地震勘探在煤田深部勘查中的应用

为了应对煤炭资源后备不足的现状,对于煤炭资源的勘探,我国加大了深部找煤及矿区外围找煤的力度,地震勘探作为地球物理勘探中一种重要的方法,在找煤、石油、天燃气等方面有着广泛的应用。本文用一个实例介绍了地震勘探在深部找煤中的具体方法及取得的地质效果。     

黄陵矿区2号煤层构造应力场分析

煤层构造应力场与煤与瓦斯突出和煤层裂隙分布带范围密切相关.黄陵矿区煤层中瓦斯含量较高,分布不均是矿井安全生产的重要隐患.基于该区地震、地质和测井数据,本文对三维地震数据体进行精细的构造解释,用反演法建立了地质力学模型,并确定岩石力学参数,运用有限元理论和弹性计算力学对矿区三维构造应力场进行了数值模拟,得到黄陵矿区2号煤层地质构造带应力场分布特征,模拟结果与井田宏观及微观构造信息一致.这对预测该区裂隙分布带,煤与瓦斯突出等具有重要的指导意义.     

背景噪声和密集台阵成像技术在哈尔乌素露天煤矿采空区的应用

未知煤矿采空区是煤矿安全生产的巨大隐患,探测煤矿采空区的位置和形态对于保障煤矿安全生产具有重要意义,因此煤矿采空区探测是煤矿安全生产的关键内容之一。目前采空区探测方法较多,但存在成本高、周期长、效率低等问题。近些年来随着密集台阵观测技术的快速发展,背景噪声成像分析在浅层结构探测方面也得到了广泛应用。本文采用基于节点地震仪密集台阵观测和背景噪声成像技术,在内蒙古哈尔乌素露天煤矿区附近布设的145个台站,台间距为16 m,开展为期10 d的连续观测,利用背景噪声成像技术对煤矿采空区进行成像分析。结果表明：(1)通过背景噪声、ESPAC等方法获得探测区的橫波速度结构,背景噪声探测方法可以较好地圈划出测区内的横波低速异常体;(2)根据横波低速区域分布特征获得采空区潜在位置,与钻孔验证揭示的采空区位置吻合较好,验证该方法勾画采空区的良好效果。相关成果显示,利用地表密集地震台阵观测开展背景噪声成像并结合ESPAC方法进行数据处理是进行露天矿采空区探测的一种经济、有效的手段,具有广泛的应用前景。     

磁异常△T三维相关成像

本文将重力和重力梯度数据三维相关成像方法推广到磁力勘探领域,推导并建立了磁异常△T的三维相关成像方法,同时提出了基于熵滤波分离异常的三维相关成像算法来提高成像分辨率.组合模型磁异常△T数据和实际磁测资料试验分析表明,本文方法能成像出地下地质体的空间赋存状态和等效磁性分布,具有良好的横向和纵向分辨率.     

磁异常ΔT三维相关成像

本文将重力和重力梯度数据三维相关成像方法推广到磁力勘探领域,推导并建立了磁异常ΔT的三维相关成像方法,同时提出了基于熵滤波分离异常的三维相关成像算法来提高成像分辨率.组合模型磁异常ΔT数据和实际磁测资料试验分析表明,本文方法能成像出地下地质体的空间赋存状态和等效磁性分布,具有良好的横向和纵向分辨率.     

汶川地震断裂带东北端浅部结构的人工地震探测

结合汶川地震断裂带动态监测,利用快速响应探测系统,开展了断层带浅部结构人工地震探测.针对地震断裂带动态监测条件下的复杂波场和低信噪比的情况,在f-k波场分离的基础上,分别利用了折射波共中心点成像、面波速度反演、反射波叠加成像方法,进行了浅层断层和构造成像处理,并对处理结果进行了综合解释,给出了断裂带浅部断层分布和速度特征.为汶川地震龙门山断裂带东北端动态监测提供了基础结构信息,所发展的断裂带快速响应探测技术对于地震应急动态监测具有重要意义.     

