瞬变电磁测深数据的灵敏度分析

灵敏度反映了观测数据对模型参数变化的响应情况,灵敏度分析可用于考察某种地球物理探测方法对特定地质异常体的分辨能力,或帮助选择合适的探测方法。灵敏度计算也是迭代反演方法中最为关键的环节,它决定了反演的精度与速度,这里对多例典型地电模型（厚覆盖层、低阻覆盖层和高阻覆盖层）的灵敏度进行了计算,得出了该方法对不同模型的各个参数变化的响应。     

深覆盖层上面板堆石坝应力变形特性研究

结合实测资料和有限元方法分析建于深覆盖层地基上面板堆石坝的应力、变形特性。数值计算中采用邓肯-张E-B模型模拟覆盖层地基和坝体的应力、变形行为,同时采用无厚度接触面模拟面板和坝体以及防渗墙和地基之间的相互作用。整理和分析工程实测资料并与数值计算结果进行对比分析,重点分析坝体和防渗结构的力学行为以及面板堆石坝和地基之间的相互作用。比较分析表明,大坝最大沉降和压应力分别发生在坝体底部和覆盖层中,覆盖层对坝体及防渗结构的应力、变形特性具有显著影响,应力、变形实测值与数值计算结果吻合较好,说明数值计算结果的有效性。在此基础上,分析了覆盖层上面板堆石坝分期填筑和筑坝速度对坝体和防渗结构应力变形的影响。结果表明,分期填筑引起坝体较大不均匀沉降和复杂的应力状态,但一定程度上可以改善防渗墙的应力变形特性;较快的坝体填筑速度容易引起坝体较大的前期应力和后期沉降,不利坝体的施工和运行。     

堆石坝地震响应和地基液化分析

利用冶勒大坝已经获得的强震监测资料进行大坝坝体及覆盖层动力参数反演,采用三维非线性有限元动力分析方法,分析冶勒大坝在其已经遭遇的最大地震,即4级地震作用下的坝体动力加速度状况,并根据计算结果判别坝基覆盖层的液化情况,进而对冶勒大坝在所遭受的4级地震下的抗震安全性作出评价。其中坝体堆石料及覆盖层砂粒料静力计算时采用邓肯E-B模型,动力计算是采用Hardin模型,地震响应分析采用等价线性法。     

多道瞬态面波法与微动法联合推断岩溶塌陷区覆盖层的结构和厚度分布

为了大尺度范围内获取岩溶塌陷典型调查区覆盖层的结构和厚度分布,采用多道瞬态面波法与微动法,对柳州市柳城县东泉公社幅岩溶塌陷重点调查区进行了野外观测,根据微动法提取的特征频率与地层厚度的关系,结合已知钻孔资料,得出覆盖层厚度与特征频率的函数关系,获取了覆盖层的厚度分布,根据面波的频散特性,得出覆盖层的横波速度分布,获取了覆盖层的结构分布,结合得出的覆盖层结构和厚度分布,推断出测区内发育4条断层或溶沟等局部构造。研究表明,利用微动法提取的特征频率和面波的频散特性,可以有效地推断出塌陷区覆盖层的结构和厚度分布。      

考虑初始含水率分布的覆盖层边坡非饱和入渗过程与稳定性计算方法

根据覆盖层边坡特性设计室内降雨试验模型,提出初始含水率分布沿高程呈反比例分布。根据边坡表面未饱和时降雨入渗受总降雨量控制的基本假设,建立了不排水状态下覆盖层边坡降雨入渗的解析计算方法。基于上述降雨入渗理论,考虑非饱和土抗剪强度变化规律,建立适用于非饱和覆盖层边坡的边坡稳定性计算方法。分析了覆盖层厚度、初始含水率分布参数以及覆盖层边坡角度对边坡稳定性的影响规律。具体结论如下:(1)覆盖层边坡内部初始含水率分布可采用反比例分布近似表示,基于总降雨量控制假设,得到可考虑初始含水率分布的覆盖层边坡降雨入渗解析计算方法。(2)基于半无限空间体边坡假设,给出覆盖层边坡在降雨入渗条件下不同位置滑动面的稳定系数计算方法。(3)在相同降雨量条件下,边坡初始稳定性随覆盖层土体厚度的增加而下降。降雨入渗对覆盖层边坡稳定性的影响随着上覆土层厚度的增加而减小。(4)当降雨量相同时边坡稳定性随着覆盖层土体初始含水率分布参数的增加而下降,降雨时间越长,初始含水率分布对边坡稳定的影响越明显。(5)不同角度的覆盖层边坡稳定性均随降雨量增加而逐渐减小。在初始状态下边坡角度增加所引起的最小稳定系数下降幅度最大,随着降雨量的增加,边坡稳定性受角度影响逐渐减小。     

