Kelvin-Voigt黏弹性介质井孔声场有限差分数值模拟与波形特征

岩石介质具有黏滞性,黏弹性介质模型相对于弹性介质模型更为接近岩石介质的真实情况。根据Kelvin-Voigt黏弹性单元体模型本构关系,推导了柱坐标系下各向同性黏弹性介质时间域交错网格有限差分方程,进行了黏弹性介质井孔声场的数值模拟。模拟结果表明：品质因子和声源中心频率对黏弹性介质中的井内外声场均有影响：井外声场和井内声场的衰减均随品质因子的增大而减小,井外声波和井内反射波振幅随之增大;井外声场的衰减随声源中心频率的增大而减小,井外声波振幅随之增大,井内声场的衰减随声源中心频率的增大而增大,井内反射波振幅随之减小。     

表面源激发的瑞利波传播特性分析

自由状态下层状介质中平面瑞利波相速度与频率及层状介质特性参数有关,表面源激发的瑞利波以柱面波阵面传播,传播速度不仅与频率有关,而且还与传播距离有关,这样,自由状态下层状介质中平面瑞利波传播特性理论不能有效地用于激发瑞利波相速度分析。以薄层法得到的圆盘状表面垂直源激发瑞利波位移响应为基础,导出激发瑞利波相速度,比较激发模态与简正模态相速度差异,分析激发模态空间特性,揭示这种空间特性形成机制。结果表明:源对激发模态传播影响距离不超过一个波长,波场距源越近,激发模态竖直振动传播速度越低;在多模波场,激发模态间相长相干或相消相干导致表观相速度具有较明显的空间特性。该研究可为发展考虑瑞利波频率及空间特性反演数学模型及算法提供指导。     

埋入源下半无限体中瑞利波可激性研究

埋入源激发波场分析对岩土工程勘探非常重要。基于模态叠加法给出均匀半无限体中埋入球形膨胀点源激发波场位移表达式,由此研究瑞利波可激性及其传播特性,分析埋入源下瑞利波可激性机制,并通过有限元模拟验证分析方法有效性。结果显示:在均匀半无限体中瑞利波可激性受源埋深与波长比影响,比值越小,瑞利波可激程度越高;当比值大于1时,瑞利波不易激发。与自由状态下以平面波阵面传播的简正瑞利波相比,半无限体中埋入源激发瑞利波速度随传播距离变化,传播具有空间特性,距中心轴线越近,竖直向质点振动相速度越小,当距离大于一个波长时,激发瑞利波传播特性趋于简正瑞利波。     

利用高阶交错网格有限差分法数值模拟VTI介质井孔声场

横向各向同性（TI）介质是岩石地球物理中常见的一种现象,研究其井孔声场传播特征对声波测井理论以及为声波测井解释提供依据具有重要意义。针对具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质,根据柱坐标系条件下的弹性波波动方程,推导了速度-应力交错有限差分公式,采用时间二阶、空间十阶的交错有限差分算法对VTI介质中的井孔声场进行数值模拟。给出了在均匀介质中井孔声场不同时刻的波场快照,以及不同各向异性系数的VTI介质中的波场快照,计算了井轴上声源激发出的声波全波列波形。结果表明,在其他条件不变的条件下,VTI地层的各向异性系数的增大对横波的传播影响不大,但会使得纵波在纵向上的传播速度相对变小,径向上变化不大。各向异性系数的增大会使声波测井全波列首波信号时差变大,声波幅度略变小。      

井间地震弹性波传播特征数值模拟

采用弹性波方程数值模拟和Zoeppritz方程解相结合的方式,研究了井间地震固-固界面上以及低速和高速夹层中弹性波场特征及传播规律.给出了井间地震弹性波的主要类型,其中包含一种特殊面波,该面波由激发井和接收井内的地层界面处产生的二次源形成,并说明了反射波以广角反射占优势;利用正演模拟记录对广角反射现象进行了分析,得出了在临界角处广角反射波的振幅、相位突变,极性反转,这与反射系数变为复数相对应;提出利用临界反射波特征和临界反射点位置来确定地层速度.震源在高速夹层中激发时,其中传播的弹性波场简单;而在低速夹层中,则弹性波场非常复杂.低速夹层中的导波存在明显的频散现象,其振幅和频率与低速层的速度和厚度密切相关.提出利用导波可以确定低速层的横向变化和连通性.     

