Structuring velocity model of microseism based on genetic algorithm and Levenberg-Marquardt algorithm

为在射孔时间未知条件下达到微震速度模型矫正的目的,采用遗传算法交叉互换搜索最优初值和 Levenberg-Marquardt 算法局部锁定最优解的方式来构建微震速度模型。通过 6 层层状模型及井下不同数量检波器进行试算,随着检波器数量增加,构建的速度模型准确度越高,当检波器数量增加到 20 个时,误差约 13. 4 ×10 －3 ,目的层检波器数量越多,构建目的层速度误差越小,第 5 层检波器由 1 增加到 3 个时,精度提高 9. 1 ×10 －3 ,并且反演震源与实际震源距离相差 10 m,说明此方法在射孔时间未知条件下可以良好构建速度模型。     

基于稳健模拟退火-单纯形混合算法的微震定位研究

为提高矿井微震的定位精度,通过模拟试验对比分析常规定位及新方法在定位求解中的适用范围及优缺点,研究反演未知变量数目、检波器的密度、波速等对各自定位方法的影响。基于单纯形法的优点,并结合模拟退火法的全局收敛性,提出采用稳健的模拟退火-单纯形法进行微震定位。研究发现,该方法不必直接搜索发震时刻,只需通过稳健方法预先估算,利用较少的检波器就可进行微震定位,且基本不受初始波速影响,从而大大减少搜索步数,有效地提高定位精度及收敛速度。以柿竹园矿人工爆破定位测试试验为例,重点分析比较模拟退火-单纯形法、稳健模拟退火-单纯形法及其他定位方法的空间绝对距离及目标函数误差,认为检波器数量较多且可获得理想的P波信息时,应用非线性最小二乘法能求出可信的结果;其余定位方法的三维定位误差及目标函数误差相差不大,但稳健模拟退火-单纯形法目标函数误差最小,稳定性最高,可在矿井微震定位中推广使用。     

基于微分格式的微地震走时反演方法研究

在页岩气开发涉及的微地震监测中,只利用声波测井资料建立的速度模型并不足够准确,通常的做法是利用测井资料与射孔数据、井下爆炸索数据、井中下落球震数据结合的方法构建模型,但射孔、爆炸索等数据的震源初始时间很难准确测量。初始时间的准确性将会影响速度模型的准确性,进一步影响定位结果的准确性。这里提出一种不需要震源初始时间的反演方法,与传统的速度反演方法相比,该方法基于不同震相的到时差信息。对同一震源,提取P-P,SS和P-S震相到时差,这三部分基于微分格式的到时差信息,都可完全消除初始时间的影响。对合成数据测试、分析和讨论的结果,证实了该方法实现速度模型校正的可行性,并给出了该方法在实际数据应用中的示例。     

检波器数量对组合压噪能力的影响

根据组合压噪的有关理论,在其他因素不变的情况下,采用数量越多的检波器,组合压制干扰波的效果越好。这使得人们认为在施工中应该采用尽量多的检波器以提高资料的信噪比。但是通过分析组合中检波器数量对规则干扰波,随机干扰波以及耦合高频微震衰减的影响证明:在其他因素不变的情况下,线性等灵敏度组合增加到"γ_max+3"个检波器以后(其中γ_max=组合基距/最小干扰波视波长), 组合对于规则干扰波的衰减能力不再随着检波器数量的增加而显著提高。在组合基距确定的情况下,检波器数量越多,对随机干扰的衰减越明显(包括在组内距小于随机干扰相关半径的情况下);但是增加到一定数量后,衰减效果不再出现明显变化。检波器数量的多少对衰减耦合高频微震没有明显作用。同时指出,确定组合中合理的检波器数量要与组合的摆放形式相结合;组合图形不合理的情况下,增加检波器数量不会显著提高组合的压噪能力;灵敏度分布不合理,是导致组合压噪能力降低的重要原因。在线性等灵敏度组合的基础上,利用玫瑰图进行分析,可以确定工区面积组合(包括道间混波后)中使用的合理的检波器数量。     