舟山灌门水道海底隧道钻爆法施工稳定性分析

以舟山灌门水道海底隧道为背景,依据地质资料,选取隧道典型横断面来研究钻爆法施工时围岩的稳定性。由典型横断面的几何参数和地质资料构建数值计算模型,采用国际上常用的计算模式模拟爆破荷载,根据FLAC3D动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上。数值计算结果表明,各关键点的位移、振动速度、加速度-时程曲线均满足隧道爆破变形规律,且振动速度峰值均小于规范要求临界值,爆破作用影响范围小于岩石覆盖层建议厚度,验证了岩层覆盖厚度建议值和爆破方案的合理性。最后,为了弄清岩石覆盖厚度和炸药量对围岩稳定性的影响,给出了不同岩石覆盖厚度和炸药量情况下的计算结果。所得结论对后续施工和类似工程具有一定的指导意义。     

面波法与折射波法在研究基岩弹性力学性质中的应用

面波法与折射波法地震勘探能够获得岩体的横波速度和纵波速度,而且可采用同一地震仪器完成.本文主要阐述面波法频散曲线的分层拟合对整个地层进行速度分层,确定覆盖层、风化层的厚度以及基岩层界面,并与折射渡法相结合计算出基岩层的弹性力学指标.此外,对单一采用面波法计算弹性力学指标进行了探讨.     

时移动校正和叠加方法

在水平层状介质假设情况下, 推导了反射波时距曲线的表达式, 指出: 在对水平层状介质情况下, 反射波时距曲线是一时移双曲线.通过对理论模型和实际资料的处理, 表明时移动校正和叠加方法具有高保真、高分辨率和明显的叠加成像效果.同时, 用时移动校正τ₀分析谱计算层速度较以往用Dix公式由叠加速度计算层速度精度要高.这种方法不仅可以用于复杂构造的地震资料的叠加成像, 也可以应用到高分辨率处理的流程中.      

断层上方第四系覆盖层中氡气运移规律的数值模拟

在前人研究的基础上,建立了稳定条件下断层上方第四系覆盖层中氡气的运移方程,给出了相应的边界条件,对断层上方覆盖层中的氡浓度分布进行了数值模拟,并对其影响因素进行了讨论.结果表明,断层上方第四系覆盖层中存在明显的氡浓度异常,其分布与覆盖层的厚度、断层的宽度、氡的扩散系数和对流速度等因素有关.     

用优选法求水文地质参数

利用非稳定流抽水试验资料求参数的常用方法之一是双对数配线法,这种方法计算速度较慢,计算结果变化较大,同时由于底图与理论曲线之间的误差以及作图精度等,都会使计算结果产生偏差.采用优选法在计算机上实现求参是一种较好的方法.下面简要论述,供同行们参考.     

基于线形台阵的高精度微动技术在城区岩性地层精细划分中的应用

微动探测技术被广泛应用于构造、孤石、溶洞等勘查,但是,以常规圆形、嵌套三角形台阵等为代表的测量方式在城区施工会受到现场条件限制,难以实现长剖面数据的高效、高密度采集。针对这一问题,提出一种基于线形台阵多次覆盖的高效数据采集技术,该技术借鉴地震勘探多次覆盖观测系统的思想,布设一次线形台阵可以同时得到多个测点数据,可大大提高单台站数据的利用率。为了研究该采集技术的可行性和有效性,开展了单点频散曲线对比实验和横波速度剖面对比实验,并将其应用于福州城区岩性地层探测实验。实验结果表明:该技术极大地提升了微动数据采集的效率和测量密度,有效改善了探测精度和探测深度,为城市复杂地面环境下开展岩性地层精细划分提供了一种新的台阵布设方案。     

