利用地震波能量属性预测矿井瓦斯富集区

构造煤的发育易形成瓦斯突出危险区,因此查明构造煤赋存范围可有效预防瓦斯突出。根据研究区的地质条件,建立构造煤发育地质模型。地震属性分析结果表明,构造煤在主频、低频、振幅和相位等属性方面具有明显异常。以研究区3号煤层为例,在频谱分解的基础上提取不同频率成分的地震波能量属性,发现煤层气(瓦斯)富集区的地震波能量具有在低频范围内值较大、高频范围内值较小的特性。根据矿方巷道抽取瓦斯得到的数据,证实纵横波速度与瓦斯富集呈负相关关系。     

掘进巷道煤体瓦斯特征与震波频率特性研究

通过多次在突出煤层掘进巷道迎头进行震波探测试验,并使用频谱分析和时频分析技术得到各巷道的单道震波信号的频率参数,对比分析各条巷道对应的瓦斯检验参数,建立起煤体瓦斯绝对涌出量与震波频率参数的关系：震波能量主要集中在两个独立的频率域内,高频区和低频区分别对应了震波的主频和次主频;随着煤体瓦斯含量的增大,震波的主频和次主频相应降低,且次主频对瓦斯含量的变化更为灵敏。利用震波频率参数预测掘进巷道迎头附近瓦斯含量,可为瓦斯突出危险性预测提供一种新的参数。     

陷落柱地震波超前探测数值模拟与应用

针对陷落柱与周围煤体之间存在明显波阻抗差异的特点,建立巷道内地震波超前探测陷落柱数值模型。采用波场正演模拟方法,分析巷道前方存在陷落柱时的地震波场特征,总结出基于绕射偏移的陷落柱边界探测方法。在新元矿南二正巷实际超前探测中,该方法准确圈定了巷道前方陷落柱的范围。探测结果和实际揭露情况对比表明：地震波超前探测技术可以对巷道前方120m范围内的陷落柱构造进行有效预测。     

松藻矿区茅口灰岩巷道中的瓦斯灾害特征与防治

在茅口灰岩中掘进巷道时,常有瓦斯涌出、偶有岩溶瓦斯喷出或突出及煤与瓦斯突出。通过研究茅口灰岩的生成、储存和盖层条件、古岩溶地貌、瓦斯来源、瓦斯储集特征,分析瓦斯典型事故特征,总结不同层位裂隙瓦斯超限的频率。提出了合理选择层位、采取防范瓦斯喷出突出措施、探测控制岩溶缝洞、改进钻机防喷装置、提高物探准确率、加强预测预报等对策措施。集中运输大巷、回风大巷、变电所、水仓宜布置在茅口组顶部30 m以下;专用茅口瓦斯抽采巷宜布置在距煤系10~20 m;采取严密的探测控制措施后,可杜绝溶洞瓦斯突出、煤与瓦斯突出,采用能够闭锁自动阻止高压瓦斯喷孔的钻机可控制岩溶瓦斯喷出。     

地震超前探测技术在老窑采空区探测中的模拟与应用

巷道前方的地质异常与巷道内地震测线存在角度关系,依据地震超前探测原理,其反射波时距曲线为一直线且呈现负视速度特征。据此建立一采空区地震超前探测模型,以研究采空区条件下检波器后置观测系统的地震波场传播特征。通过对全空间地震波场的分析发现,距离震源越远的检波器越先接收到迎头前方异常界面的PP波与S-S波,为此采用τ-p域滤波或F-K域滤波对地震波场进行分离解释。以山西临汾某矿井2号煤层老窑采空区超前探测为例,通过反射波提取、绕射扫描及叠加偏移对巷道前方进行成像,解释迎头前方35m处存在异常,经钻探验证其为老窑采空区,取得了较好的应用效果。     

利用地震资料识别煤与瓦斯突出的探索研究

三维地震勘探技术已经成为解决矿区煤与瓦斯突出区域的重要手段,而突出区域特殊的地球物理特征为这种技术的实施提供了可能。实验室测试资料表明：突出煤层的地震波速度约为正常煤层的1/3,因此煤层突出区域具备利用地震技术进行检测的物性条件;地震正演模拟结果显示,煤与瓦斯突出部位的煤层地震反射波的传播时间、能量和频率特征,与正常煤层存在明显差异;实际资料表明,煤层突出地段在地震资料上出现地震波至时间加长、振幅减弱、频率降低等特征,这与理论研究结果是一致的。初步分析认为：地震资料的时间、振幅和频率变化等特征,可以作为利用地面地震圈定煤与瓦斯突出区域的辅助标志。     

