基于改进残差法的定向钻孔雷达三维成像算法

钻孔雷达是探地雷达的一种。传统的钻孔雷达可以确定目标地质体的深度,却无法判定目标地质体的精确方位;定向钻孔雷达不仅可以确定目标地质体的深度,还可以精确地确定目标地质体的方位。本文研究的定向钻孔雷达包括1个发射天线和4个接收天线。本研究通过增加移动窗口,进行窗口内的方位识别计算来实现残差法的改进。传统的残差法只能对一个目标进行方位识别;改进后的残差法可对井眼周围任意多个目标进行方位识别,并且利用4个接收天线所接收到波形的不同来确定目标地质体的精确方位,并开发了三维成像算法。最终利用模型得到合成数据,求得方位角,结合方位角进行三维成像,三维成像结果中井眼的正东方向和正南方向都有一个明显的异常,与原模型吻合良好。     

3D定向钻孔雷达系统及应用

3D 定向钻孔雷达系统能够对钻孔四周进行高精度三维成像,在单个钻孔中即可完成目标体距离、方位的探测,相对2D钻孔雷达具有探测精度高、速度快、深度大的优点.笔者对3D 定向钻孔雷达系统的工作和成像原理、技术规格进行了详细说明,并结合现场数据说明了其实际应用效果.     

随钻方位电磁波电阻率成像模拟及应用

随钻方位电磁波电阻率成像资料在地质导向中起着至关重要的作用。利用三维有限差分数值模拟方法计算随钻电阻率仪器激发的电磁场随仪器方位变化的规律,分析实现方位电阻率测量以及成像的原理及方法。数值模拟结果表明：在常规随钻电磁波仪器的基础上,增加倾斜或横向接收(发射)天线,可以实现地层方位的预测和判断,同时方位电磁波电阻率成像结果受相对井斜角、地层电导率对比以及地层地质构造的影响;利用方位电阻率成像以及定向信号成像结果可以预测和判断层界面、地层方位特征以及各向异性地层走向;幅度比电阻率成像效果优于相位差电阻率成像;在均匀各向异性介质中,线圈距和工作频率越大,视电阻率受垂向电阻率影响越大;线圈距越大,定向幅度信号越强,能预测的层界面的距离越大。     

油气井雷达成像测井仪改进及试验

传统的测井仪器探测深度基本在3 m以内, 大多也没有方位分辨能力, 无法实现油气井周围较大范围地层结构与构造的成像, 故不能解决隐蔽构造与油气储层的探测问题。针对上述问题, 将地表地质雷达成像技术移植到测井中, 研发了雷达成像测井仪。为提高雷达成像测井仪探测深度、方位分辨率和下井深度, 采用纳秒脉冲源与定向接收天线对井周地层进行探测和成像, 在增大探测距离的同时, 兼顾了分辨率; 采用磁环和光耦对脉冲板做隔离, 有效地压制了噪声; 通过在电路外增加保温瓶和优选耐高温元器件提高了仪器的耐高温性能; 最后利用模型井对仪器进行了测试和标定, 并在3口油井中进行了现场应用。改进后的雷达成像测井仪下井深度可达6 000 m, 最大探测深度可达12 m, 能够对井周5 m以外孔洞、裂缝进行定位和成像, 大大地拓宽了测井技术的横向预测能力。测试与应用结果表明:该仪器能够耐受油井下的高温高压环境, 探测深度大且分辨率高, 对钻孔周围地层界面、裂缝和孔洞构造成像效果较好。      

钻孔雷达探测地下裂缝

钻孔雷达是地质雷达的一种特殊模式,与通常的地质雷达比起来,有几个显著的特点。比如,利用钻孔接近地下的某个区域,天线可以相对接近所要测量的地质异常体或目标,从而导致在较深的范围对目标的精确测量。实验场地位于北京西部的一个石灰岩的小山上。该处有一组钻孔,并被大量的裂缝所切割。在这些钻孔中,进行了单孔反射测量和跨孔测量。测量的数据经过处理和解释表明,在该场地雷达的径向探测范围可达30 m,地下裂缝的分布可以形成清晰的图像。可以看到很多裂缝,它们距钻孔的距离及倾角都可以确定下来。在有些情况下,确定裂缝分布的方位是可能的。     

