声波阻抗反演识别陷落柱研究

岩溶陷落柱是煤田开采中一种常见的地质灾害体.为研究利用反演方法识别陷落柱,根据煤矿陷落柱的地质特征,设计了整体塌落型和垮落型两类陷落柱地质模型,并通过正演模拟获得了相应的地震剖面.通过对正演剖面进行声波阻抗反演,发现整体塌落型陷落柱的波阻抗值明显高于煤层,垮落型陷落柱柱体与煤层接触的部位的波阻抗值略高于煤层,并且柱内地层存在沉降现象.将这一结论应用到实际三维地震采区,发现与实际资料的吻合度较好,陷落柱的位置和规模在反演上有较清晰的显示,能够识别直径小于50 m的小型陷落柱异常.     

煤矿陷落柱的地震响应特征与识别

根据煤矿陷落柱的地质特征,设计了两类非均匀陷落柱模型,通过有限差分法模拟陷落柱的地震波场.通过对模拟波场叠加剖面和偏移剖面的对比,得出了大、小陷落柱的地震响应特征,并指导了实际地震剖面的陷落柱识别.结果表明:大的陷落柱的地震响应在时间剖面上特征表现为标准反射波的中断;而较小的陷落柱的地震响应在时间剖面上特征表现为弱反射能量异常.     

煤层陷落柱散射波数值模拟与成像

煤层陷落柱是煤田勘探开发中常见的一种典型的非均匀地质体.由于来自陷落柱的反射信号少、反射能量弱,使得基于反射波原理的常规地震成像方法难以有效识别陷落柱.本文以散射波理论为基础,采用数值模拟方法,研究了陷落柱的散射波场特征,研究表明地面接收的波场中含有来自陷落柱陡倾角界面的散射波场.通过共散射点道集波场的模拟,可以清晰地识别散射波,获得地下散射点和非均匀地质体的信息,判断散射点的位置,从而勾画出不均匀地质体的形态.采用等效偏移距假设抽取共散射点道集,在此基础上进行叠前偏移,对陷落柱成像;模拟与实际数据成像结果对比表明此方法能够合理地提取散射点的散射波场信息,对陷落柱形态及内部结构准确成像,是一种有效的煤田陷落柱成像方法.     

陷落柱的地震响应特征分析及应用

通过分析陷落柱的地质特征和物性特征,进行地震数值模拟,分析其地震响应特征,在实际资料中进行应用.结果表明:从单炮记录上观测陷落柱,主要是考虑陷落柱的下凹特征,需考虑凹界面的曲率与埋深之间的关系.从物性上看,陷落柱内部与外部的物性差异变化为地震资料区分陷落柱建立了基础.在陷落柱上方,地层裂隙发育,引起地震振幅能量弱,具有...     

陷落柱地震波场特征分析

以典型的圆锥形陷落柱构建模型,采用声波方程对其地震波场响应进行模拟.分别从炮点位于陷落柱顶以及位于陷落柱顶一侧较近的两种情况对陷落柱地震波场特征进行细致分析.我们认识到了陷落柱柱壁绕射是陷落柱地震响应的重要特征.陷落柱的"反射--透射波"以及"透射--反射波"可成为识别陷落柱的重要标志.     

煤矿陷落柱地震识别技术研究

岩溶陷落柱是煤田开采中一种常见的地质灾害体.由于地质条件、区域构造不同,岩溶陷落柱发育具有随机性特点,单从地质上对其预测并不能从根本上解决现阶段的实际问题.为正确研究识别地震勘探手段所能探测的岩溶陷落柱及其尺寸,本文给定相同地层模型及探测条件,得到对应于不同规模岩溶陷落柱的同一时间叠加剖面和偏移剖面,通过对其波剖面比较以及地震响应分析,研究不同规模岩溶陷落柱在地震剖面上的变化规律,提出识别陷落柱的依据,对正确分辨和圈定陷落柱具有一定指导意义.     

