82—01C型岩石超声横波换能器技术性能及其使用方法

1983年5月本所岩土声学特性实验室研制的82—01A型岩石超声横波换能器通过了技术签定,近来又进一步改进研制成功了性能更好的82—01C型岩石超声横波换能器,目前己由本所工厂批量生产供有关单位使用。为使这一成果迅速推广应用,特对该换能器的技术性能和使用方法作一些介绍,以供参考。     

CYC—4A型岩石超声检测仪简介

地质矿产部水文地质工程地质技术方法研究队研制的CYC-4A型岩石超声检测仪,已于1983年11月通过了部级鉴定。该仪器在技术性能上以及配套的BPFT型系列超声换能器,都达到了国内先进水平。现已批量生产投入使用。该仪主要用于测试岩石试件的纵波及横波声速,亦可测其它固体材料,以及工程设计中不可缺少的岩石弹性力学参数如:动弹性模量、泊桑比等。在配用瞬态记录器,尚     

综合成岩作用和孔隙形状的岩石物理模型及其应用

横波速度对于地震模拟、AVO分析以及流体识别具有重要意义,实际测井数据中横波速度信息缺乏,因此横波速度预测已经成为岩石物理研究的一个焦点。综合Xu-White模型以及Pride模型,提出了一种新的用于计算干岩石模量的岩石物理模型。该模型综合考虑了孔隙形状和成岩作用对干岩石体积模量、剪切模量的影响,因此该模型更加合理并具有更高的精度。同时联合Gassmann理论,建立了饱和流体岩石的纵波、横波速度计算模型。将该模型成功地应用于实验室测量数据和实际测井数据的横波速度预测中,预测结果表明,基于本文提出的岩石物理模型的横波速度预测方法是行之有效的。     

国内若干声波检测技术研究现状

近些年来地质矿产部水文地质工程地质技术方法研究所在岩土声波检测技术方面取得较大进展。研制了数字化岩体声波检测仪,“纯”横波换能器,及全波列声波测井仪等岩、土混凝土声波横波检测技术方法,以及宽频带窄脉冲超声换能器的研制。同时开展了桩基无损检测、地基常时微动观测、声波跨孔法大距离深、干孔岩体裂缝探测。     

基于岩石物理模型的页岩孔隙结构反演及横波速度预测

准确预测储层的等效孔隙纵横比对页岩储层岩石物理建模及横波速度预测具有重要意义。为分析页岩储层孔隙纵横比及预测横波速度,提出了基于岩石物理模型的页岩孔隙纵横比反演及横波速度预测方法。本文首先通过岩石物理模型建立岩石的纵、横波速度与孔隙纵横比、孔隙度和矿物组分等参数之间的定量关系,寻找最佳孔隙纵横比;然后通过使理论预测与实际测量的纵波速度之间误差达到最小的方式反演孔隙纵横比,并以此为约束预测横波速度。实际测井数据反演结果表明,龙马溪组页岩地层的孔隙纵横比稳定,而围岩的孔隙纵横比变化范围较大;说明与围岩相比,页岩的孔隙结构更为稳定。同时,预测得到的页岩横波速度与实测横波速度的误差较小,另外对于缺少矿物组分资料的页岩层段,用平均矿物组分预测得到的横波速度误差仍较小;说明与矿物组分相比,龙马溪组页岩的纵、横波速度对孔隙纵横比参数更敏感。综上所述,利用该方法可预测到较为准确的等效孔隙纵横比和横波速度。     

基于岩石物理模型的测井约束横波速度计算方法研究

在横波速度计算方面采用经验公式往往精度有限,通过对岩石物理模型的研究分析,采用Xu-White模型法来计算横波速度。为了减少误差,应用模拟退火算法对孔隙度参数进行修正,再利用修改后的孔隙度,结合其它参数最终得到精确的横波速度。在实际工区中,计算的横波速度和实际的横波速度吻合程度较高,误差小于10%。     

