类陷落柱介质渗流突变机制试验研究

岩溶陷落柱是内部结构杂乱无章的特殊地质构造,易成为隐伏于煤层底板下的垂向导水通道,是华北地区石炭二叠系煤田的重大安全隐患。在采动影响下,底板隐伏陷落柱的突水通道通常由底板破坏带和陷落柱共同组成,为了研究其渗流突变机制,利用自行研制的破碎岩体渗透性试验系统,对不同底板破坏带条件下,隐伏陷落柱的渗流特性进行了试验研究。研究结果表明：渗流突变发生的根本原因是大颗粒流失导致破碎岩体孔隙结构改变;发生渗流突变时,流速随渗流边界孔隙直径的增大而增大,同时试样的初始孔隙度均大于0.21;未发生渗流突变时,渗流边界对渗流无显著影响,并且试样的渗透率随孔隙度的增大而增大,渗透率比和孔隙度比存在幂函数关系;非Darcy流 因子为负是渗流突变发生的充分必要条件,非Darcy流 因子的大小决定渗流突变的剧烈程度。     

平朔矿区井工矿水害条件分析及防治对策

平朔矿区井工矿井的充水水源有第四系孔隙水及地表水、石炭-二叠系砂岩裂隙水、奥陶系灰岩岩溶裂隙水.充水通道包括顶底板采动裂隙、断层、岩溶陷落柱、第四系天窗、裂隙密集带及封闭不良钻孔等,其中顶底板采动裂隙、断层、岩溶陷落柱为主要导水通道.为防治煤层顶、底板含水层的水害,建议采用地面与井下、钻探与物探相结合的勘查手段,以查明含水岩系的富水状态及水力联系.     

可溶岩地层的地球物理特征及其地质解译

为查明某水利枢纽工程区域岩溶发育特征,对云南省某水利工程测区开展了以瞬变电磁法和微动探测为主的物探测试工作。测试结果表明:岩溶作用会造成可溶岩地层物性分布的不均匀性;工程区域岩溶发育受岩体结构面和岩性分布影响显著,且在垂向上表现出成层性;强风化带和构造破碎带附近往往会伴随岩溶的发育,出现大范围或者离散状的低电阻率和低波速异常,裂隙性溶蚀可能极大程度改变岩体电性参数特征,但对岩体弹性参数特征影响相对较小;岩体电性和弹性参数的离散系数可用来表征岩体的抗溶蚀风化能力及岩溶的发育程度,结合其物性参数大小和分布特征,可有效分析岩溶发育情况及其充填物性质。      

速度差异:预测碳酸盐岩孔隙类型的途径

将声波、中子 -孔隙度、密度等三种测井手段相结合 ,可得到速度差异(Velocity -deviationlog)。该法可获得井下碳酸盐岩主要孔隙类型信息 ,并可用于预测井下成岩作用的分布特征。实验室测定 30 0多个分散的碳酸盐岩样品 ,揭示声波速度不仅是总孔隙度的函数 ,而且还是主要孔隙类型的函数。一般来说 ,孔隙度与速度呈负相关关系 ,但对于一定的孔隙类型 ,可偏离这种关系。在相同的总孔隙度条件下 ,颗粒内孔隙类型 ,如铸模孔或体腔孔 ,比粒间孔或微孔隙具有更高的声波速度。实验室测量的结果可用于标准测井资料的解释。首先利用时间平均方程 ,将孔隙度测井转换成合成速度测井 ,然后用实测声波测井与理论速度测井之间的差异作图 ,就可得到速度差异测井值。因为速度差异是在一定孔隙度条件下声波速度变化的结果 ,所以速度差异测井反映了不同孔隙类型的岩石物理特征。正速度差异标志了实测速度比理论速度较高 ,主要形成格架孔隙发育带。没有速度差异 (0差异 )表明了岩石缺乏刚性格架 ,如具有高粒间孔和微孔隙的碳酸盐岩。负速度差异表明声波速度降低 ,这可能是由井壁不规则、裂缝和含天然气引起的。通过连续追踪井下速度差异 ,可识别具有不同孔隙类型的成岩带     

地震多属性反演预测煤层顶底板富水性

根据地震多属性反演预测煤层顶底板富水性的原理,在重点分析岩石高孔隙度变化特征及分布范围的同时,参考岩石波阻抗、视声波速度及岩石视电阻率的变化特征,在强富水区域遵照三低一高的解释原则(岩石的波阻抗减小、视速度减小、视电阻率减小、视孔隙度增大),以10煤层为例进行煤层顶底板富水性强弱的划分,同j时对陷落柱富水性进行了定性解释:1勘探区南部断层F2发育的边界部位、西部边界至井底车场、北部边界属富水性较强区域;2在陷落柱发育部位、研究区东北部边界属富水性中等区域;3研究区中部属岩石弱富水性区域。     

