煤层气水平井微地震成像裂缝监测应用研究

为有效地指导煤层气水平井压裂工程,评价压裂施工效果,提出将微地震成像裂缝监测技术应用于煤层气水平井压裂施工中。利用微地震成像监测煤层气水平井裂缝延伸的方位、缝长及缝高,分析裂缝双翼不对称发育原因。以沁水盆地寺河区块为例,将水平井和同规模、同层位垂直井的裂缝监测结果进行对比分析,结果显示,因布井方位及施工工艺影响,水平井压裂液滤失量大、易产生多裂缝,且裂缝延伸距离相对较短。指出后续水平井布井应考虑水平段轴线与最小主应力方向平行,增大压裂设计规模和压裂级数,以保证煤层气水平井高效开发。     

基于波形参数的微震P波到时拾取值质量控制方法

微震事件中常常包含一些异常信号、强噪声干扰信号和弱信号,这些通道信号的P波到时自动拾取精度往往很低,甚至拾取错误。目前国内外微震监测系统进行自动定位时,并不对各个P波到时拾取值预先筛选,而需要技术人员手动剔除或修正部分无效P波到时,然后才能进行正确定位。为此,首先引入了一种Akaike信息准则（AIC）两步骤拾取算法,并基于某深埋隧道微震监测案例定量分析了P波到时拾取误差与震源定位精度之间的关系,从而引入了P波到时拾取值容许误差的概念。然后,利用AIC两步骤拾取算法拾取微震波形的P波到时,并计算各项波形参数,进行大量统计,深入研究了影响P波到时拾取精度的波形参数。以容许误差为基准,将P波到时拾取值分为有效（标签为1）和无效（标签为?1）两类,并以相应的波形参数为数据输入,采用支持向量机方法（SVM）训练数据,最终建立了P波到时拾取值质量控制模型。实际应用表明：P波到时拾取值质量控制方法能有效剔除错误拾取值,从而大幅度提高数据自动处理效率和震源定位精度。     

薄覆盖层隐伏断裂的纵横波联合探测

在薄覆盖层区域应用浅层纵波方法进行断裂探测往往仅能获取基岩顶面的反射波,难以精确判断隐伏断裂的位置及埋深.本文首先应用浅层纵波反射获取断裂的大致位置及埋深;然后应用超浅层横波反射进行位置确认及浅部断裂信息的补充完善.通过联合探测实现了对断裂平面位置上更可靠的定位,获得了断裂从浅层到超浅层不同深度范围更为丰富的构造特征信...     

L-Q-T坐标下的P波与S波接收函数联合反演

接收函数分析是一种研究壳幔结构的主要技术手段。然而,沉积层引起的多次波会影响壳幔结构特征的可靠研究。与常规Z-R-T坐标下提取接收函数不同,本文尝试在L-Q-T坐标下提取P波与S波接收函数,并将二者进行联合反演。通过正演模拟讨论了沉积层厚度对接收函数的影响和实例分析位于具有巨厚沉积的渭河盆地和河套盆地的两个台站,验证了L-Q-T坐标下提取的P波接收函数能有效显示浅部地壳信息(如沉积层转换波信号),而P波与S波接收函数联合反演能够有效压制沉积层引起的多次波信号。显示了联合反演方法更具优势,除能获得界面深度信息,还能获取速度信息。     

浅层纵横波联合勘探在活动断层探测中的应用

针对活动断层探测中需要深浅兼顾的技术难点,通过浅层地震纵/横波反射联合勘探的应用,取得良好的勘探效果.该方法确定的断层经钻探验证是可靠的.文中阐述了其野外数据采集、室内数据处理和叠加剖面解释的关键技术和参数选取等技术细节.工程实践证实,本文所述的地球物理勘探组合方法在活断层探测中是有效、可靠的,可有效查明活动断层在隐伏区的平面位置及空间展布情况,为城镇防震减灾工作提供科学的地球物理依据.     