不同胶结情况下套管井中声场激发谱的研究

采用实轴积分法计算套管刻度井中的声场激发谱,分析了第一、第二界面的胶结情况以及模拟地层的厚度等对井内声场的影响。数值结果显示：在套管刻度井中,模拟地层厚度的增大或第一、第二界面的胶结状况变差,该地层的外边界对井中激发谱的影响变小,在低频（小于3 kHz）情况下,当外边界半径大于0.2 m时,不管第一、第二界面胶结状况如何,该边界面对井中激发谱的影响基本可以忽略;在设计套管刻度井时,为减小模拟地层的外边界对井内声场的影响,既要考虑不同胶结情况下模拟地层的厚度问题,还应考虑声源测量频率的影响问题。     

超磁致伸缩声波震源的时频特征与实测研究

宽频带、大功率、短余振声波震源是高分辨率探测大尺度复杂结构体的关键技术,为了解决探测距离与其分辨率的矛盾问题,采用超磁致伸缩材料制作的声波发射器作为震源,研制了一种新的声波探测仪器。该震源中心频率为5 kHz,激励电压300~600 V,具有辐射声功率大、余振短（3.5个周期）、频带宽（1~3 kHz）的特性;其最大的优点是每次激发的声波信号一致性好,可以采用单点多次激发,通过多次叠加的数据处理技术提高信噪比,较好地解决了声波探测距离与分辨率的矛盾,并成功地应用于煤矿采场顶煤厚度探测。现场探测结果表明:大功率声波探测系统能够有效提取4~7 m煤岩交界面的反射波信号,借助于小波多分辨分析信号处理方法,有效地提高了采场顶煤厚度探测的精度及其可靠性,为顶煤厚度精确探测提供了一条有效途径。      

影响隧道超前预报探测距离的因素探讨

这里通过生产试验数据,分析了震源能量的大小、地质情况差异、以及声波噪音是如何影响地震波信号质量从而影响探测距离的。通过生产实践总结,提出了较有效地提高探测距离的办法。首先可通过生产试验确定炸药用量,使激发能量既不对支护造成伤害,又能达到较远的探测距离;地质情况通过影响采集数据长度影响探测距离,该因素是客观因素无法控制的;声波噪音是最难控制也是对探测距离影响较大的因素,可以根据声波能量和叠加到有效信号的时间,计算出不受声波干扰的预报距离,为评价预报结果提供参考依据。减小声波的影响可通过增加偏移距和压制声波能量的方法,压制声波能量可通过控制炮孔深度和倾角,炮孔的封堵,接收器的合理安装来实现。在实践中控制好声波噪音的影响,是提高探测距离的较为有效的途径。     

水灰岩地层中子随能量和时间分布的Monte Carlo模拟

作者在MCNP的基础上，开发了中子测井，中子通量随空间、能量、时间分布蒙特卡罗（Monte Carlo)模拟软件包。对裸眼井、井眼里无下井仪器、水饱和灰岩地层、井眼注水，用该软件计算了沿井轴和沿井壁中子能量随能量、时间分布，以及沿井轴和沿井壁热中子和超热中子时间谱。即源距离变化对中子能量随能量、时间分布和井轴与井壁热中子、超热中子时间谱的影响。     

特软地层井孔中各模式波的传播特征

针对浅层及海底沉积软地层声学参数准确提取的迫切需求,采用实轴积分法数值计算了单极和偶极声源,在特软地层井孔中激发的全波波形,并考察了井径和地层纵横波速度变化,对全波波形中各个模式波的影响。数值计算结果表明,漏能纵波的幅度随着地层纵横波速度比的增大而增强,这也是利用漏能纵波衰减提取地层横波速度的基础。通过对比漏能纵波的频散曲线,验证了从偶极子声源在特软地层井孔激发的漏能纵波中,提取地层的纵波慢度比单极子声源更有效。随着仪器和井壁间流体层厚度的增加,斯通利波和弯曲波的幅度逐渐减弱,且主频向低频方向偏移。     

Powerful seismovibrators as a possible source of acoustic and electromagnetic disturbances

The observations of the disturbances of the acoustic, electric and magnetic fields at various distances from a vibroseismic source (5–12 Hz frequency range) are presented. Two centrifugal vibrosources (VS) with sinusoidal vibrational force onto the ground of 100 and 40 tons are used. Infrasonic signals are reliably recorded at distances up to 50 km. When the acoustic signal is large, a seismic signal with the same arrival time is also detected. Magnetic and atmospheric electric fields are detected at distances of several kilometers. These signals have practically zero lag time and precede the acoustic and seismic signals. The disturbances caused by the VS were also registered by telluric field measurements at distances up to 2 km from the source.     

小波变换在波阻抗反演中的应用

根据国内外广泛采用的波阻抗随机反演理论,提出了多道小波波阻抗反演方法,消除了噪音对反演结果的影响。针对地震剖面上不同频带和时段上有不同的信噪比,以及相邻地震道反射波有效成分在波形和能量上有较强的相关性特点,运用多道记录同时进行波阻抗反演,在迭代过程中将实际记录与模型合成记录的残差道进行小波分解,形成残差道分频小波剖面,然后利用Ｋ－Ｌ变换提取分频剖面中的相干部分用于波阻抗变化量的计算,从而避免了噪音参与波阻抗反演。展示了理论模型与实际应用的例子。     

煤田三维地震勘探技术在河流及河漫滩地区的应用

山西高河井田属海河水系长治盆地水文区,主要河流为纵贯全区的浊漳河,自西南流入区内。勘探区内地形地质条件复杂,河流及河漫滩面积大,为克服三维地震勘探存在的诸如检波线的铺设、检波器藕合、激发层位选择等难题,主要采取了陆上检波器挖坑埋置（黄土地段坑深20cm,沙滩地段坑深40cm）、水上检波器用木桩固定等措施,并采用陆上井中放炮、砾石层坑炮、河水中水下放炮相结合的激发方式。为防止井喷和声波产生的高频随机干扰,采取浅井井口压沙袋技术。通过处理解释,获得了较为精确的断层、陷落柱等地质信息,为矿方安全生产提供了可靠的地质保障。     

金属矿物探新方法与新技术

简要概述金属矿物探新方法、新技术.主要包括:(1)地面高精度重力勘查技术;(2)地面高精度磁测技术;(3)瞬变电磁法勘查技术;(4)可控源音频大地电磁法;(5)三频激电法;(6)井中声波透视;(7)地下电磁波法等.     