不同入射频率下超声波横波在砂岩中的传播特性研究

岩石中超声波横波声学参数与力学参数密切相关,利用超声波横波传播特性可以反演岩石力学参数,但目前相关研究成果较少,因此需要深入开展岩石中超声波横波传播特性的研究。本文以灰砂岩、红砂岩和黄砂岩为研究对象,开展50 kHz、100 kHz和200 kHz频率下超声波横波传播试验;提取波速、主频和最大幅值等声学参数进行砂岩中超声波横波的传播特性研究;通过归一化处理,分析了3种声学参数对弹性模量变化的敏感性。结果表明,在3种砂岩中,横波波速、主频都随入射频率和弹性模量增大呈非线性递增趋势,最大幅值随入射频率呈降低趋势,而弹性模量和入射频率对3种声学参数变化率的影响呈现出不同规律;整体分析发现最大幅值对砂岩弹性模量变化的敏感性最强,基于最大幅值建立了砂岩弹性模量的估算公式;基于波形、信噪比、相关性的综合考虑,建议今后采用50 kHz作为砂岩超声波横波测试的入射频率。研究成果可以为超声波测试技术的发展提供参考。     

超声探测技术在天然气水合物模拟实验中的应用

为了解不同介质中天然气水合物的声学特性,在特制的高压反应釜中分别进行了纯水、松散沉积物和岩心中甲烷水合物的生成和分解的模拟实验,同时应用超声技术进行了探测。在纯水-甲烷体系中,声波速度的变化主要受温度的制约,水中生成的絮状水合物并没有使声波速度发生明显变化;在纯水-松散沉积物-甲烷体系中,声波速度和系统主频的变化灵敏地反映出体系内水合物的生成和分解;在纯水-岩心-甲烷体系中,随着水合物的生成,纵波速度、横波速度以及纵波幅度均增大,这说明纵波和横波的速度随着孔隙度的减小而增大,而纵波幅度的衰减则随着孔隙度的减小而减小。实验结果显示,超声探测是天然气水合物模拟实验中的一项有效的探测技术。     

各向异性碳酸盐岩储层精细横波速度估算方法

横波速度测井曲线是叠前地震反演必不可少的资料,在储层预测中起着非常重要的作用,但在研究中比较缺乏.考虑到地下储层的复杂多样性,为了准确求取地下储层的横波速度曲线,通过对碳酸盐岩储层物性的分析及其裂缝对储层的各向异性分析,根据其特征,首次建立了各向异性碳酸盐岩储层的岩石物理理论模型,并依据此模型对各向异性碳酸盐岩储层的横波速度进行了估算.在此基础上,引入反演的思想,利用测井约束反演及叠前地震道集的弹性波形反演等方法,对基于岩石物理理论模型的初步估算横波速度进行了修正,确保了估算结果的准确性,得到了与地下储层更加吻合的精细横波速度;通过实际资料试算,对估算横波与实测横波进行了对比分析.结果表明,该估算方法可成功模拟各向异性碳酸盐岩储层的横波速度,并在实际工区得到很好的应用.     

基于人工鱼群算法和SCA等效理论的井中横波速度预测方法

在建立页岩岩石物理模型的基础上,根据等效自相容近似(SCA)岩石物理模型,构建出岩石的纵波速度、横波速度与岩石密度、组分和孔隙度等的定量关系,得出使理论纵波速度和实际纵波速度最接近的孔隙纵横比,进而将该孔隙纵横比作为约束条件来实现横波速度预测。反演算法利用人工鱼群算法来计算最佳孔隙纵横比,并将预测的横波速度与实际测得的横波速度对比,证明了人工鱼群算法的有效性。     