点状不良地质体钻孔雷达响应特征的形状效应正演分析

针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体,利用时域有限差分数值模拟方法,对岩土体内不同形状和不同埋深的目标地质体进行了雷达响应正演模型研究,并分析了这些模型的实际分辨能力和应用条件。结果表明,对于不同的探测任务,应根据感兴趣目标体的几何尺寸、分辨率要求等来选择合适的天线频率;不同几何形状的点状不良地质体所呈现的雷达剖面形式各异,且雷达反射信号强弱也不同;同一频率天线其探测分辨能力随空洞埋藏深度而变化,同一埋深下,天线频率越高,高度分辨能力效果越好。研究结果可为钻孔雷达用于岩体工程勘察、灾害隐患探测提供模拟图像认知和数据判读支持     

矫正弯曲钻孔时对下入楔子的计算

在钻探工作中,经常要利用金属楔子来纠正弯曲的钻孔。当楔子面垂直于钻孔方位面时,纠正弯曲钻孔的方位角是最有成效的。在这种情况下,钻孔方位角的变化数值取决于顶角和楔子切面角的度数。下入楔子后,钻孔方位角改变的角度可按照下列公式计算:     

基于波动方程偏移的宽方位三维角道集提取

基于三维波动方程偏移的宽方位三维角度道集不仅包含了局部反射角度的信息,还包含反射平面在地下的方位角信息,它充分反映了宽方位采集观测系统下勘探目标不同方位的照明情况。这一特点在复杂构造的三维偏移速度分析中是非常重要的。笔者从角度分解的思想出发,讨论了射线参数、反射角以及局部方位角的关系,实现了宽方位情况下局部偏移距域共成像点道集向角度域共成像点道集的映射方法,并给出具体流程。模型测试和实际资料应用结果表明,用该方法提取的角度道集可以真正反映局部反射处的不同方位角的反射信息,可以为全三维勘探地震成像中的深度偏移速度分析研究提供道集依据,也可以用于三维的振幅随角度关系分析。     

宽频宽方位处理技术在淮北矿区全数字高密度地震勘探中的应用

与常规三维地震勘探相比,全数字高密度地震勘探采用高横纵比、宽方位观测系统,使用单点数字检波器接收。宽方位地震勘探有利于高陡构造和复杂断块成像,但存在各向异性问题,而单点数字检波器地震信号频带宽、保幅性好、噪声强。为了充分发挥全数字高密度地震资料优势,克服其缺点,必须将宽频、宽方位处理技术运用到煤炭高密度三维地震数据处理中,以提升数据处理效果。以淮北矿区全数字高密度地震资料为基础,针对淮北矿区地质构造复杂特点,以叠前保幅去噪、振幅补偿、OVT处理技术以及全方位角偏移成像技术为重点,开展了煤炭全数字高密度地震资料的宽频、宽方位处理技术研究。结果表明:保幅去噪在几乎不损伤有效信号的前提下实现了对噪声的有效压制,振幅补偿恢复了地震信号高低频能量的损失,宽方位处理不仅消除了各向异性影响,改善了成像效果,还获得了丰富的叠前数据。宽频宽方位处理技术是全数字高密度地震资料处理的必要手段,其处理成果比常规处理成果频带更宽,对复杂构造成像更好,分辨率更高,能够实现煤田复杂地质条件地震资料精细成像。      