利用微动勘察方法探测煤矿陷落柱

陷落柱是危害煤矿安全生产的主要因素之一,如何有效探测陷落柱是实现煤矿安全、高效生产的当务之急.本文首次将微动勘察方法应用于煤矿采区勘探,结果表明,该方法对陷落柱异常区反映敏感.在山西潞安漳村煤矿2002工作面测区已知陷落柱上,无论是单点反演获得的S波速度结构,还是微动视S波速度剖面,均能清晰显示陷落柱.微动剖面确定的陷落柱位置与巷道揭露位置一致,边界误差在10 m左右.微动勘察方法是探测陷落柱的一种行之有效的物探方法,由于其分辨率高、无需人工源、野外施工方法灵活便捷、不受施工场地限制等特点,对探测村庄覆盖区之下的煤层构造、圈定陷落柱等,具有得天独厚的技术优势和应用前景.     

强导(含)水隐伏陷落柱底板突水机理研究

华北型煤田采场底板隐伏强导(含)水岩溶陷落柱突水以其隐蔽性强,突水速度快,水量大,破坏性强,危害严重的特点已成为影响煤矿安全生产的重大隐患.但是,受奥陶系灰岩承压水和采动应力耦合作用下的岩溶陷落柱突水机理、突水过程和突水力学规律的研究尚不够系统和完善.本文以陷落柱上覆岩层层状介质假设和剪切破坏理论方法为出发点,建立了不同水平截面形状类型的强导(含)水岩溶陷落柱突水力学模型,并确立了奥灰承压水与采动应力共同作用诱发强导(含)水陷落柱突水的临界条件,并提出了突水危险性系数对陷落柱突水危险性进行定性和定量的评价.理论推导和数值分析表明,奥灰承压水和采动应力耦合作用下的强导(含)水陷落柱突水与其水平截面形状、隔水层厚度、岩石物理性质有关.当采场环境确定后,陷落柱水平截面形状则是决定其突水的关键因素,而且陷落柱水平截面形状是圆形时最容易发生突水.     

三维陆地可控源电磁法有限元模型降阶快速正演

三维陆地可控源电磁法有限元快速正演的主要瓶颈在于多频率大型稀疏方程组求解问题.本文引入一种基于模型降阶的Krylov子空间投影算法,推导了有限元刚度矩阵的模型降阶形式,构建了频率域传递函数;采用标准正交向量序列,构建一个远远小于有限元刚度矩阵维度的矩阵,该矩阵与频率无关,通过一次模型降阶即可实现多频点有限元方程快速求解.采用基于电场的变分方程,加入散度校正条件,以消除伪解;引入伪δ函数,消除了源点的奇异性,可适用于复杂背景模型三维有限元数值模拟,并为多源的求解奠定了基础;以层状介质模型解析解为标准,通过和基于Pardiso直接求解器的有限元算法（3DFEM）进行比较,模型降阶法计算时间小于前者的1/10,平均相对误差在1.72%,在满足精度要求下,实现了高效率三维有限元数值求解;分别设计了横向高低阻模型和纵向高低阻模型,分析了从近区到远区电场和卡尼亚视电阻率的变化规律,假极值的表现特征,阴影效应的影响等,从而也验证了该算法的正确性.最后,建立了一个地层陷落柱模型,通过模型降阶有限元正演模拟,发现视电阻率断面图在陷落柱上方出现"凹陷",与模型设计吻合,表明该算法对复杂地层模拟具有同样的适用性.     

利用正演技术识别地震解释中的假象

绕曲、小型地堑以及陷落柱在地震时间剖面上地震特征容易混淆,相互之间不易识别从而形成地震假象,给地震构造解释带来的困惑.为了识别这些地质现象在地震时间剖面上的真实反映.通过利用正演模拟技术研究这些地震假象的识别方法,采用地质资料设计不同地质现象的地震模型,正演分析了在叠加、叠后偏移和叠前偏移等地震时间剖面上的响应特征以及采用不同初始迭代速度模型处理的叠前偏移剖面上的特征.认为通过分析地震绕射波的响应特征、采用适合的初始迭代速度进行叠前时间偏移处理可以分辨出这些地震假象.最后利用地震勘探实例对总结方法的效果进行了验证.     

