[发明专利]应力值变化方向约束下的二维矿震全波形反演方法

说明书

本发明公开了一种应力值变化方向约束下的二维矿震全波形反演方法，属于煤矿井下二维矿震监测数据的全波形反演技术领域。本发明包括：步骤一确定目标区域网格剖分、步骤二将VSB进行二维FFT得m×m矩阵VFB、步骤三确定频域拟保留坐标长度D、将VFBC、VFAC中的自由变量用向量VFBCV、VFACV表示、步骤四确定应力值变化方向和变化位置矩阵SV、步骤五计算目标函数。本发明能提高非均匀岩体全波形反演的可靠性，为井下灾害预测预报提供基础数据支撑。

技术领域

本发明涉及煤矿井下二维矿震监测数据的全波形反演技术领域，适用于提高非均匀岩体全波形反演的可靠性。

背景技术

矿震全波形反演可以获取目标区域的波速分布，进而获取井下地质构造、应力分布，目前的研究表明，通过波速反演可以实现井下灾害预测预报。但是，由于观测数据不完整，目前的井下波速反演的可靠性较低，且难以获得精确的反演结果。在弹性形变阶段，岩体所受应力的增大或减小将导致其中的弹性波波速相应增大或减小，因此可使用应力值变化方向约束波速反演过程，以获得更可靠的反演结果。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种应力值变化方向约束下的二维矿震全波形反演方法，能提高非均匀岩体全波形反演的可靠性。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种应力值变化方向约束下的二维矿震全波形反演方法，

步骤一：确定目标区域网格剖分，目标区域被剖分为m×m的矩形网格，m为奇数；应力变化前的波速分布矩阵为VSB，应力变化后的波速分布矩阵为VSA，波速分布矩阵中的元素与网格剖分中的每格波速一一对应，波速均为大于0的实数。

步骤二：将VSB进行二维FFT(Fast Fourier Transform)后所得m×m矩阵为VFB，记此过程为VFB＝FFT2(VSB)，逆过程为IFFT2，有VSA＝IFFT2(VFA)；根据二维FFT性质，VFB中元素均为复数，且幅度谱关于坐标轴对称，相位谱关于原点对称，其中心点坐标为同样，得应力变化后波速分布矩阵的二维FFT矩阵VFA＝FFT2(VSA)。

步骤三：确定频域拟保留坐标长度D，即对于VFB、VFA，位于横坐标范围或纵坐标范围或的元素均为0，记频域截断后的VFB为VFBC，频域截断后的VFA为VFAC；同样的，VFBC、VFAC的幅度谱也关于坐标轴对称，相位谱也关于原点对称，因此VFBC、VFAC中的自由变量数目为4D²+4D+1；

将VFBC、VFAC中的自由变量用向量VFBCV、VFACV表示，并记此过程为M_TO_V，则有VFBCV＝M_TO_V(VFBC)和VFACV＝M_TO_V(VFAC)，记逆过程为V_TO_M，则有VFBC＝V_TO_M(VFBCV)和VFAC＝V_TO_M(VFACV)。

步骤四：确定应力值变化方向和变化位置矩阵SV

其中(svx_isv，svy_isv)为VSB、VSA中发生应力变化的元素坐标，满足1≤svx_isv≤m和1≤svy_isv≤m且为整数，下标满足1≤nsv≤m²且为整数，svd_isv为应力值变化方向，若应力值变大svd_isv＝1，应力值变小svd_isv＝-1，应力值不变svd_isv＝0。

步骤五、计算目标函数

入参：TruSeiB(应力变化前的真实地震记录)、TruSeiA(应力变化后的真实地震记录)、VFBCV(应力变化前的波速分布向量)、VFACV(应力变化前的波速分布向量)、SV(应力值变化方向和变化位置矩阵)、SSP(震源、检波器位置，地震子波等参数)