岩土超声波测试研究进展及应用综述

超声波在岩土介质中传播时携带了许多与岩土物理力学性质有关的信息,这些信息可综合反映到声学参数如超声波速、衰减系数、波形、频率、频谱及振幅等的变化上,根据这些参数可反演得到岩土体的物理力学指标及细观结构特征,从而解决一系列的岩土工程问题。首先对超声波无损检测可以解决的岩土工程问题进行了概述。其次系统地阐述了土体和岩石(体)超声试验的研究进展:土体强度参数声学特性的试验研究、土体微结构参数的超声探测、岩石强度参数的超声测试研究、超声波速在岩石破裂方面的应用研究、超声波声波衰减在岩石材料中的应用、超声波速度和衰减各向异性的研究及超声波流体流动试验的研究。最后,笔者将超声波测试拓宽到土石混合体研究领域,探讨了不同含石量试样的波速和衰减规律,以及损伤声学参数对试样在单轴压缩作用下裂纹扩展的细观损伤特性的研究,更进一步说明了土石混合材料即不有别于土也不同于岩的特殊性。在以上研究基础上,基于超声波岩土试验国内外研究动态的总结,对其未来的发展趋势进行了展望。     

母岩类型对土壤和沉积物镉背景的控制: 以贵州为例

镉是土壤和沉积物中最受关注的重金属污染物之一,合理确定其自然背景对于环境管理具有重要意义。然而,由于不同基岩中该元素含量差异很大,且在风化成壤过程中元素也可能发生富集或贫化,造成该元素具有很大的空间变异,甚至可以超出筛选值和管制值。本文从基岩-土壤地球化学元素迁移规律出发,以基岩类型较复杂、镉空间变异较大的贵州省为例,基于土壤和沉积物调查数据,建立基岩与土壤或沉积物中镉含量的对应关系,筛选合理的岩性类型端员和背景区域划分方法,为环境管理确定基础背景。研究结果显示,岩性类型是造成土壤镉空间变异的重要因素,石灰岩(排除白云岩)、玄武岩、辉绿岩和碳质页岩等是造成土壤高镉背景的重要岩石类型。相对母岩类型,岩石所在地层时代对土壤镉背景的影响不太明显。本文通过大量数据统计,给出了相对较纯的岩性发育土壤的镉背景值和变异区间,不纯岩性或地质单元发育土壤的镉背景值可能受多个岩性端员的影响。     

Spatial distribution of soil shear-wave velocity and the fundamental period of vibration – a case study of the Saguenay region,Canada

The spatial distribution of soil shear-wave velocity and the fundamental period of vibration were selected as input parameters for the determination of potential seismic site effects in the Saguenay region, Canada. The methodology used in this study involved three clear steps. First, a 3D geological model of the surficial deposits was built taking into consideration the type, spatial distribution and thickness of the deposits. Second, representative average V_s values were determined for each of the major soil units. Finally, the average shear-wave velocity from the ground surface to bedrock (V_sav), the shear-wave velocity of the upper 30 m (V_s30) and the fundamental site resonance period (T₀) were calculated over a regular grid for the study area. The results include the spatial distribution of the fundamental site resonance period, the average shear-wave velocity in the first 30 m of the ground and the spatial distribution of National Building Code of Canada seismic soil classes for the Saguenay region.     

岩土压力传感器静区配问题的研究进展

简要介绍了岩土压力传感器静匹配方面的研究进展,导出了匹配误差的近似解析理论公式和统一的定量计算公式;给出了最佳压陷位移系数的量值;建立了2个匹配条件之间的定量关系;给出了传感器承压面和周围介质中应力场的分布规律。     

山地丘陵地区物探爆破孔钻机及配套机具的研究与开发

为满足我国山地丘陵地区物探爆破孔施工技术的要求，研究适合土层、岩层钻进用的钻机及工具，对钻机的配套设备进行了开发研究。分析了国内山地丘陵地区物探爆破孔施工技术现状，并着重介绍了研制设计内容及生产试验情况。     

超声波/声波钻头/取心器装置

目前,对宇宙中生命迹象的探索是世界各国所关注的最重要的目标之一。美国宇航局研制了由超声波或者声波驱动器驱动的一系列超声波/声波钻头/取心器（USDC）,用来进行空间探测并提取岩石、冰与土壤样品,以及进行原位分析。此设备在声波频率下,超声波压电驱动器驱动中间的自由质量块进而冲击钻头来进行采样。目前所制造的超声波钻头/取心器（USDC）装置能够取出岩心和岩屑,在未来的行星探测中,有着非常重要的优点。主要介绍USDC的优点、各装置的结构及其性能特点,以供我国月球探测工程及未来深空探测参考借鉴。     