一种改善区域地磁场模型边界效应的方法

针对目前建立区域地磁场模型截断阶数受限,地磁图精度偏低等缺陷,研究了运用Taylor多项式拟合法建立区域地磁场模型所存在的边界效应问题.从理论上深入分析了产生边界效应误差的根源,提出了采用边界插值约束的Taylor多项式拟合法,在改善区域地磁模型边界效应的同时,提高了模型拟合的截断阶数,进而绘制出较高精度的区域地磁场图,同时对该技术和现有补充国际地磁参考场值方法进行了比较分析,最后进行了仿真试验.试验证明,该技术具有优于补充国际地磁参考值的方法,能克服现有区域地磁场模型的边界效应问题,提高了区域地磁场模型的拟合精度.     

煤层上覆地层含水不均匀性电法探测的可能性

煤田上覆岩层中含水直接对煤层的开采构成威胁，本文先从理论上阐述了电阻率勘探可以探测煤层上覆地层含水不均匀性的可能性，然后用简单的断层型薄层含水模型的CSAMT正演模拟结果展示出：地下900m深处，尽管只有20m厚的的含水岩层，但在电阻率剖面上该薄层的反映具有非常明显的特征，从理论上和数值模拟实例说明，一定深度内一定厚度的薄层含水性的电阻率法探测是可能的。     

正演模拟技术在地震采集设计中的应用

随着地震勘探开发的不断深入和发展,地震勘探的主战场逐渐向复杂地区转移.复杂地区既指地表条件复杂的地区,也指地下地质构造和地层条件复杂的地区,这些都对地震勘探提出了新的挑战和更高的要求.地震正演模拟正是开展此类问题研究的一个重要手段和方法.目前市场上具有正演模拟功能的软件大多是根据射线理论采用射线追踪的方法来完成正演模拟的,这种方法不能很好地反映地震波的动力学特征,特别是在复杂地区难以得到正确的结果.本文利用高阶有限差分有效克服了常规有限差分算法求解波动方程的频散问题,并以高效的OpenMP并行计算模式进行了并行优化,较大程度上提高了正演计算的速度和精度;同时实现了二阶Higdon边界条件,改善了边界吸收效果;也在一定程度上提高了计算速度.塔中地区主要目的层埋藏深,逆断层发育,地震反射特征复杂,增加了地震勘探的难度.本文依据该地区的地质模型,利用波动方程正演技术论证了该地区的地震采集观测系统,为该区地震采集观测系统的设计提供了科学依据.     

基于正演模拟的煤层采空区地震响应特征

上组煤采空区对于下组煤的成像和安全回采有着重要影响,有必要研究矿区上组煤采空区精准成像技术。对于实际采空区及其下组煤的地震响应特征预测来说,建立和实际地质情况相吻合的正演模型是基础。根据搜集到的研究矿区钻孔测井资料,获取建模所需的等效地层物性参数、采空区垮落带等效模量、裂隙带等效模量等数据,建立与研究矿区地质情况比较接近的地质模型;通过正演模拟,对水平叠加剖面、偏移剖面地震响应进行分析,采空区波场特征表现为时间延迟、振幅变化、频率降低且对下部反射波有明显影响,干采空区的影响时差大于含水采空区的影响时差;通过不同地震属性的提取分析,发现采空区的地震属性明显区别于正常煤层,干采空区的地震属性和正常煤层的地震属性间差别更大。      

基于Lowrank近似的TTI介质一步法qP波正演模拟

近年来,基于Lowrank近似的qP波正演模拟受到广泛关注。通常的Lowrank近似两步法波场外推虽然也能消除伪横波干扰,但是两步法依赖一个实值的相位函数,且在大时间步长不适用。基于Lowrank近似的qP波一步法波场外推方法具有处理复值相位函数的能力,对相位函数进行改进,加入速度梯度项,并成功应用于TTI介质qP波正演模拟。通过试验可知:基于Lowrank近似的一步法波场延拓具有传统两步法的优点,无伪横波干扰,在大时间步长波传播时比两步法更加稳定;各向异性情况下,一步法波场外推适用于任意倾角情况下,波场模拟结果清晰准确,没有发生不稳定。      