MSP技术在任楼煤矿巷道超前探测中的应用

煤矿巷道中的断层、陷落柱和煤岩体结构破碎带等不良地质条件不但影响掘进施工,同时也存在突水、瓦斯突出等安全隐患。断层、陷落柱等地质异常构造与围岩在密度、速度等物性方面存在较大差异,因此可利用多波多分量地震反射法探测煤矿井下异常构造。近两年来,任楼煤矿针对矿井巷道前方的未知隐伏构造做了多次MSP震波超前探测。以Ⅱ7322机巷为例,在巷道j19点前76m处,分别于巷道的左帮及右帮对迎头前方进行了两次超前探查,2次探测解释的2个异常界面位置分别为82m、101m和85m、102m,实际揭露2个断层位置为82m、109m,探测结果与实际基本相符,实现了对掘进巷道内地质构造带的准确超前预测预报。     

煤与瓦斯突出煤粉在巷道内运移分布规律试验研究

煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的地质灾害之一,主要表现为瓦斯窒息和煤粉冲击、掩埋。利用自主研制的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统,开展不同瓦斯压力条件下煤与瓦斯突出模拟试验。结果表明,突出启动后,瓦斯气体携带煤粉以射流状喷向巷道。在0.35 MPa低瓦斯压力条件下,瓦斯膨胀能低,突出煤粉初始加速度小,受重力和阻力影响显著,运移形态以沙丘流和分层流为主,并出现多次“加速?减速”过程,最大速度为34.2 m/s;而在2.00 MPa高瓦斯压力条件下,瓦斯膨胀能高,突出煤粉初始加速度大,能有效克服重力和阻力,运移形态以栓流为主,运移速度降低不明显,最大为71.2 m/s。同时,当瓦斯压力从0.35 MPa增加至0.85 MPa和2.00 MPa时,相对突出强度由36.13%增大至52.39%和63.70%,且煤层瓦斯压力越高,突出煤粉运移距离越远,巷道末端集尘袋内煤粉质量占比越高,分别为65.21%、75.05%和87.17%。此外,突出结束后,突出煤粉粉碎率随瓦斯压力增加依次增大,分别为8.1%、21.5%和28.0%,但是粉碎到临界粒径0.075 mm以下的煤粉较少。最后,计算得到不同瓦斯压力条件下突出煤粉破碎指数分别为0.19、0.44和0.56,与相对突出强度具有较好的线性拟合关系。研究结果对揭示突出致灾机制、制定防灾减灾措施具有一定指导意义。      

石壕煤矿岩巷掘进中的瓦斯灾害特征及预防对策

石壕煤矿在茅口组石灰岩中掘进巷道时,时有瓦斯灾害事故的发生。从地质构造和水文地质方面研究了瓦斯的聚集条件,认为石灰岩中早期的溶洞、裂隙等是瓦斯的储藏空间,断裂构造切割煤系与石灰岩地层时,为煤层和围岩中瓦斯进入创造了条件;茅口组灰岩深埋地下,地下水交替循环差,对瓦斯的富集起到了封闭作用。研究表明：井田内煤岩瓦斯突出一方面是由于在岩巷掘进时,当地层走向发生变化时,对其方向没有进行及时调整,导致岩巷掘进层位距突出煤层的垂直距离太近,放炮或垮落引起的;另一方面是由于在掘进与煤系地层联通的较大张性或张扭性瓦斯富集的隐伏断裂带时,没有采取专门的预防措施,放炮引起的。按岩巷掘进中瓦斯异常涌出量的快慢及大小,将瓦斯异常涌出表现形式分为缓变型、突变型、突增渐缓型三种,并对各自的特征进行了总结。预测矿井现开拓的南三区和北三区瓦斯灾害严重,以南三区更为突出,提出了进行超前探测,钻孔抽放等预防措施。     

瓦斯突出煤层的无线电波响应特征

在瓦斯突出煤体和非突出煤体的电学性质研究基础上,研究了瓦斯突出煤层的无线电波响应特征,为利用无线电波透视技术探测瓦斯突出煤体和进行瓦斯突出带的非接触式预测提供了理论基础。     