集束式监测井成井工艺研究

随着人类经济社会活动的加剧,地下水遭受污染的范围和强度不断加大,尤其是浅层地下水面临污染的风险更大。如何及时发现并科学评价浅层地下水污染程度和治理的效果,迫切需要简单易行、有效可靠的浅层地下水分层监测井。传统的浅层地下水分层监测井存在占地多,监测层位少等问题,巢式监测井监测5层,连续多通道监测井口径小,因此有必要研究即占地少,又能监测多层,而且监测井井管口径能满足不同种类监测仪器的安装要求。通过室内和野外试验,研究了集束式浅层地下水分层监测井建设过程中止水方法、止水材料、粒径、止水层厚度及止水效果检验、下管方式等关键技术,实现同一孔内监测100 m以内的多层含水层或多个含水段的分层监测,施工口径小,占用土地少,建设成本经济。集束式监测井可以应用到地下水监测、环境污染调查研究等多个领域,该研究将为集束式浅层地下水分层监测井建设施工提供理论依据和技术支撑,使未来的监测更加精细化、准确化,为今后监测井的发展提供新的思路和研究方向。     

振幅叠加的井地联合微地震监测技术研究

微地震地面监测主要缺陷在于垂向定位分辨率不足,而井下监测则存在横向定位分辨率较低问题。针对这些问题,通过井中-地面联合监测的方法提高微地震定位可信度,并结合振幅叠加方法对地面噪声进行压制。模拟三维地震数据的反演实验证明该方法的可行性,反演得到的震源位置与模拟震源点位置一致。以山西宁武盆地一次水力压裂监测为例,证明笔者所提出的方法在实际应用中具有可行性。     

宁东煤炭基地金凤煤矿GPS地面变形监测研究

掌握采空区地面变形规律是科学预防和治理地面塌陷的前提与基础,是煤矿地质环境动态变化的重要监测内容。以宁东煤炭基地金凤煤矿为例,在收集、了解金凤煤矿0110202和011805工作面开采时间、开采深度、开采煤厚、工作面长度、工作面宽度、工作面走向等参数的基础上,建立工作面地表自动化GPS监测点,将工作面开采进程与地面变形时间、空间统一起来,研究工作面地面变形时间和变形量的规律。结果表明,金凤煤矿011202工作面地面变形一般在采后13个月左右进入变形活跃阶段,从开始变形到地面开始稳定的持续时间为16～19个月,最大累积变形量约为3300mm;011805工作面采空区地面变形一般在采后10～11个月进入变形活跃阶段,从开始变形到地面开始稳定的持续时间为13～16个月,最大累积变形量约为2600mm。研究结果为金凤煤矿后续工作面开采地表变形规律及类似开采条件下采空塌陷的预防与治理提供了定量化的依据。     

基于补偿阈值的曲波变换地面微地震弱信号检测方法

地面微地震弱信号在经过曲波变换后得到的曲波系数有小的幅值,这部分小幅值系数与噪声的曲波系数产生重叠,采用常规阈值函数,不能区分该部分有效弱信号系数,会被当作噪声系数去除。对于地面微地震资料弱信号的处理,应该在尽少损伤弱信号的基础上进行噪声的压制。因此笔者在常规阈值函数的基础上,提出一种补偿阈值函数算法,在弱信号和噪声之间加入一个新的阈值,这样就可对之前损伤的与噪声曲波系数重叠的弱信号进行补偿。通过对模型的试算和实际资料的处理,补偿阈值函数算法能较好地对微地震资料中的随机噪声和相干噪声进行压制,提高资料的信噪比,达到弱信号检测的目的。     

高位主关键层破断失稳及微震活动分析

基于板壳理论建立了两邻边固支、两邻边简支条件下高位主关键层的力学模型,利用瑞利-里兹法,推导出高位主关键层弯曲挠度函数的近似解析式和应力分布表达式,求解出高位主关键层破断跨度的计算式,并分析了该条件下的破断规律。根据现场微震监测,研究了高位主关键层破断运移与微震活动之间的关系。研究结果表明：该边界条件下主关键层破断前的最大挠度点靠近两简支边侧;主关键层破断失稳过程中,当破断前悬跨系数大于1时,主关键层沿倾向固支边上表面首先发生破断,当悬跨系数小于1时,主关键层沿走向固支边上表面首先发生破断,且主关键层破断跨度a与倾向悬露长度b的关系曲线呈W型。高位主关键层破断运移时诱发大能量微震事件,其破断步距和形式的分析结果与强微震活动规律相一致。     