浅海海底表层速度建模技术及其应用研究

浅海海底起伏和速度变化对OBC资料成像质量产生较大影响。建立浅海海底表层速度模型不仅能够解决OBC资料的静校正问题,也可用于海底反射系数计算、双检资料合并、多次波压制等,但是,目前针对浅海海底表层速度建模的研究还不多。文中提出了针对浅海地区OBC资料的海底表层速度建模的三维初至走时反演技术,主要包括:(1)震源位置校正技术。根据地震波在海水中传播特征,把在海水中激发的震源位置校正至海底,使震源和接收点都位于海底,利于初至走时反演计算;(2)快速三维初至走时反演方法。利用回折波走时和射线方程,形成了高效率初至走时反演方法。将该技术应用于胜利油田莱州湾浅海区海底OBC资料的处理中,建立了三维海底表层速度模型,用此速度模型进行静校正,取得了良好的应用效果。     

一种适用于欠压实成因的地层孔隙流体压力预测技术

为了提高基于欠压实成因机制的地层孔隙流体压力预测的准确性,这里从提高地震层速度场的计算精度的角度出发,提出了一种高精度地层孔隙流体压力预测技术。①该技术针对浅部地层(无测井曲线的地层段)采用三维约束DIX反演方法和叠加速度体、层位数据计算浅部地层的地震层速度体;②针对中深层地层(有测井曲线的地层段)采用叠后波阻抗反演方法和叠后三维地震数据体、测井数据、层位数据计算中深层地层的地震层速度;③沿着研究区的某一浅部地层分界面将浅部地层与中深层地层的地震层速度体进行拼接处理,得到一个完整的地震层速度体;④采用"Fillippone方法+Eaton方法"的组合方法进行三维地层孔隙流体压力预测。某区页岩气地层的实际计算结果验证了该技术的正确性与可靠性,其预测的地层孔隙流体压力与实钻井一致,且目的层的地层孔隙压力平面分布特征与地质认识一致,有助于指导研究区后续的勘探与开发。     

A Simple Algorithm for Sequentially Incorporating Gravity Observations in Seismic Traveltime Tomography

The geologic structure of the Earth's upper crust can be revealed by modeling variation in seismic arrival times and in potential field measurements. We demonstrate a simple method for sequentially satisfying seismic traveltime and observed gravity residuals in an iterative 3-D inversion. The algorithm is portable to any seismic analysis method that uses a gridded representation of velocity structure. Our technique calculates the gravity anomaly resulting from a velocity model by converting to density with Gardner's rule. The residual between calculated and observed gravity is minimized by weighted adjustments to the model velocity-depth gradient where the gradient is steepest and where seismic coverage is least. The adjustments are scaled by the sign and magnitude of the gravity residuals, and a smoothing step is performed to minimize vertical streaking. The adjusted model is then used as a starting model in the next seismic traveltime iteration. The process is repeated until one velocity model can simultaneously satisfy both the gravity anomaly and seismic traveltime observations within acceptable misfits. We test our algorithm with data gathered in the Puget Lowland of Washington state, USA (Seismic Hazards Investigation in Puget Sound [SHIPS] experiment). We perform resolution tests with synthetic traveltime and gravity observations calculated with a checkerboard velocity model using the SHIPS experiment geometry, and show that the addition of gravity significantly enhances resolution. We calculate a new velocity model for the region using SHIPS traveltimes and observed gravity, and show examples where correlation between surface geology and modeled subsurface velocity structure is enhanced.     

基于拟Hessian梯度预处理算子的勒夫波全波形反演研究

构建近地表横波速度模型是煤田多分量地震资料处理的重要环节。相较于面波多道分析法,全波形反演在构建近地表横波模型中具有更高的分辨率。然而,在基于梯度的全波形反演中,由于地震记录频带有限、波场的非均匀覆盖以及双重散射等原因导致梯度算子不随深度的增加而缩放,模型深部参数得不到明显更新。目标函数的Hessian算子包含曲率信息,可清晰预测梯度算子中的焦散现象及双重散射产生的伪影,因此,逆Hessian算子则可作为反卷积算子实现对梯度的预处理,加强对模型深部的照明能力。然而Hessian算子具有巨大维度,对其显式计算十分困难。基于此,借鉴逆散射理论的思想,给出勒夫波全波形反演目标函数的拟Hessian算子的表达式,并提出一种梯度预处理的全波形反演方法。将该方法分别应用于断层模型、凹陷模型以及起伏界面模型的重构试验,反演结果表明:与传统的共轭梯度全波形反演方法相比,基于拟Hessian算子的预处理共轭梯度方法可加快收敛速度,提升成像质量。      

