平行巷道条带异常体在透射槽波层析成像中造成的假象

近年来透射法槽波地震勘探技术在煤矿勘探领域取得广泛应用,该技术依据槽波频散特征,对特定频率下槽波走时进行层析速度反演成像,在煤层厚度探测方面效果明显.由于煤矿巷道施工的特殊性,震源和检波器布置在巷帮煤层中,观测系统多采用两边式或三边式,导致槽波传播角度有限,容易对层析成像造成误差.在层析正演中采用最短路径与射线弯曲法联合,兼顾走时计算的精度和效率,在层析反演中进行正则化约束,利用平滑和阻尼因子提高算法的精度.通过对大量模型进行正反演发现,当煤层中存在垂直巷道异常体或局部异常体时,透射槽波层析反演不存在假象;当存在平行巷道的条带异常体时,层析结果出现交叉状速度异常假象.这是由于透射槽波采集得到的走时不受异常体位置影响,高值区在平面上表现为交叉型,导致层析反演出现假象.实际勘探施工条件允许情况下,可在煤层工作面四周布置震源和检波器消除这类假象.     

菲涅耳体地震层析成像分辨率研究

层析成像分辨率的研究,不仅可以帮助分析层析方法的反演能力,评价层析反演的效果,还可以帮助指导层析参数设置,优化观测系统设计等.本文对比研究了前人提出的两种菲涅耳体层析成像分辨率的计算方法,并针对其存在的问题进行了优化.文中通过对二维理论模型的定量计算,总结了菲涅耳体地震层析成像分辨率的一些规律,并将其与射线层析的分辨率...     

透射与反射槽波联合探测小构造应用研究——以山西龙泉矿区为例

矿井勘探方法中,槽波地震是探测小构造最重要的一种方法,小构造的定量探测对于工作面的设计和开采具有重要的意义,通过透反射联合勘探并以揭露信息进行约束能够取得准确的结果.对山西龙泉矿4203工作面进行槽波透反射勘探,巷道的煤厚为6.8 m,巷道揭露的断层f29落差为7 m,f30落差为11.8 m,利用椭圆切线法和透射层析成像信息得出槽波的解释成果,从构造发育规律和三维地震解释的断层的数量、延伸长度、走向进行统计分析,合理推断槽波探测断层在工作面内外分布及延伸长度,并通过钻探得到了验证,得出在有效利用先验地质资料条件下矿井槽波地震透反射法具有广泛的应用前景.     

地震槽波动力学特征物理-数学模拟及应用进展

复杂的地质构造和生产环境使得中国的煤业生产时常蒙受巨大的经济损失和人员伤亡,而地震槽波井下探测技术做为当前可探明煤层中局部小构造和异常体的有效技术,具备分辨率高和预测性强等特点,是煤矿生产中井下探测的一种有效的地震勘探方法.本文回顾了地震槽波勘探研究的发展概况,并基于地震槽波在煤层中传播的物理特征和影响煤层中地震槽波传播等主要因素,对地震槽波动力学特征方面已经开展的物理模拟和数值模拟工作进行了综合阐述,进而指出了地震槽波勘探存在的理论问题、应用难题和可能的发展方向.     

反演模型分辨率的估算方法

反演问题的时空间分辨率或称时空分辨长度是评估模型精细程度的重要参数,决定了该模型应用的范围和价值,但是分辨长度估算却是比反演更复杂和麻烦的数学问题。除了层析成像中广泛利用理论模型恢复试验定性提取空间分辨长度外,通过求解分辨率矩阵可定量获得分辨长度。通过矩阵操作给出的分辨率矩阵包括三类：直接分辨率矩阵、正则化分辨率矩阵和混合分辨率矩阵。这三类矩阵包含了反演本身不同侧面的信息,因此在一个反演应用中,同时提供这三类分辨率矩阵可更全面地评估反演模型分辨率分布。最近An（2012）提出了从大量随机理论模型及其解中统计出分辨率矩阵的方法。这种分辨率矩阵是从模拟真实反演实验的输入和输出模型中通过反演得到的,因此这种分辨率矩阵更能反映整个反演所涉及到的更多因素和过程;同时由于这种分辨率矩阵计算过程无需进行矩阵操作且不依赖于具体正演和反演方法,因此可以被应用于更普遍的反演问题。实际应用证明统计分辨率分析方法适用于对二维和三维层析成像反演模型进行分辨率分析。     