基于微震监测的深埋煤层顶板导水裂隙带发育特征

导水裂隙带发育高度是矿井水害预测的重要技术参数之一。以彬长矿区文家坡煤矿4103工作面为研究对象,利用井-地联合微震监测技术对顶板导水裂隙带发育特征进行研究。研究结果表明：深埋煤层开采时,微震事件超前工作面回采位置发育,超前影响角最大为35°,最小为28°;断层的存在降低了覆岩稳定性,相较于正常基岩,更易在回采影响下发生应力集中和破坏;断层加大了微震事件发生的超前距,而采空区则使微震事件的高密度区向其所在部位发生偏移,加剧覆岩破坏程度,增大导水裂隙带发育高度;垂向上,4103工作面监测区内的微震事件高密度区域主要集中在高程+400~+520 m,结合微震事件数量和能量分布特征,判定4103工作面垮落带发育高度为50 m,垮采比13.16,导水裂隙带发育高度为117 m,裂采比为30.79。该成果可为彬长矿区类似煤矿深埋煤层顶板导水裂隙带发育高度研究及顶板水防治提供重要依据。移动阅读     

一种新型浅层井CO2监测系统的研发

碳捕集、利用与封存（CCUS）能够有效降低传统能源产业CO2排放量,缓解气候变化。地层中CO2泄漏,作为潜在风险之一,可能改变浅层地下水水质,影响地表动植物生长,甚至危及周围人群安全。为监测CO2是否泄漏至地表并评估泄漏对浅层地下水的影响,进行浅层地下水连续取样十分必要,为此开发了一种新型浅层井CO2监测系统。详细介绍了该系统的构成、工作原理、技术难点应对措施和操作步骤。该系统基于U形管原理：渗入井筒的地下水通过单向阀进入U形管内,而后采用氮气对U形管的一端加压,U形管的另一端得到样品。该系统能连续对地下不同层位（层位数根据实际需求确定）进行取样,为封存现场环境风险预警系统提供组成数据。     

单井与群井结合抽水试验在地面沉降实测中的应用研究

以天津市某工程项目抽水试验数据为实测基本资料,目的是确定地基土的渗透性和富水性,计算含水层的水文地质参数,并实时监测试验期间地面沉降监测结果。结果表明,单井和群井抽水试验在抽水过程中,地面高程呈现出下降的趋势,累计达到最大沉降量,达到23. 57 mm,随着抽水时间较短和抽水时间较长等原因,在地面具有附加荷载时,沉降变大。因此,试验实时监测可以有效预防存在问题,为工程的设计与施工提供安全的风险控制。     

力 -电 -热多参量监测深井动力灾害的试验分析

采掘活动引起工作面前方煤体应力场重新分布、煤体破裂、瓦斯运移等活动,煤体内部内能,势能等能量不断发生转换,并向外辐射电荷、电磁等能量,致使煤体应力,煤体温度发生变化。使用煤体应力、煤体电荷和煤体温度多参量监测技术,对工作面前方煤体压力、煤体电荷和煤体温度进行持续监测,可判断煤体应力变化、瓦斯运移及煤体破裂状况等,从而确定煤层动力灾害危险程度。通过现场试验研究表明：含瓦斯煤层煤体应力突变时,煤体辐射电荷量增加、煤体温度降低,应力平稳变化阶段,煤体温度、煤体电荷信号基本稳定不变。因此,可利用对煤体应力、煤体温度和煤体电荷的监测结果,判断煤层动力灾害危险性,并且煤体应力、煤体温度、煤体电荷监测技术可相互补充验证,增加动力灾害预测可靠度。力-电-热多参量预测技术可提高煤矿动力灾害预测准确性,为煤矿安全生产提供可靠保障。     