采空区地震与电法探测数据的联合反演研究及应用

综合地球物理技术在采空区的探测中发挥了重要作用.目前通常采用单方法反演、仅对不同方法反演结果进行对比解释的综合勘探方式,单方法反演的多解性严重降低了其探测精度.如何提高采空区的探测精度,对采空区进行有效探测一直被认为是地球物理技术面临的首要难题.为了提高地震与电法技术的探测精度,基于交叉梯度联合反演理论,设计了地震初至折射走时数据和高密度电法数据的联合反演算法流程,对采空区理论模型和野外实际数据进行了联合反演处理.结果发现通过两者的联合反演,不仅可以提高采空区电阻率反演模型的成像效果,而且能够获得地震单方法反演难以成像的采空区低速异常体,从而提高了地震与电法技术对采空区的探测精度.表明地震与电法探测数据联合反演是一种提高采空区探测精度的有效方法.     

用于深部采空区探测的可控源音频大地电磁法抗强干扰数据采集及处理策略

高速公路施工穿越煤矿采空区,存在巨大的安全隐患,严重威胁人员和道路安全,因此准确探测煤层采空区位置对公路勘察具有重要的现实意义.本研究采用可控源音频大地电磁法(Controlled-Source Audiomagnetotellurics,简称CSAMT)对煤矿采空区进行探测.为提高强干扰背景下深部采空区的探测精度,本研究有针对性地采取了相关数据采集及处理策略.首先结合采空区地质地球物理特征,在强干扰背景下进行多次试验工作,重点研究发射频率、发射电流、发射距等对高精度数据采集的影响,以确定最佳的组合采集参数.然后,在数据处理过程中着重探讨静态效应对反演结果的影响,同时对反演后的结果采用阈值分割方法突出深部采空区电性异常特征.最后结合研究区已有地质物探资料与反演获取的各测量剖面电阻率断面图,查明隐伏采空区的位置、分布范围、规模等基本情况,并布设钻井进行验证,结果表明,实际采空区的埋深及位置与物探异常对应较吻合,验证了本方法的可行性与有效性.     

叠前三维共反射面叠加在实际地震资料处理中的应用

针对复杂地表地质条件下地震资料覆盖次数不均、部分数据缺失而导致的地震资料品质下降、陡倾角地区成像质量变差等问题,文中采用了叠前三维共反射面叠加技术.共反射面叠加是一种与宏观速度无关且考虑了反射点曲率的地震成像方法.它利用共反射点道集一个邻域内(菲涅尔带)道之间的相关性,并将相干区域内道集的能量相加来增强地震反射信号和绕射波能量,并借助于相邻CMP道集数据形成CRS超道集,使得面元内的覆盖次数更加均匀;同时利用超道集的高覆盖次数来压制噪声,最终得到高信噪比道集数据.实际地震资料处理表明,该方法可大幅度地提高地震资料信噪比和分辨率,增强地震同相轴的连续性,此外还可为叠前偏移成像处理、AVO属性分析、叠前地震反演等提供高质量的输入数据.     

浅层铝土矿采空区探测及引发的地面沉降预测

以山东省淄博市某浅层铝土矿采空沉陷灾害为例,采用高密度电阻率和探地雷达技术调查采空区尺寸、范围及充填情况.然后根据探测结果构建相应地质模型,基于Biot固结理论采用有限元法预测采空区上部土层沉降量,对可能发生的沉陷灾害进行预警.研究结果显示两种物探方法相互验证,可准确确定采空区上部土层微结构、采空区边界及充填情况.对于顶部塌陷的小型采空区,沉降量计算可参考荷载作用下的土体固结过程.研究建立了一类无序开采的小型采空区探测及灾害预测方法,突出了高精度物探技术在小型采空区地质灾害调查中的重要作用.     

Dispersion features of transmitted channel waves and inversion of coal seam thickness