深部土煤系风化岩接触带类型划分及其意义

深部土岩接触带是指厚表土底部一定厚度的土层及其下一定厚度的煤系风化岩组成的土岩组合体。由于它由高压态土体、高压水和软弱破碎风化岩体组成,故具有整体不良的工程地质性质,在接近该带下采煤时易发生采场顶板矿压突变剧增、突泥溃砂、突水等重大安全问题。在煤田地质勘探资料的基础上,根据深部土层土性和岩层岩性将深部土岩接触带划分为4种类型：砂土-砂岩接触类型、砂土-泥岩接触类型、粘土-砂岩接触类型、粘土-泥岩接触类型,分析了每一种土岩接触带类型对应的工程地质意义,并对丁集矿井西南区13-1煤层的土岩接触带类型进行了划分,认为13-1煤层土岩接触带类型以砂土-泥岩、砂土-砂岩为主,近松散层工作面受到底含水的威胁比较严重,工作面溃泥、溃砂、压架出水的可能性比较大,开采设计时要充分考虑。     

Three-Dimensional Modeling of Shallow Shear-Wave Velocities for Las Vegas, Nevada, Using Sediment Type

A three-dimensional model of near-surface shear-wave velocity in the deep alluvial basin underlying the metropolitan area of Las Vegas, Nevada (USA), is being developed for earthquake site response projections. The velocity dataset, which includes 230 measurements, is interpolated across the model using depth-dependent correlations of velocity with sediment type. The sediment-type database contains more than 1 400 well and borehole logs. Sediment sequences reported in logs are assigned to one of four units. A characteristic shear-wave velocity profile b developed for each unit by analyzing closely spaced pairs of velocity profiles and well or borehole logs. The resulting velocity model exhibits reasonable values and patterns, although it does not explicitly honor the measured shear-wave velocity profiles. Site response investigations that applied a preliminary version of the velocity model support a two-zone ground-shaking hazard model for the valley. Areas in which clay predominates in the upper 30 m are predicted to have stronger ground motions than the rest of the basin.     

冻土纵、横波宽带超声换能器的研制

根据冻土弹性波测试的要求,研制了一种冻土测试用的５００ＫＨz纵横波复合宽带超声换 能哭喊 。其性能具有灵敏度高、频带宽、声阻撤低的特点,适用于冻土力学特笥的测试。文章介绍了它的结构及相应系统特性,并以１０ｐｓ的延时时间精度,在零度以下气温条件下,实测了不同含水量及负温冻结兰州黄土试块的纵、横波速,获得了好的结果。     

适用于检测冻土的超声波测试系统的设计与研制

超声波波速测试作为一种无损检测已经广泛应用到岩土工程行业,该测试方法也是获得岩土体物理力学参数的有效方法.目前鲜有关于冻土的声波测试的技术和方法的报导,已有的冻土声波测试都是在垂直方向上忽略换能器的质量并在常温下快速测试声波通过时间,难以满足测试精度.鉴此,在购置常温声波测试主机的基础上,充分考虑冻土对温度敏感的特性、换能器在水平方向的测试以及土样与换能器之间的耦合程度,设计了一种适用于多种类型的冻土超声波换能器支架和恒温箱的测试系统,恒温箱意在提供适合不同温度下土体的测试环境（-30℃～+30℃）,换能器支架可供低温、提供多种尺寸冻土试样的横波和纵波的测试平台.为避免垂直测试中换能器和土样自身对测试的影响,除了支架提供水平测试平台外,在调节换能器与土样接触距离的螺杆顶端放置应变片测试冻土样与换能器之间的接触程度以提高冻土声波波速的测试精度.利用该测试系统对不同负温下冻土样品进行测试,数据结果证明了该测试系统的实用性和良好的测试精度.