格，统计得出各个三维网格中存在最多的交点及中点的网格即为断失翼煤层断点的三维空间位置；本专利技术设置多个三分量检波器并进行两两分组，最后划分网格统计，通过上述分组及统计的方式分散每个检波器探测时产生的误差，最终确定断失翼煤层断点的三维坐标；并能有效降低测量误差对探测的影响，从而提高探测断失翼煤层断点的精确度。附图说明图1是本专利技术的三分量检波器及激发点的位置布设图；图2是本专利技术实施例中得出的各个交点及中点在三维坐标系下Y方向的投影示意图。图3是将图2划分三维空间网格后的示意图。图中：1、三分量检波器，2、巷道，3、迎头，4、激发点，5、断失翼煤层断点。具体实施方式下面将对本专利技术做进一步说明。如图所示，以图1中迎头的右方为前方进行专利描述，本专利技术的具体步骤为：A、在煤巷迎头3且底板下方2m位置布设一个激发点4，用于激发地震波；在激发点后方的巷道2一侧帮设置90个三分量检波器1，90个三分量检波器1等间距排列并与激发点4位置处于同一条直线上、且该直线与巷道走向平行；B、在激震点4向迎头前方激发地震波，然后各个三分量检波器1实时接收反馈的地震波并传递给地震记录仪；C、地震记录仪根据各个三分量检波器1接收的地震波绘制成地震波形图，然后根据地震波形图得出每个三分量检波器1的断失翼煤层断点5绕射波组；D、对步骤C中得出的断失翼煤层断点5绕射波组采用基于希尔伯特变换复协方差矩阵极化分析方法进行处理，分别获得各个三分量检波器1的主极化方向射线；E、根据希尔伯特极化成像确定断失翼煤层断点5位置，具体过程为：①建立空间坐标系，设任一检波器R的空间坐标为(xR,yR,zR)，检波器R接收的绕射波的方位角和倾角的方向信息为(m,n,p)，列出参数方程，其中t表示时间：计算任意两个主极化方向射线相交的交点位置：上述方程可用以下矩阵形式表示：VT＝P(3)其中：地震记录仪获取的地震记录由于噪声干扰和极化方法误差的影响，若能得出两个相交的主极化方向射线，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于希尔伯特极化成像的断点三维精细定位方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：/nA、在煤巷迎头且底板下方2m位置布设一个激发点，用于激发地震波；在激发点后方的巷道一侧帮设置偶数个三分量检波器，偶数个三分量检波器等间距排列并与激发点位置处于同一条直线上、且该直线与巷道走向平行；/nB、在激震点向迎头前方激发地震波，然后各个三分量检波器实时接收反馈的地震波并传递给地震记录仪；/nC、地震记录仪根据各个三分量检波器接收的地震波绘制成地震波形图，然后根据地震波形图得出每个三分量检波器的断失翼煤层断点绕射波组；/nD、对步骤C中得出的断失翼煤层断点绕射波组采用基于希尔伯特变换复协方差矩阵极化分析方法进行处理，分别获得各个三分量检波器的主极化方向射线；/nE、根据希尔伯特极化成像确定断失翼煤层断点位置，具体过程为：/n①建立空间坐标系，设任一检波器R的空间坐标为(x

【技术特征摘要】
1.一种基于希尔伯特极化成像的断点三维精细定位方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
A、在煤巷迎头且底板下方2m位置布设一个激发点，用于激发地震波；在激发点后方的巷道一侧帮设置偶数个三分量检波器，偶数个三分量检波器等间距排列并与激发点位置处于同一条直线上、且该直线与巷道走向平行；
B、在激震点向迎头前方激发地震波，然后各个三分量检波器实时接收反馈的地震波并传递给地震记录仪；
C、地震记录仪根据各个三分量检波器接收的地震波绘制成地震波形图，然后根据地震波形图得出每个三分量检波器的断失翼煤层断点绕射波组；
D、对步骤C中得出的断失翼煤层断点绕射波组采用基于希尔伯特变换复协方差矩阵极化分析方法进行处理，分别获得各个三分量检波器的主极化方向射线；
E、根据希尔伯特极化成像确定断失翼煤层断点位置，具体过程为：
①建立空间坐标系，设任一检波器R的空间坐标为(xR,yR,zR)，检波器R接收的绕射波的方位角和倾角的方向信息为(m,n,p)，列出参数方程，其中t表示时间：



计算任意两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兰英，姜慧，王圣程，宋雪娟，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32