时域有限差分法(FDTD)模拟探地雷达极化测量

由于探地雷达偶极天线具有电磁极化特性,其发射天线主要发射沿着天线长轴方向的线性极化波,而接收天线对这种极化方向的电磁波也最灵敏。因此,在对混凝土中钢筋、电缆等目标体进行检测时,利用天线的极化特性可以了解目标体的延伸。时域有限差分法是麦克斯韦方程的直接时域法,其计算简单、直观、灵活性强、计算精度高、动态范围大。利用时域有限差分法(FDTD)对地质雷达极化测量进行了正演模拟,取得了很好的效果。     

瞬变电磁感应式天线分布电容零相位测试方法与应用

瞬变电磁感应式接收天线处于临界阻尼状态时,主输出信号才是纯目标体的感应信号。这种临界阻尼状态与接收天线的电感、分布电容以及电阻等电参数有关,其中电阻、电感值可以通过频谱仪直接测量得出,但是分布电容无法直接获取。为了能够研制高性能接收天线,本文提出了一种精确计算接收天线分布电容的方法。首先,构建瞬变电磁感应式接收天线等效电路模型;然后,推导输出信号零相位的谐振频率计算公式;最后,通过测量天线的谐振频率,并计算分布电容。为了验证了此方法的可行性,采用标准电容与计算电容比对,并测试了不同类型瞬变电磁感应式天线,测试结果表明:用零相位法计算分布电容精度高,方便快捷,可用于设计和制作高性能瞬变电磁感应式传感器。     

利用钻孔岩芯作定向磁性标本的方法

当钻孔穿过层状岩(矿)层时,如果钻孔轴线和岩(矿)层不正交,也不平行,则岩(矿)层的层面和层理面在岩芯柱上呈一椭圆面或椭圆迹圈(图1).经研究发现,该椭圆长轴的方位是钻孔倾斜方位角φ_钻、倾角θ_钻以及岩(矿)层倾向方位角φ_岩、倾角θ_岩的函数.由此函数关系出发,进一步求出此椭圆长轴与钻孔轴线确定的平面和通过钻孔轴线的铅垂平面的夹角γ,就可以在岩芯横截面上画出钻孔的倾斜方位线,从而恢复了岩芯的原始方位,达到利用钻孔岩芯作为定向标本来测定剩磁参数的目的.     

不同测量仪器进行机场定向安装对斜孔起始方位的影响

斜孔机场的安装方向,必须与钻孔的设计方位角或勘探线方位相一致,否则就会造成开孔偏斜。如果斜孔接近孔口的起始方位角偏斜严重。就必然要进行定向纠斜,从而造成经济损失。因此,提高斜孔安装质     

基于DOA估计的阵列式探地雷达逆向投影目标成像方法

本文针对阵列式天线探地雷达系统的目标成像问题,理论模拟分析了最小二乘(LS)估计、Capon估计、幅度相位估计(APES)三种波束形成算法在目标回波到达角(direction of arrival,DOA)估计上的效果和精度,提出了基于DOA估计的阵列式探地雷达逆向投影目标成像方法。该方法综合利用多输入多输出(MIMO)阵列信号估计得到的目标回波信号DOA和阵列空间观测信息对目标体进行成像,通过成像点空间扫描对各测点估计DOA幅度值在成像点的加权积分进行目标定位及反射强度估计。该方法实现简单高效,可以广泛应用于地下简单目标体的快速成像。     

钻孔内造斜工具的定向及测量

摆锤式单点定向仪、光电定向仪、陀螺定向测斜仪、随钻定向测斜仪及磁性定向仪等,各有其特点。GD-K 型光电定向仪是开滦地质勘探工程处自行研制成功的,属磁性定向仪。经在勘探钻孔和定向注浆孔使用,对偏斜楔导斜器进行定向达30余孔次,成功率90%以上,定向误差小于士7°。同时,开滦地质勘探工程处对JDT-3A 型陀螺测斜仪改装成功的JDT-3K 型定向测斜仪,可自动连续测量或单点测量钻孔孔斜顶角、方位角和孔内造斜工具的指向。经在孔深300m 以浅的垂直冻结钻孔中进行20余孔次定向测量,方位误差小于5°/h,方位分辨率为1°,投点误差为0.5‰。     