In-seam seismic survey currently is a hot geophysical exploration technology used for the prediction of coal seam thickness in China. Many studies have investigated the relationship between the group velocity of channel wave at certain frequency and the actual thickness of exposed coal beds. But these results are based on statistics and not universally applicable to predict the thickness of coal seams. In this study, we first theoretically analyzed the relationship between the depth and energy distribution of multi-order Love-type channel waves and found that when the channel wave wavelength is smaller than the thickness of the coal seam, the energy is more concentrated, while when the wavelength is greater than the thickness, the energy reduces linearly. We then utilized the numerical simulation technology to obtain the signal of the simulated Love-type channel wave, analyzed its frequency dispersion, and calculated the theoretical dispersion curves. The results showed that the dispersion characteristics of the channel wave are closely related to the thickness of coal seam, and the shear wave velocity of the coal seam and its surrounding rocks. In addition, we for the first time realized the joint inversion of multi-order Love-type channel waves based on the genetic algorithm and inversely calculated the velocities of shear wave in both coal seam and its surrounding rocks and the thickness of the coal seam. In addition, we found the group velocity dispersion curve of the single-channel transmitted channel wave using the time–frequency analysis and obtained the phase velocity dispersion curve based on the mathematical relationship between the group and phase velocities. Moreover, we employed the phase velocity dispersion curve to complete the inversion of the above method and obtain the predicted coal seam thickness. By comparing the geological sketch of the coal mining face, we found that the predicted coal seam thickness is in good agreement with the actual thickness. Overall, adopting the channel wave inversion method that creatively uses the complete dispersion curve can obtain the shear wave velocities of the coal and its surrounding rocks, and analyzing the depth of the abruptly changed shear wave velocity can accurately obtain the thickness of the coal seam. Therefore, our study proved that this inversion method is feasible to be used in both simulation experiments and actual detection.     

三维地震神经网络反演在探明煤层富水灾害层的应用

在常规测井约束反演的的基础上,开展神经网络特征参数反演,将波阻抗等地震属性转化为与含水性更为密切的孔隙度、视电阻率数据体,使地震反演的地质属性与测井上的地质属性达到最优的相关性,从而实现应用三维地震对煤层顶板富水进行评价的目的。由于煤层顶板富水区的特殊性质,它同样也是地震后的易破坏层,因而对它的探明从抗震角度以及震害预测角度都是有价值的。以淮北某采区为例,通过孔隙度及电阻率的神经网络反演对研究区10#煤层顶板的富水性进行预测。反演结果表明采区北部发育一个强富水陷落柱,与钻孔揭示结果吻合。采区西部10#煤层顶板与第四系含水层呈不整合接触关系,神经网络反演结果预测为强富水区,同样与井下工程揭示富水特征吻合。利用多属性融合的神经网络反演可有效预测煤层顶板的富水特征,为煤矿安全生产以及抗震提供重要保障。     

煤矿井下槽波三维数值模拟及频散分析

采用交错网格高阶有限差分法编制了地震波场三维正演模拟软件,设计了基于镜像法原理处理煤矿井下近水平和起伏巷道特殊空间的算法;模拟了煤矿井下含巷道和不含巷道情况下煤层中传播的地震波场,并分析其频散特征.结果发现:由于巷道的影响,巷道壁上产生很强的巷道振型槽波,煤层中则出现了以Love型为主的槽波,据此分析了实际槽波记录的形成机理,研究结果对今后煤矿井下巷道地震超前探测和工作面弹性波透视等具有重要的理论意义和实际价值.     

综合勘探方法在解决地质问题中的应用

三维地震勘探在解决诸如小断层、小构造、煤矿采区陷落柱等方面的应用日益广泛。然而,由于地质条件的复杂性以及各种物探方法的特点不同,有时三维地震勘探方法需要与其它物探方法相结合才能更好地发挥其作用。本文以济三煤矿十四采区为例,介绍了利用三维地震和瞬变电磁法勘探相结合,探测采区的断层及煤层顶板上100m内的岩层富水体的方法、特点及经验。     

煤层陷落柱散射波数值模拟与成像

煤层陷落柱是煤田勘探开发中常见的一种典型的非均匀地质体.由于来自陷落柱的反射信号少、反射能量弱,使得基于反射波原理的常规地震成像方法难以有效识别陷落柱.本文以散射波理论为基础,采用数值模拟方法,研究了陷落柱的散射波场特征,研究表明地面接收的波场中含有来自陷落柱陡倾角界面的散射波场.通过共散射点道集波场的模拟,可以清晰地识别散射波,获得地下散射点和非均匀地质体的信息,判断散射点的位置,从而勾画出不均匀地质体的形态.采用等效偏移距假设抽取共散射点道集,在此基础上进行叠前偏移,对陷落柱成像;模拟与实际数据成像结果对比表明此方法能够合理地提取散射点的散射波场信息,对陷落柱形态及内部结构准确成像,是一种有效的煤田陷落柱成像方法.     