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。     

徐州三河尖煤矿充水因素分析及防治水对策

在介绍矿区地质及水文地质条件的基础上,对矿井的充水因素进行了较为全面的分析,指出矿井的主要充水水源是山西组砂岩裂隙水、太原组灰岩岩溶裂隙水和奥陶系灰岩岩溶水;充水通道主要是断层破碎带和隐伏陷落构造,其次是采矿形成的冒落带和导水裂隙带。结合历年的突水资料,分析了三河尖煤矿历次发生水害事故的原因。针对煤矿充水特征,提出了在预防煤层顶板砂岩裂隙水和太原组灰岩岩溶水时,要以超前疏放为主,对奥陶系灰岩岩溶水,则应以＂防＂为主。     

新疆哈密地区砂岩地震波速的实验研究及其对特殊地质填图物性工作的启示

本文在特殊地质填图的过程中研究了哈密地区砂岩的地震波速,利用ZBL-U520非金属超声检测仪和Autolab2000多功能岩石物性设备,在0~200 MPa(约0~7000 m地下深度)下研究了密度、孔隙度和压力三个因素对砂岩地震波速的影响。研究发现:砂岩的波速与密度呈正相关关系,但与孔隙度呈负相关关系;纵波与密度和孔隙度的线性关系好于横波;波速与压力呈对数关系。此外,本文还分析了ZBL-U520与Autolab2000两种仪器测试方法的适用性。最后针对地质填图的特点给出建议:在特殊地质填图中,不仅要按照规范采集标本,测试其在常温常压下的岩石波速,还应该适当考察不同地层压力状态下的速度特征,才能更全面地认识填图区地震波的性质。     

白布井田充水因素分析

通过对白布井田水文地质资料的分析研究,认为浅部6上、6中、7号煤层开采时充水水源为顶板进水的长兴组岩溶裂隙水、含煤地层裂隙水、滑坡体中的孔隙水;充水通道主要为裂隙、岩溶管道、导水裂隙带、断层带。井田深部低于白布河水位的各煤层除受上述充水水源影响外,也受河水的影响。开采东北、东南角深部28、33号煤层时,局部还会受下部茅口组岩溶水充水水源的影响。井田属以裂隙、孔隙含水层充水为主,水文地质条件中等的煤矿床。     

山西省煤矿区陷落柱分布规律与突水预测研究

山西省煤矿区岩溶陷落柱主要分布在汾河流域与沁水盆地两大区域,在汾河流域,自汾河上游向下,陷落柱分布密度呈现出依次增大的趋势;在沁水盆地,表现为以盆地北缘的阳泉矿区分布密度最大,其它矿区密度较小的特点。通过对山西省煤矿区陷落柱突水性的分析,总结出判断陷落柱突水的主要影响因素：一是陷落柱是否处于强径流带,二是陷落柱充填物的胶结与压实程度,三是陷落柱所在矿区的构造与水文地质条件,并以此为依据将矿区划分为突水可能性大、突水可能性中等和突水可能性小三种类型,成功实现了矿区陷落柱突水预测。预测结果表明,霍西煤田霍州矿区是导水陷落柱发育的重点矿区,潞安矿区深部开采时存在岩溶陷落柱突水的潜在可能性,其它矿区岩溶陷落柱导水事故发生的可能性较小。     

基于波阻抗反演的天然气水合物地震检测技术

天然气水合物作为特殊的地质体,可以有效地粘结碎屑颗粒,降低沉积物孔隙度,它的存在改变了地层沉积物的物理性质,造成天然气水合物与围岩速度反差较大,从而与围岩之间存在明显的波阻抗差。为了对地层中是否有天然气水合物赋存进行地震检测,对南海北部神狐海域的天然气水合物赋存区域的地震资料进行波阻抗反演分析,结果显示波阻抗反演方法能够作为探测天然气水合物的一种技术手段,研究区天然气水合物矿体的波阻抗呈高值分布特征,波阻抗值约为3 850~3 960 g/cm3.m/s。综合分析认为,波阻抗反演方法能够用于天然气水合物的地震探测、储层分析和综合研究工作中,反演结果可以为天然气水合物储量计算提供比较准确的矿体面积和厚度参数。     

综合物探方法在广州市金沙洲岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害调查中的应用

综合运用跨孔地震CT、探地雷达、高密度电阻率法、浅层地震反射波、土壤氡浓度和波速测试6种物探方法,对广州市白云区金沙洲岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害进行探测,查明了该区的溶洞、土洞及构造破碎带的分布。介绍了各种方法技术,对综合物探成果进行总结,结合实例说明综合物探方法在该区的应用取得了显著效果,为地质灾害防治提供了基础地质资料。在广花盆地岩溶发育区,首次应用跨孔地震CT探测建筑物地下岩溶分布,为评价受岩溶地质灾害影响的建筑物安全提供依据。     

波阻抗反演技术及其应用效果

山西潞安常村矿N4采区位于常村井田西北部,区内煤系地层较平缓。其煤层密度、速度与上下围岩有较大差异,特别是3^#、15^#煤层可形成能量较强的反射波。在常规地震剖面上,15^#煤层反射波为无法区分三个分层的复合波,经STRATA反演后其地震剖面明显存在三个独立的反射波,特别是15^#-3煤层的波阻抗明显低于围岩的波阻抗。通过实例还发现,地震反演技术的应用能够明显提高地震资料的解释精度,可精确划分地层,解释断层及陷落柱。地震反演技术在测井资料与连续观测的地震资料结合的基础上,可以突破地震频带的限制,提高纵向分辨率。     