井地2.5维DC反演研究

开展了不同观测方式的井地2.5D直流电阻率反演研究。①从2.5维直流电阻率满足的边值问题出发,采用变分原理结合节点线性基函数推导了2.5维井地DC满足的积分弱解形式;②构建了二阶最大平滑稳定泛函的2.5维井地直流电阻率正则化目标函数,采用共轭梯度算法对正则化目标函数进行最优化求解,并采用逐步衰减正则化因子的求解策略来提高反演的稳定性;③设计了均匀半空间模型得到的数值解与解析解对比,电位的相对误差在2%以内,阐述正演算法的正确性和高精度。另外,分析了不同观测装置的2.5维井地直流电阻率异常体特征,并对不同观测方式对2.5维井地DC理论数据进行反演研究。研究结果表明,井中数据的引入提高了2.5DC对纵向探测的分辨率能力,同时提高了2.5DC反演有效性以及准确性。     

A microseismic experiment in Abu Dhabi,United Arab Emirates: implications for carbonate reservoir monitoring

A microseismic experiment utilizing a single downhole array of eight 3-component receivers was conducted in an offshore oilfield in the emirate of Abu Dhabi in the United Arab Emirates. The Lower Cretaceous Thamama Group is the major carbonate reservoir in the field producing from six zones. Microseismic data was acquired in conjunction with gas injections that took place in the Thamama IV A and IV B reservoirs during 9 days of acquisition. The aim of the experiment was to monitor the microseismic activity arising in the carbonate reservoirs as a result of gas injection. A total of 103 microseismic events were detected from two of the receivers. For the majority of these events, there were no well-defined P wave arrivals, probably due to the presence of strong background noise and the very weak microseismic signals. The results from this experiment indicate that the detected events are probably related to the microseismic activities caused by the gas injection within the Thamama IV B reservoir. Therefore, downhole microseismic monitoring methods can potentially provide valuable information about the fracture systems within the carbonate reservoirs of Abu Dhabi's oilfields.     

地裂灾害的区域稳定动力学探讨——以西安地裂为例

工程场地破裂灾害是区域稳定动力学环境下的灾害效应之一，而地裂缝又是工程场地破裂灾害的重要类型，但目前尚无针对性的系统的理论研究。本文以西安地裂为例，尝试对地裂灾害开燕尾服区域稳定动力学探讨，并就西安地裂灾害提出了几点新的认识。     

爆破开挖诱发的地下交叉洞室微震特性及破裂机制分析

白鹤滩水电站右岸地下多洞室间相互施工扰动,使得母线洞等交叉洞室围岩的微震活动规律及破裂机制十分复杂。引进南非IMS微震监测系统,研究高地应力、多面临空卸荷应力环境下交叉洞室围岩的微震特性及破裂孕育机制。根据地下厂房区围岩岩性、错动带及断层分布,选取监测效果较佳的传感器并合理布置;通过定点敲击试验进行波速反演,分析震源定位的精度;以10#母线洞掉块案例为工程背景,分析爆破开挖诱发的交叉洞室岩体破裂微震事件与能量释放时空演化规律,并基于S波和P波的能量比（ES /EP）,归纳、总结了掉块发生过程中岩体破裂演化机制：大量张拉事件发生（爆破冲击诱发）→拉剪、压剪事件发生→张拉事件、剪切事件交替发生（集中应力和节理综合影响）→掉块发生（重力和节理综合作用）。研究结果有利于优化白鹤滩水电站右岸地下洞室群交叉部位的开挖方案,同时对类似工程的开挖和支护具有重要借鉴意义。     

Correlation of stress analysis results with visual and microseismic monitoring at creighton mine

A three-dimensional, elastic stress analysis was conducted using the boundary element method. The analysis has indicated that mining of a “destress slot” reduced the confinement and caused yielding of the ground adjacent to it. This is confirmed by both visual and microseismic observations which were made during the past three years. These results indicate that the slot has been effective in controlling the location and timing of a large part of the ground failure in the area and has thereby enhanced the inherent safety of the mining.The correlation of stress analysis results with visual and microseismic monitoring suggests that three-dimensional elastic stress analysis can be confidently used as a geomechanics design tool at Creighton Mine. This affirms the usefulness of the elastic boundary element technique and demonstrates that it can be applied succesfully to large simulations on a minicomputer.