基于地震属性的煤层厚度预测模型及其应用

地震属性技术在岩性和构造解释等方面得到了越来越广泛的应用,特别是在煤、油气资源勘探中具有重要的作用.基于淮南矿区谢桥1区13 1煤层地震勘探资料,提取了28种地震属性数据;通过地震属性的分析,优选出平均峰值振幅、振幅的峰态、最大绝对振幅、瞬时频率斜率等4种地震属性作为煤层厚度预测模型基本参数,结合已知钻孔资料,利用多元多项式回归以及BP人工神经网络方法,求出了各属性与煤厚之间的多元多项式回归模型及人工神经网络模型,并对模型进行了误差分析和应用结果对比分析,反映出人工神经网络模型在煤厚预测中具有好的应用效果.     

地震槽波的数学-物理模拟初探

针对地震槽波在低速层的传播特性,开展了煤层内地震槽波勘探的数值模拟和物理模拟研究的初探工作.在数值模拟研究方面,采用交错网格有限差分法对煤层中的地震槽波进行三分量全波场模拟.基于波场快照和人工合成地震记录研究了不同模型中的波场特征和各种波型的传播规律.在物理模拟方面,通过选用不同配比的环氧树脂和硅橡胶类材料构建地震槽波物理模型,利用透射法和反射法观测系统获得了清晰的地震槽波记录以研究槽波的地震学特征.研究表明,在煤层内槽波的地震波场中,Love型槽波的能量小于Rayleigh型槽波的SV分量,大于Rayleigh型槽波的SH分量.相对于Love型槽波和Rayleigh型槽波的SH分量,Rayleigh型槽波的SV分量在围岩中的泄露能量较强.在煤层界面附近的围岩中,地震波仍以槽波形式传播,随着距离的增加能量逐渐衰减.随着煤层变薄,煤层槽波主频向高频方向移动,频散现象增强,传播速度增大.     

微小盆地倾斜煤层采空区瞬变电磁法探测

为研究微小含煤盆地倾斜煤层采空区的瞬变电磁法探测效果,以云南省新近系向斜盆地采空区为研究对象,从数值模拟与现场实测两方面对瞬变电磁探测效果展开研究。首先,针对研究区微小盆地构造条件建立倾斜煤层地电模型,以正演模拟和电阻率计算论证理论可行性;其次,根据模拟结果设置工作参数进行现场数据采集,以倾斜含煤段作为电性标志层追踪电阻率异常并推断采空区分布范围;最后,采用井下超前钻探对推断的采空区进行验证。结果表明,瞬变电磁法适用于探测微小盆地的构造变化而引起的地电结构的改变,探测结果清晰显示盆地倾斜含煤地层的起伏变化,能准确反映采空区的分布。      

台湾海峡6.2级地震震区气枪地震资料初步分析

对2019年在台湾海峡6.2级地震震区布设的N01、NE02测线地震测深剖面的Pg波走时进行层析成像反演,获得测线下方地壳上部二维速度结构。对N01测线单道反射地震测深剖面进行多次波衰减等处理,并与Pg波成像结果进行对比。研究结果表明,采用走时层析成像方法与单道反射地震测深剖面获得沿探测剖面沉积层上地壳基底形态特征等具有较好的对应关系。由于测线穿越多个地质构造单元和多条断裂带,走时层析成像和单道反射地震测深剖面结果综合显示研究区结晶基底面起伏较大,沉积层速度和厚度变化较剧烈,受台湾海峡西部新生代构造活动影响,显示了相应的断裂或不同地质构造单元在上部地壳内的结构特征。     

浅层地震勘探中有限元数值模拟方法的应用研究

针对目前广泛用于解决工程地质问题的浅层地震勘探特点,通过对浅层小尺度介质进行地震波数值模拟,揭示地震波在不同浅层介质模型中的波场特征和传播规律.为浅层地震勘探野外数据采集前合理选择观测系统提供指导性的方案,并能对地震勘探成果解释的合理性给予客观评价.在分析各种数值模拟方法特点的基础上,选择具有精度高、易模拟复杂结构的有...