定向扫描成像测井技术及其应用

定向扫描成像测井技术，就是按照规定的方向对井壁进行扫描，把井壁展开成一个连续的平面。这种信号不能在磁屏蔽、磁干扰条件下工作，进而不能确定地质信息的方位。然而，当运用陀螺定向技术对人造磁场进行定向，在人造磁场中，转动的线圈感应出来的交变电信号作为图像扫描触发信号，能够测量所形成的超声图像，并快捷、准确地查明井管故障点的位置、损坏的规模大小和方位，从而为维修方案的确定提供了可靠的依据。     

多输入多输出极化步进频率探地雷达硬件系统开发

对基于矢量网络分析仪的单发单收探地雷达系统进行扩展,组建了可实现信号多通道发射和多通道接收的步进频率探地雷达系统。该系统主要由计算机、矢量网络分析仪、三维直角坐标仪、开关控制转换器、同轴开关以及多次覆盖极化天线阵列构成。系统信号发射通道和信号接收通道均可扩展至6个通道,可满足一般天线阵列测量需求。多次覆盖天线阵列采集共中心点（CMP）数据,每个测点可获取2个共极化模式数据和4个交叉极化模式数据,数据叠加后噪声可得到有效压制,系统信噪比可获得较大提升;同时应用Pauli分解方法获得伪彩色剖面图以对目标物体进行散射机制的分类。对该多输入多输出步进频率探地雷达系统进行系统测试和实验的结果,验证了其可靠性。     

被动震源进行地震勘探的可行性研究

为研究冲击钻机、打桩机、打夯机以及筑路机等设备工作时产生的震源,对开展工程地震勘探时的利用价值,在东庞矿2093工作面治水钻孔冲击钻进过程中进行了该项实验工作。试验采用WF-1006遥测数字地震仪及CGS-40型加速度检波器,接收排列之间方位角间隔20。,接收道数24道,道距5m,采样率1ms,记录长度2s。最近检波器距钻孔7m。利用SCHRAMM钻机产生的强大振动为被动震源,进行了250m、257m、183m、263m等不同钻井深度,以及与此相对应不同方位角（250°、250°、230°275°）的地震波接收试验。通过分析其地震记录,判定引发东庞矿矿井突水的陷落柱中心位于治水钻孔西南方向。该结论与三维地震勘探确定的陷落柱位置一致,可见通过选择合理的接收方式及参数,被动震源也能够用于地震勘探。     

不同测量仪器进行机场定向安装对斜孔起始方位的影响

斜孔机场的安装方向,必须与钻孔的设计方位角或勘探线方位相一致,否则就会造成开孔偏斜。如果斜孔接近孔口的起始方位角偏斜严重,就必然要进行定向纠斜,从而造成经济损失。因此,提高斜孔安装质量,力争减少或消除地面设施的安装偏差,是保持斜孔起始方位准确的重要保证,也是提高斜孔质量,从而获得准确地质资料的基本条件。斜孔机场定向安装精度的提高,首先取决于所用测量仪器的种类,其次取决于安装程序和技术要求。     

南海西部双方位地震资料处理关键技术实践:以珠三凹陷为例

南海西部海域珠三凹陷地区地下断裂体系复杂,不同的勘探阶段采集的地震资料,方位角窄,复杂断裂带成像困难,而同一批次采集多方位三维地震采集难度大、成本高.为了更好地实现宽方位地震成像目的,可将不同年度不同方位采集的三维地震资料结合先进的多次波去除技术和地震融合技术进行联合处理,从而间接形成一个宽方位三维地震资料,据此操作将极大地降低采集成本,从实际处理效果对比分析,该方法较好地改善了复杂断裂带的成像效果.