Pore Structure Parameters Influence on Various Types of Seismic Wave Propagation

For the case of seismic waves in a more complex architecture porous medium wave field occurs slightly changed with changes in the structure, several parameters characteristics of the structure of the media which influence on various types of seismic wave propagation were studied. Firstly, the article establishes the isotropic elastic porous medium model, derive the corresponding elastic wave equation, and uses high-order staggered-grid finite difference method for forward modeling, the article also analyze the pore structure parameters such as porosity, viscosity and penetration influence on the wave field characteristics were also analyzed. At the same time, the study analyze the influence of porosity, permeability and viscosity on phase velocity and attenuation coefficient was analyzed in the stady. The results showed that the influence on attenuation coefficient was more sensitive than that on phase velocity. This study helps to deepen the understanding of seismic wave propagation in the practical system of complex medium.     

利用相对波阻抗识别煤层缺失变薄带

地震道积分是利用地震资料进行的无约束反演技术,也就是通过对地震道积分得到地层的相对速度剖面而进行地层分析的技术。通过地震道积分识别煤层缺失变薄带研究表明,小规模的煤层缺失变薄带在三维地震时间剖面上基本无显示,在地震道积分时间剖面上能够有效地识别出相对波阻抗的异常,进而解释煤层缺失变薄带,解释成果与巷道揭露一致,结果表明地震道积分是地震解释中一项的有效实用技术。     

隐伏岩溶区地下空间探测技术方法研究——以武汉市为例

岩溶地面塌陷是城市隐伏岩溶区地下空间开发过程中常见的地质环境问题,具有隐蔽性和突发性,开展隐伏岩溶区地下空间结构探测技术方法研究可以有效指导地下空间开发利用。以武汉市为例,分析武汉市岩溶地面塌陷的成因机理,提出岩溶发育程度、覆盖层厚度和结构、地下水是岩溶地面塌陷的原生地质条件,也是隐伏岩溶区地下空间探测的特征因子。通过对比分析地质雷达、高密度电阻率法、浅层地震、微动、混合源面波、瞬变电磁法、孔间层析成像和地面核磁共振法等技术方法在武汉市隐伏岩溶区地下空间探测的适用性。结果表明:地质雷达适用于浅部土层扰动探测,小极距的高密度电阻率法和混合源面波适宜于覆盖层的厚度和结构探测,浅层地震、微动和孔间层析成像适宜岩溶发育特征探测,地面核磁共振法可通过岩溶地下水的富水性辅助岩溶发育程度探测。     

各向异性煤层裂隙流体因子及地震波速度响应

煤层中瓦斯和水的赋存及运移与裂隙的密度、走向、填充物类型等因素密切相关,为了预防和控制矿井突水、瓦斯突出等灾害性事故,进行煤层裂隙的识别和预测研究,对煤矿开采的安全性评价有重要指示作用。基于裂隙等效模型理论,将Schoenberg线性滑动模型与煤层干裂隙（气充填）和饱水裂隙相结合,分析煤层缝隙中流体因子随不同充填物与裂隙弱度参数（裂隙密度、纵横比、体积模量、剪切模量、拉梅系数）的变化特征,并通过对含垂向裂隙的煤储层进行地震波各向异性速度的响应计算。从HTI型煤层理论模型的正演模拟结果可知,模型中裂隙流体因子与裂隙密度和几何形态呈正相关函数关系,而与充填流体体积模量呈负相关。HTI型煤层P波群、相速度对裂隙中的气、水都比较灵敏,SV波群、相速度对干裂隙（气充填）不敏感,SV波群速度对裂隙中的水很灵敏。通过HTI型煤层裂隙流体因子与各向异性速度等参数的响应分析实现煤层裂隙流体预测的可行性,为分析裂隙型煤层地震波传播特征打下基础,为煤层裂隙流体预测提供理论支持。      

复合煤层中夹矸对槽波探测解释断层落差的影响

槽波地震勘探技术在探测工作面内部断层、陷落柱发育情况、煤厚变化等方面已经取得较好的应用效果，现已成为井下地质构造探测的首选方法。但对于含夹矸的复合煤层地质构造的探测，槽波方法还存在一定的问题，为研究复合煤层中夹矸对槽波地震探测中断层落差解释的影响，通过建立不同的数值模型进行正演分析，并选取山西某矿复合煤层进行槽波探测试验。研究结果表明:复合煤层中的夹矸对槽波探测解释断层落差有较大影响，夹矸的厚度与煤层差异较小时，槽波探测解释断层落差时的单位煤厚标准应为复合煤层的总厚度；差异较大时，单位煤厚标准应为激发接收层的单一煤层厚度。研究结果可为槽波实际资料的解释、分析提供参考依据。