含小断层煤层Rayleigh型槽波波场和频散分析

煤层隐伏小断层在煤田地质勘探期间能否查明,是影响煤矿安全生产的主要地质因素.煤层中传播的地震槽波,非常适用于探测煤田异常构造.本文利用谱元法模拟计算了含断层模型Rayleigh型地震槽波的产生、传播过程,对于直达槽波、反射槽波、透射槽波进行了波场特征分析,频散特征分析,频谱特征分析.根据不同小落差断层模型（垂直断距分别为1/4、1/2、3/4、1个煤厚;断层倾角分别为90°、60°、45°）,分析了Rayleigh型槽波传播过程中断层对反射槽波、透射槽波能量、频谱的影响效应.基于以上分析,对于小断层模型中的Rayleigh型地震槽波取得了一些规律性认识,并对Rayleigh型地震槽波的勘探应用做了一些探讨.     

初至走时层析成像在工程勘探中的应用与研究

工程勘探中由于技术手段限制和地质条件的复杂性,地面物探方法获得的反演结果与实际地质情况往往存在较大偏差.地面激发、隧道内接收的透射波由于直接穿过地质体,因而利用透射波初至走时进行层析成像具有更高的精度和可靠性.本文以某隧道勘探工程为例,对透射波初至走时层析成像的应用效果和影响因素进行了数值试验分析,详细探讨了初始模型和射线覆盖次数对反演效果的影响,试验结果表明:(1)由于具有直接穿透地质体的优势,透射波勘探相较于其他地面地震勘探方法具有更好的精度、可靠性和准确性;(2)虽然初始模型不准确,其在横向上的扰动仍然足以反映异常的存在,但是基于先验地质信息构建适当初始模型对于提升反演精度至关重要;(3)采用针对性的观测系统设计及井地联合反演方法可以提高数据投影角度和完备性,有效减少解的不确定性,从而逼近地质体真实的地球物理模型.数值试验表明透射波初至走时层析成像在工程物探中有广泛应用前景.     

基于伴随方法的线性台阵背景噪声面波和远震体波联合成像研究

伴随层析成像（Adjoint Tomography）通过求解全波方程来准确模拟地震波在复杂介质中的传播,并利用波形信息来反演地下结构,是新一代的高分辨率成像方法.其中3-D伴随层析成像需要庞大的计算资源,而2-D反演相对更具计算效率.面波和远震体波是研究地壳上地幔速度结构的重要方法,它们对S波速度及Moho面的敏感度不同,通过联合反演,可以得到更为准确的S波速度结构及Moho面.通过两种数据的高度互补性,本文提出基于伴随方法的线性台阵背景噪声面波和远震体波联合成像方法,同时约束台阵下方S波速度结构及Moho面形态.我们将该方法应用到符合华北克拉通岩石圈典型结构特征的理论模型上,测试结果表明联合反演方法优势明显,相比于面波伴随层析成像,能获得更高分辨率的S波速度结构,同时能精准约束Moho面形态.相比于体波伴随层析成像,联合反演能有效压制高频假象,降低波形反演过程中的非线性化程度.本研究有望提供一种更为高效精准的线性台阵成像方法,搭建联合伴随层析成像理论框架,提升岩石圈成像分辨率,并为后续其他类型波形数据的引入提供思路和方法.     

槽波层析成像方法在煤田勘探中的应用——以河南义马矿区为例

在地下煤田的开发中,工作面内的小构造、异常体、煤层厚度变化等是需要解决的关键问题,而槽波探测则为这些问题的解决提供了重要的物探方法.本文对河南义马矿区11061工作面进行槽波透射法测量,在巷道显示的煤层厚度变化为1.5~8 m,从理论频散曲线分析速度与厚度关系,确定125 Hz频率槽波主要用于观测厚度约为2~5 m的煤层厚度变化;有效提取了684个频散曲线,并分别拾取了125 Hz时槽波群速度与走时,采用走时层析成像方法获得工作面内煤层速度、厚度以及高应力区分布特征,回采验证了结果的正确性.     

井下槽波地震勘探——预防煤矿灾害的一种地球物理方法

当在煤层中激发地震波时,由于顶、底板围岩速度明显高于煤层中地震波的传播速度,当地震波入射角大于临界角时会发生全反射,经过多次全反射混合叠加,在煤层中形成槽波.槽波是一种围限波,它最大的特点是频散现象,槽波在煤层中传播时还具有速度低、衰减弱等特点,因此可以用来探测煤层中的采空区、断层等地质构造.本文初步阐述了槽波地震勘探技术的研究现状,槽波的形成,槽波的特点、槽波地震勘探的工作方法以及应用实例等内容,并基于其特点对槽波地震勘探技术作出了展望.     