扩展流体识别因子及应用

利用地震资料的流体识别因子,使在地震剖面中就能实现储层中的油、气、水层的识别,这些因子通常由介质密度和纵横波速度或其函数构成,主要有纵横渡阻抗、纵横波速度比、泊松比和LMR识别因子、ρf识别因子等,这些识别因子均基于纵横波速度和介质密度等3个参数对流体响应的差异而构建.研究以此三参数差异以外的其他地球物理属性差异来构建新的流体识别因子并与现有应用效果较好的流体识别因子组合成灵敏度更高的因子.扩展流体识别因子EFD,包括高灵敏度流体识别因子(HSFIF)及组合型流体识别因子(EFDC).它们分别是基于不同炮检距差异特征和优化组合两类扩展流体识别因子.并通过对川东北碳酸盐岩气藏气水层的模拟计算和识别处理,证明扩展流体识别因子具有很好实用性及可靠的识别效果.     

华北东部地区地壳泊松比异常及其成因

利用地震层析成像方法可以提供地壳上地幔P波和S波速度扰动精细图像,进一步换算还可以得到泊松比的图像.但是,与P波和S波速度扰动图像相比,泊松比成像是否具有独特优点还有待研究.通过对华北东部进行了高分辨率地震层析成像研究,作出了该地区地壳速度结构和泊松比的图像,揭示了该区域存在一个高泊松比异常区,位于恒山-北太行-张家口...     

粘弹介质叠前四参数同步反演及应用

叠前地震资料中包含纵波速度、横波速度、密度和吸收衰减系数等弹性及粘弹性信息,其中吸收衰减属性对储层物性及流体性质尤为敏感。本文从粘弹介质精确Zoeppritz方程出发,基于介质分解理论通过公式推导及近似,建立了包含纵波速度、横波速度、密度和吸收衰减系数的纵波反射系数特征方程,利用贝叶斯反演框架,实现了叠前纵波速度、横波速度、密度、衰减四参数同步反演。模型与实际资料反演效果均表明了该方法的可靠性。该方法较好应用于胜利油田东部海上探区的油气识别,相比于常规弹性介质流体因子,四参数同步反演方法得到的吸收衰减系数能更准确地表征油气的分布。     

天然气水合物地震响应研究——中国南海HD152测线应用实例

目前识别水合物的主要依据是BSR和其上具有高速特征的空白带。当BSR不存在, 或由于水合物饱和度较高导致空白带特征不明显时, 水合物的识别是未解决的问题。针对这种情况, 提出了一种更实用的水合物识别模式: 低速背景中近似平行于海底的高速地质体是水合物带的特征, 水合物带泊松比降低, 利用纵横波速度信息易于识别水合物带下是否存在游离气。基于上述水合物的识别模式, 以中国南海HD152测线为实例进行了天然气水合物的识别研究。     

煤岩动静力学参数关系试验研究

煤岩的动、静力学参数关系的试验研究,对研究煤岩的位移和变形特征及工程支护设计具有重要意义。将取自新河煤矿3煤的煤样加工成Φ50 mm×100 mm的圆柱体标准试件;采用500 kHz频率的纵横波换能器分别进行纵横波速度测试;在MTS815.03电液伺服试验机上进行单轴压缩试验,得到静态弹性模量和泊松比。试验结果表明:煤岩动弹性模量与横波速度相关性强于与纵波速度的相关性,煤岩介质的纵波对孔隙和裂隙发育程度的敏感程度要比横波高;煤岩试件Ed/Es比值主要集中在1.4~1.7,室内煤岩试件动、静弹性模量和动静泊松比之间存在较好的线性相关关系。      

Prediction of gas hydrate saturation throughout the seismic section in Krishna Godavari basin using multivariate linear regression and multi-layer feed forward neural network approach

Stepwise linear regression, multi-layer feed forward neural (MLFN) network method was used to predict the 2D distribution of P-wave velocity, resistivity, porosity, and gas hydrate saturation throughout seismic section NGHP-01 in the Krishna-Godavari basin. Log prediction process, with uncertainties based on root mean square error properties, was implemented by way of a multi-layer feed forward neural network. The log properties were merged with seismic data by applying a non-linear transform to the seismic attributes. Gas hydrate saturation estimates show an average saturation of 41 % between common depth point (CDP) 600 and 700 and an average saturation of 35 % for CDP 300–400 and 700–800, respectively. High gas hydrate saturation corresponds to high P-wave velocity and high resistivity except in a few spots, which could be due to local variation of permeability, temperature, fractures, etc.     