Pseudo-unconformities in seismic models of large outcrops

Traditionally, seismic modeling has concentrated on one-dimensional borehole modeling and two-dimensional forward modeling of basic structural-stratigraphic schemes, which are directly compared with real seismic data. Two-dimensional seismic models based on outcrop observations may aid in bridging the gap between the detail of the outcrop and the low resolution of seismic lines. Examples include the Dolomites (North Italy), the Vercors (SE France), and the High Atlas (Morocco). The seismic models are generally constructed using the following procedure: (a) construction of a detailed lithologic model based on direct outcrop observations; (b) division of the lithologic model into lithostratigraphic units; (c) assignment of petrophysical properties to these lithostratigraphic units; (d) ray tracing to compute time- or depth sections of reflectivity; (e) convolution of the reflectivity sections with source wavelets of different frequencies. The lithologic detail modeled in the case studies led to some striking results, particularly the discovery of pseudo-unconformities. Pseudo-unconformities are unconformities in seismics, but correspond to rapid changes of dip and facies in outcrop. None of the outcrop geometries studied were correctly portrayed seismically at 25-Hz peak frequency. However, in some instances the true relationship would gradually emerge at peak frequencies of 50–100 Hz. The examples given in this study demonstrate that detailed, outcrop-derived, seismic models can reveal what stratigraphic relationships and features are likely to be resolved under ideal or less-ideal conditions, and what pitfalls may befall the interpreter of real seismic data.     

井孔声场二维谱的数值计算与理论分析

简要介绍了井孔声场二维谱计算方法,实现了井孔声场二维谱的数值计算。通过对硬地层和软地层两类地层的模拟计算,得到硬地层和软地层的二维谱的分布图以及井孔中接收到的声压波形。根据对两类地层二维谱的分析,表明纵波（首波）、横波和泥浆纵波的声幅较小,频散不明显。斯通利波的频率范围较低,频散较弱。伪瑞利波频散较强、幅度较高,软地层不存在伪瑞利波。泄漏模对应的模式波,是一种几何衰减波,在声场传播中具有衰减快,频散性较强的特征。利用二维谱分析井孔声场,能够将复杂的声波传播特征用图像表现出来,具有直观、形象的效果。     

Seismic source mechanism inversion from a linear array of receivers reveals non-double-couple seismic events induced by hydraulic fracturing in sedimentary formation

We developed a new method to invert source mechanisms of seismic events observed from a single (vertical or near vertical) array of receivers. This method was tested on a synthetic dataset and applied to a seismic dataset acquired during hydraulic fracturing of a sedimentary formation. We show that a crack-opening seismic event recorded on a single vertical array can be inverted as a pure shear seismic event, indicating that the best fitting shear mechanisms inverted from seismic data acquired along a vertical borehole provide misleading information. We found that the majority of the analyzed source mechanisms of the induced events are not consistent with pure shear faulting as previously thought. The non-shear source mechanisms are required even when seismic noise, location uncertainty, and uncertainty in the attenuation structural model are considered.     

震源及电缆沉放深度对海上地震资料的影响

通过对南海某工区不同采集参数采集的地震数据的分析,就海上拖缆地震勘探中震源及电缆的沉放深度对采集数据质量影响进行讨论,得出如下结果:震源沉放越浅,子波频带变宽,高频效果越好;电缆沉放深度越浅,频带越宽,分辨率越高,但受风浪影响的噪声比较大。这为地震资料采集和后续的地震资料处理提供了良好的依据。     

新一代超声波钻孔电视及其在工程勘察中的应用研究

主要介绍了新一代超声波钻孔电视的主要组成部分及其性能特点,并初步比较了其与常见的光学钻孔电视和前几代超声波钻孔电视的区别.通过在某隧道工程区勘察工程中的应用研究,说明新一代超声波钻孔电视可以提供大量有效可视的钻孔岩体定量数据,为工程设计的定量化分析提供了详细的数据资料,为提升现有的工程勘察技术水平提供了一条有效的技术途径.     

井地地震CT技术及其应用

井地地震是在井间地震方法基础上提出,其技术核心主要是观测系统设计以及数据的采集和处理。观测系统设计旨在增加探测目标的覆盖次数、均匀程度和提高工作效率;数据采集从震源和检波器两个方面优化,选用激发能量强、频率高、成本低、效率高的震源,以及灵敏度高、抗噪能力好的检波器;数据处理分为拾取初至、建立正演模型和反演层析成像。工程应用实例说明,井地地震具有很好的应用前景。