一种基于层析成像技术提高浅地表面波勘探水平分辨率的方法

在高频面波方法中,水平分辨率是指水平方向上分辨异常体的能力.异常体在水平方向上的长度可用水平方向上横波速度的异常尺度来确定.面波多道分析（MASW）方法被广泛应用于浅地表横波速度结构的探测,然而该方法确定的横波速度是整个检波器排列的平均计算结果,因此水平分辨率较差.另外,采用共中心点（CMP）多次覆盖的方式采集数据亦增加了野外的工作量.我们在MASW方法的基础上,应用面波层析成像方法,提出一套提高面波勘探水平分辨率的完整方法的技术流程.首先,利用波场分离技术获得准确的基阶或高阶模式面波,采用相位扫描的互相关方法测量多道面波记录中任意两道之间的面波走时;然后根据面波层析成像方法,获得高分辨率的各目标网格内的纯路径相速度频散曲线;最后反演所有目标网格内的纯路径相速度频散曲线,得到研究区域的拟二维横波速度结构.这套方法具有一定的抗噪能力,理论上它可以准确地提取相邻两道之间面波的相速度频散曲线;同时由于该方法最少只需要1个排列就可以获得拟二维横波速度结构,因此它显著减小了野外工作量.理论模型和实际资料都证实了这套方法可有效提高面波勘探的水平分辨率.     

HTI煤层介质槽波波场与频散特征初步研究

煤层内裂隙较为发育,具有明显的各向异性.目前槽波理论研究以各向同性介质为主,对HTI介质中槽波及其频散性质研究很少.本文以弱各向异性、含垂直裂隙HTI煤层介质为研究对象,研究了HTI煤层介质中的三维槽波波场,采用交错网格高阶有限差分法模拟槽波,推导了三层水平层状HTI煤层介质的Love型槽波理论频散公式和振幅深度分布,分析了HTI各弹性参数对频散曲线的影响.HTI介质和各向同性介质基阶Love槽波频散曲线差异较小,高阶较大;煤厚主要影响Airy相频率,而Airy相速度不变;煤层vs对Airy相速度影响很大;煤层γ对基阶Love槽波影响很小,高阶稍大.各波偏振方向不再与波的传播方向平行或垂直,而是呈一定夹角.利用基阶Love槽波频散曲线推测裂隙发育较为困难,可利用高阶频散曲线.     

介质随机扰动条件下的层析反演算法

在层析成像中,介质的随机扰动将对反演精度有很大影响.本文在反演迭代过程中,通过自相关平滑算法,将先验约束由单纯的均值拓展为模型方差、相关系数等统计参数,实现了随机介质的分布特征对层析反演的先验约束,有利于压制高频干扰,提高层析成像的精度.岩溶区洞穴探测的工程实例表明,在传统层析反演算法无法获得合理解释的情况下,采用自相关平滑算法仍能获得合理的地质剖面.     

速度差对井间走时层析成像质量的影响及其改进方法

在井间地震初至走时层析成像中，随着相邻地质体速度差的增大，使得射线分布不均匀，以及网格剖分不合适，导致层析成像结果不理想.物理和数值模型的井间走时层析成像表明：当速度差超过300%时，层析结果畸变较大；在300%～150%之间时，层析结果较好；低于150%时，层析结果好.在此基础上，提出了井间多尺度初至走时层析成像方法，即对同一模型采用多种网格剖分来同时进行层析成像，以获得研究区域的速度图像.数学和物理模型的井间多尺度走时层析结果表明：该方法很好地兼顾了层析成像的分辨率和精度，极大地改善了井间地震层析成像的质量.即使速度差超过30%，其多尺度的层析结果仍然较好.因此，这种方法具有实际应用的潜力.     

瑞利型槽波品质因子及特性分析(英文)

为了探明介质的非完全弹性对瑞利型槽波传播的影响以及利用瑞利型槽波品质因子Q_R反演煤层碳化程度、裂隙、煤层厚度等煤层属性,在本文中,我们将复速度引入瑞利型槽波频散方程,计算了煤层瑞利型槽波的品质因子Q_R曲线;采用控制变量法,分析了瑞利型槽波品质因子Q_R随煤层厚度、煤层纵横波品质因子以及围岩纵横波品质因子的变化规律。研究表明:瑞利型槽波品质因子Q_R曲线与群速度曲线变化趋势一致;埃里相(Airy-phase)频率附近瑞利型槽波的品质因子Q_R最小,且埃里相频率随煤层厚度增加而减小;瑞利型槽波品质因子Q_R随煤层横波品质因子Q_(S2)的增大而增大。利用瑞利型槽波品质因子Q_R曲线可以实现对瑞利型槽波的吸收衰减进行补偿、对煤层厚度进行预测以及岩性成像。     