薄层水流速度测量系统的研究

根据水流影响电解质扩散和其导电特性的分析,结合电解质脉冲在水流中迁移的数学模型,设计了薄层水流速度测试系统。用Visual Basic语言编写了操作系统,实现了数据采集、参数计算和分析自动化。实验和模拟结果表明,模拟水槽实验中用流量法测量的流速和电解质扩散法测量的水流速度误差很小,说明用此系统测量浅层水流的流速是可行的。     

一种由叠加速度转换为平均速度的方法

根据地震勘探原理,以二层楔型模型和近似叠加速度求值公式为基础,提出了一种由速度谱求取平均速度或层速度的具体方法,并以二层楔形及五层楔形模型为例,计算其层速度、平均速度与正常时差速度的误差,结果表明其误差较小,完全可以满足地震资料解释的要求。通过实际应用以及与钻孔标定的平均速度的对比验证,表明该方法对于煤田地震勘探是适用的,特别是该方法可以直接求出沿界面法线方向的平均速度,提高时深转换的精度。     

Conditioned Simulations of Random Velocity Fields

In petroleum exploration and production, it is essential to have good estimations of the uncertainties on the reserves. Uncertainties on the velocity model used during the data processing are of major importance in this estimation. The generation of several velocity fields gives access to a quantified estimation of the uncertainties due to the velocity model inversion. The use of statistical methods helps in generating several important, equiprobable velocity fields, matching all the available velocity information. This paper presents an efficient simulation algorithm to generate instantaneous velocity fields, constrained by the distribution of values measured at the wells, and calibrated by the stacking velocities, taken as root-mean-square velocities. The simulations also match the covariance model given for the instantaneous velocity fields. The method is developed in a simple one-layer case with constant velocity, and then extended to more realistic situations. Finally, a real data application is shown, using data provided by ENI–Agip Division, and the efficiency of the proposed simulation method is discussed.     

Studying the stress redistribution around the longwall mining panel using passive seismic velocity tomography and geostatistical estimation

Generally, knowledge of stress redistribution around the longwall panel causes a better understanding of the mechanisms that lead to ground failure, especially to rockbursts. In this paper, passive seismic velocity tomography is used to demonstrate the state of stress around the longwall mining panel. The mining-induced microseismic events were recorded by mounting an array of receivers on the surface, above the active panel. To determine the location of seismic events and execute the process of tomography, double-difference method is employed as a local earthquake tomography. Since passive sources are used, the ray coverage is insufficient to achieve the quality images required. The wave velocity is assumed to be the regionalized variable and it is therefore estimated in a denser network, by using geostatistical estimation method. Subsequently, the three-dimensional images of wave velocity are created and are sliced into the coal seam. These images clearly illustrate the stressed zones that they are appropriately in compliance with the theoretical models. Such compliance is particularly apparent in the front abutment pressure and the side abutment pressure near the tailgate entry. Movements of the stressed zones along the advancing face are also evident. The research conclusion proves that the combined method, based on double-difference tomography and geostatistical estimation, can potentially be used to monitor stress changes around the longwall mining panel continuously. Such observation could lead to substantial improvement in both productivity and safety of mining operations.     

共散射点道集与角道集串级优化叠前偏移速度分析

推导了基于角度域共成像点道集的叠前深度偏移层析速度分析公式,提出一种共散射点（CSP）道集与角道集串级优化叠前偏移的速度分析方法。该方法通过基于CSP道集的叠前时间偏移速度分析获取初始速度,利用基于角度域共成像点道集（ADCIGs）的叠前深度偏移速度分析进行速度更新。实现步骤概括为：将叠前地震数据映射为CSP道集,利用CSP道集叠加速度谱拾取能量团获取均方根（RMS）速度场;通过Dix公式将RMS速度转换为层速度作为层析的初始输入速度,基于ADCIGs实现叠前深度偏移层析速度反演,最终得到高精度的叠前偏移速度场。断层模型和实际资料试算结果验证了该方法的正确性和有效性。