A rapid screening-level method to optimize location of infiltration ponds

A rapid-screening technique was developed to identify lithologies that best disperse artificial recharge via surface infiltration and minimize effects on ground water chemistry. The technique prospectively evaluates basin infiltration rates and water chemistry influences by integrating geotechnical, hydraulic, and water quality data with column test data and numerical modeling. The technique was validated using field data collected from surface infiltration basins designed to recharge ground water pumped from the Pipeline pit gold mine in Nevada. Observed recharge rates at these infiltration sites correlated most significantly with depth to groundwater, with basins in coarse-grained lithologies performing better (0.45 to 0.85 m/day) than those with fine-grained layers (< 0.30 m/day). Observed water quality resulting from leaching of the previously unsaturated vadose zone showed a transitory (< six months) increase in solute concentrations followed by a decrease to baseline conditions, a phenomenon also observed in column tests that leached native soils with local ground water. Leaching of fine-grained soils with evaporites resulted in greater solute concentrations (TDS > 2000 mg/L) than coarse-grained soils (< 1200 mg/L). The results of HYDRUS_2D simulations using the accumulated data as input were in agreement with observed ground water chemistry downgradient of the infiltration basins for a variety of lithologies. Sites for infiltration basins can be rapidly screened to include areas with greatest depth to groundwater and in coarsest alluvial sediments, and impact to ground water chemistry can be reliably predicted using computer modeling and column test results.     

地球物理场中煤岩瓦斯渗流研究现状及展望

煤层瓦斯渗流是煤与瓦斯突出研究中的一个重要方面,由于煤层处于复杂的地质环境中,煤层瓦斯渗流必然受到地球物理场的影响.本文基于国内外煤层瓦斯渗流研究现状,综合论述了地应力场、地温场、地电场对煤层瓦斯渗流的影响,以及多场耦合作用下的煤层瓦斯渗流,并从实验研究、理论分析、工程实践论证相结合的角度,展望了该研究领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势.     

三维时间域航空电磁有理Krylov正演研究

常规的三维时间域航空电磁模拟通常采用隐式步长方法进行时间离散,需要几次矩阵分解和上百次右端源项回带,计算效率较低.为了提高正演计算效率,本文提出使用有理Krylov方法求解时间域电场扩散方程.首先使用非结构四面体网格进行空间离散,采用Nédélec矢量基函数近似四面体单元内的电场;然后基于有限元离散给出矩阵指数和矢量乘积表示的电场显式解;最后采用有理Arnoldi算法构造Krylov子空间内的正交基函数并进一步求解矩阵指数与矢量的乘积,直接得到任意时刻的电场解向量,避免步长离散过程.此外,本文还提出一种指数加权偏移参数优化方法,使得有理Arnoldi近似在瞬变衰减晚期具备更高的精度,从而降低Krylov子空间阶数并提高计算效率.通过和层状模型解析解的对比验证了有理Krylov方法的精度.针对三维异常体模型使用全局网格和局部网格剖分并和其他数值方法比较,进一步说明了有理Krylov方法的有效性.     

微小盆地倾斜煤层采空区瞬变电磁法探测

为研究微小含煤盆地倾斜煤层采空区的瞬变电磁法探测效果,以云南省新近系向斜盆地采空区为研究对象,从数值模拟与现场实测两方面对瞬变电磁探测效果展开研究。首先,针对研究区微小盆地构造条件建立倾斜煤层地电模型,以正演模拟和电阻率计算论证理论可行性;其次,根据模拟结果设置工作参数进行现场数据采集,以倾斜含煤段作为电性标志层追踪电阻率异常并推断采空区分布范围;最后,采用井下超前钻探对推断的采空区进行验证。结果表明,瞬变电磁法适用于探测微小盆地的构造变化而引起的地电结构的改变,探测结果清晰显示盆地倾斜含煤地层的起伏变化,能准确反映采空区的分布。      

多震源地震正演数值模拟技术

常规地震采集技术因受相邻时间激发炮之间时间间隔的制约而存在采集周期过长,采集成本过高的问题,而多震源同步激发地震采集技术可以克服这方面的缺陷,但存在着波场过于复杂的问题,地震正演模拟技术可以帮助我们提高对这种复杂波场的认识水平,为此采用2D弹性波方程交错网格高阶有限差分格式,开发了多震源同步激发波场正演数值模拟技术,能够模拟任意多个同步激发震源的弹性波波场,震源函数可以是雷克子波,也可以是可控震源扫描信号,且同步激发震源之间可以有随机时差.模型试算结果分析表明,该技术既是一项高精度的多震源正演模拟技术,也是一项高效率的地震正演数值模拟技术.