Experimental studies on the effects of fracture on the P and S wave velocity propagation in sedimentary rock (“Calcarenite del Salento”)

Experimental studies were carried out in laboratory in order to investigate the effects of fracture on compressional (P) wave and shear (S) wave velocity propagation and therefore the relations between seismic properties and rock mass parameters. The discontinuity index, I_d, fracture density parameter C, linear fracture parameter Γ and the rock quality designation (RQD) were used to describe the rock mass parameters. These parameters are analyzed and then related to the seismic properties. Four vertical aligned fractures were created on an intact calcarenite block, 0.6 m long, 0.4 m thick and 0.4 m width, by sawing. The measures were carried out in four different blocks of cacarenite, having the same physical properties, and in four different phases: in first block the fractures were filled with air; in the second block the fractures were filled with “terra rossa”; in third block the fractures were filled with wet “terra rossa” and in the fourth block the fractures were filled with clay. The test results were statistically analysed using the method of least squares regression and polynomial relationships with high correlation coefficient were found between the fractured rock parameters and P-wave, S-wave velocities and V_p/V_s ratio. The investigations suggest that the P-wave and S-wave velocities decrease with increasing the fracture parameters, while the V_p/V_s ratio increases with decreasing the fracture parameters.

Furthermore the results of the experimental studies were applied on the seismic refraction tomography data acquired in a great measurements campaign undertaken in the Adriatic salentina coast (south Italy) in order to monitor the coastal erosion.

The geophysical results, using the polynomial relationships between the fractured rock parameters and P-wave velocity, are in good agreement with the geomorphological and geological results.     

利用方位角道集处理方法预测煤层裂隙

煤层瓦斯含量受多种因素影响,而煤层中的节理裂隙密集带则容易导致瓦斯聚积。在煤田地质勘探中,依据振幅随炮点和检波点入射角的变化可以预测裂隙的发育方向和发育密度。在对淮南地区张集西三煤矿的三维地震数据资料处理时,按不同的方位角增量抽取方位角道集,并对其方位角道集进行速度分析、NMO校正、叠加和偏移,得到6个方位偏移数据体。根据Malick等人的理论模型对其进行计算,获得d、A、B值,并据此预测裂缝发育方向与发育密度。将其预测成果与常规地震解释成果对比,发现两者之间非常吻合,可见利用方位角道集处理方法预测煤层裂隙具有可行性。     

岩石脆性临界破坏的波速特征分析

根据岩石加载破坏过程中应力-应变和波速-应变曲线所反映的的波速变化特征,研究了岩石声波传播速度与其加载变形过程的相关性。研究表明:岩石破裂前波速及特征参数随着变形破坏阶段变化会有显著改变,特别是应力水平到达70%⁸0%之后,当加载破坏过程中岩石的裂隙大量增加后波速参数出现突变。这是由于在膨胀点附近岩石中微裂隙迅速丛集式增长,改变了岩石内部的微观结构,导致岩石波速降低。伴随着波速降低,波速走时急剧增大,离散度增大;S波和P波的振幅减小,但其振幅比急剧增大;S波、P的波Q值也会出现突变。通过对岩石加载过程中的波速变化与应力-应变曲线之间的关联性分析,利用波速信息变化可以实现对岩石脆性破裂前兆的识别。     

Crustal Poisson’s ratio anomalies in the eastern part of North China and their origins

Seismic tomography can provide both fine P-wave and S-wave velocity structures of the crust and upper mantle.In addition,with proper computation,Poisson’s ratio images from the seismic velocities can be determined.However,it is unknown whether Poisson’s ratio images have any advantages when compared with the P-wave and S-wave velocity images.For the purposes of this study,high-resolution seismic tomography under the eastern part of North China region was used to determine detailed 3-D crustal P- and S-wave seismic velocities structure,as well as Poisson’s ratio images.Results of Poisson’s ratio imaging show high Poisson’s ratio(high-PR) anomalies located in the Hengshan-North Taihang-Zhangjiakou(H-NT-Z) region,demonstrating that Poisson’s ratio imaging can provide new geophysical constraints for regional tectonic evolution.The H-NT-Z region shows a prominent and continuous high-PR anomaly in the upper crust.Based on Poisson’s ratio images at different depths, we find that this high-PR anomaly is extending down to the middle crust with thickness up to about 26 km.According to rock physical property measurements and other geological data,this crustal Poisson’s ratio anomaly can be explained by Mesozoic partial melting of the upper mantle and basaltic magma underplating related to the lithospheric thinning of the North China craton.