煤层厚度变化时地震槽波理论频散曲线计算方法及频散特征分析

槽波地震勘探利用槽波的频散特性反演煤层的结构特征,故理论频散曲线的计算是一个重要方面.使用水平层状模型假设下的面波频散曲线计算方法能够计算煤层厚度恒定模型地震槽波频散曲线;但当煤层厚度变化时该方法不再适用.基于前人水平层状均匀介质模型的面波理论频散曲线计算方法,对于含煤三层模型,本文发展了煤层厚度变化情况下的地震槽波理论频散曲线计算方法,并使用该方法计算分析了不同厚度函数模型的频散曲线形态特征.研究表明：与稳定厚度煤层相比,煤层厚度变化使得地震槽波群速度成为与频率及传播射线在水平面投影路径相关的二元函数;射线路径上煤层厚度的变化使得频散曲线在群速度方向上压缩,群速度变化范围变小,且使处于最小值位置的埃里相群速度增大;而煤层厚度的线性变化模型频散曲线只与射线首、尾处的煤层厚度有关,与煤层厚度恒定模型相比,曲线形态不发生改变;煤层厚度呈非线性变化时,频散曲线形态上可能发生改变.     

变阻尼约束层析成像及其在VSP资料中的应用(英文)

初至波走时层析成像已经取得了广泛的应用,然而,由于观测系统的限制,射线在模型中分布不均匀,导致层析结果的分辨能力不足。变阻尼约束方法应用不均匀的先验信息来匹配不均匀的数据分布,可以减小速度模型校正量与射线覆盖程度的相关性。本文将变阻尼约束方法应用于初至波旅行时层析成像中,并将平滑约束方法加入正则化方程组中来避免单独使用变阻尼约束带来的不稳定性,利用阿尔法滤波器对反演中间迭代结果进行平滑和去噪,采用LSQR算法求解线性方程组来提高收敛速度和压制误差传递。本文应用上述层析成像算法对VSP观测系统进行速度反演,分别应用于检测板速度模型数据和实际VSP资料速度反演中,结果表咀变阻尼约束层析成像可以改善射线不均匀覆盖带来的影响,从而提高速度反演结果的质量;VSP资料检波点附近的速度反演结果可靠性高。     

不同观测方式下基于伴随矩阵的2.5D全通道电阻率反演研究

全通道电阻率层析成像是采用除去2个供电电极其余接地电极全部采集数据并参与反演计算的一种电阻率成像方法.相比较传统的对称四极测深、斯伦贝谢、偶极-偶极、单极-偶极、单极-单极等勘探方式来说,全通道采集得到的数据可以更好地覆盖目标地质体因此可以更准确地确定介质的电阻率.本文基于有限差分方法求解二维静电场方程和基于伴随方法计算非线性灵敏度矩阵,并利用牛顿共轭梯度反演方法实现全通道电阻率层析成像.理论模型的正演和反演表明了算法的可靠性.与常规四极电阻率法采集方式相比,全通道电阻率法具有更好的分辨率及更灵活的布极方式.在此基础上,着重分析了各种观测装置的有效勘探范围和成像分辨率.本文的研究可以有效指导电阻率法勘探观测装置形式的设计与选取,更好的解决实际工程地质问题.     

煤层工作面地震波层析成像技术研究进展

在煤矿机械化生产中,准确预测预报工作面内隐伏地质异常至关重要,因此需要超前精确探查.利用井下工作面空间巷道条件,进行双巷或多巷间透射层析成像是一种有效的物探方法,其应用面越来越广泛.文章结合煤层工作面存在的地质问题,对现有广泛应用的无线电波透视、直流电透视、槽波勘探和地震波CT进行了介绍.详细阐述了地震波层析成像技术在煤矿工作面内构造探查方面的发展历程,重点分析该技术的应用范围和效果,并指出目前还存在问题及发展方向,为煤层工作面构造探查与应用提供技术参考.     

青藏高原地震波三维速度结构的研究

根据青藏高原及其邻区的模拟地震台站和宽频带数字地震记录资料,采用区域体波层析成你和瑞利面波层析成像,反演得到了青藏高原地区的三维地震波速度结构。两种层析成像方法得到的地壳上地幔P波和S波速度结构的结果非常相似,它们显示,青藏高原南部的拉萨块体的上地壳存在明显的低速区,青藏高原北部的羌塘地区的下地壳和上地幔顶部相对速度较低。这些结果与青藏高原南、北部处于碰撞过程中的不同阶段有关。