基于快速行进迎风线性插值的微震定位算法研究

准确的微震定位方法是微震监测技术进行岩体稳定性分析的基础,而初至波走时计算方法是决定微震定位精度重要因素之一。引入一种由快速行进法(fast marching methods, FMM)与线性插值射线追踪法(LTI ray tracing)改进而来的线性插值算法,实现了在复杂岩体中相对准确的微震初至走时计算,并在均一速度模型和Marmousi模型中得到了验证。在此基础上,采用常微分方程数值算法中的单步高精度Runge-Kutta法,得到了震源点和传感器之间的射线路径,并在分层和带空洞的岩体模型中验证了其合理性。选取最小二乘法为目标函数,通过寻找目标函数值最小的方式来获得最优节点实现微震定位。在所建立的加入地下硐室的Marmousi岩体模型中,对于预设震源点的定位结果误差分别为1.41、1.00、2.83、1.41、1.41m,验证了所提方法在复杂岩体速度模型中能够实现较准确的微震定位,为进一步提高工程岩体的微震定位精度提供了新思路。     

井中微震监测数据处理方法研究与应用

井中微震监测的目的是确定压裂过程产生的裂缝的几何形态,采集到具有微震事件的原始记录信噪比低,纵横波初至拾取困难,直接影响到微震的定位及后续的裂缝形态描述。通过分析但由于微震信息较弱,因此微震事件的记录特点,结合实际应用过程中遇到的问题对处理方法进行了研究,包括去噪处理、微震事件识别、纵横波初至拾取、极化分析、模型建立及校正、微震定位等。研究表明,带通滤波可有效法除噪音;长、短时窗能量比法可精确的记录微震事件及初至时间自动拾取;利用纵波尖端曲线图可以确定微震源方向;速度模型的建立应以校正炮时距曲线拟合理论曲线为原则;利用Geiger和网格搜索法可精确得到震源定位结果。     

基于变步长加速搜索的微震源定位方法

微震定位方法是微震监测技术的重要组成部分,其关键是定位震源位置。利用空间网格划分并计算网格交点目标函数值,对微震定位目标函数二维及三维空间分布进行了分析,并据此获取了目标函数连续且极小值唯一、单轴收敛范围逐步减小、各轴收敛范围不一的规律。利用以上规律及模式搜索法、网格搜索法的优缺点,探索出了基于连续比较模块、变步长模块、加速模块的变步长加速搜索法。通过模拟算例与工程数据下收敛稳定性、结果精确度、计算速度以及参数初始值影响程度4个指标的效果对比,结果表明：模拟算例下,对比模拟退火算法、遗传算法,变步长加速搜索法的目标函数值标准差、定位误差标准差、波速误差标准差均为0;该算法的定位误差平均值分别为其余二者的0.7%、1.9%;该算法的计算时间平均值分别为其余二者的6.9%、33.2%。该算法单独更改各参数对定位误差的影响在0.005～0.025 m之间;减小搜索步长下限可有效提高结果精确度,并增加相应的计算时间。在规定初至到时与目标函数模型及检波器位置坐标下,搜索算法对定位精度无实质影响。     

原位跨孔试验方法

跨孔测试技术是研究岩土动力特性的一种重要的原位试验方法。本文根据多年来的现场实践,详细阐述了在进行原位跨孔试验时,必须认真考虑震源和三分量检波器的选择、钻孔的数量与孔距,钻孔排列方式、钻孔垂直度测量、三分量检波器与钻孔之间的耦合等因素,文章还介绍了压缩波和剪切的识别和速度误差分析方法。     

天然蛇纹石吸附Sb(V)的影响因素及机理分析

以焦锑酸钾(KSb(OH)_6)为Sb(V)锑源,采用XRD,XRF,FTIR对蛇纹石进行表征。探讨了不同吸附时间、Sb(V)初始浓度、初始pH、温度条件下蛇纹石吸附除Sb(V)的效果。结果表明:在动力吸附模型中,Elovich模型和假二级动力学模型对蛇纹石处理Sb(V)的拟合效果均较好,吸附过程为由化学吸附控制的非均相扩散,由假二级动力学模型可知理论最大吸附量为2.82×10~(-3);在等温吸附模型中,Langmuir模型拟合效果稍优于Freundlich模型,理论最大吸附量可达8.90×10~(-3);在广泛pH范围内,吸附量随着初始pH的降低而增加,初始pH值在1.9～3.6范围内时,吸附量迅速从6.66×10~(-3)减少至2.97×10~(-3),初始pH值大于3.6,吸附量随pH值增加而减少的幅度变小;蛇纹石对Sb(V)的吸附去除量随温度的升高而增大,最大为5.25×10~(-3)。蛇纹石Sb(V)的吸附为化学吸附;高零电点使蛇纹石在广泛pH值范围内可被质子化,Sb(OH_6)~-与质子化的镁氧(氢氧)八面体端面形成配合物。     

含采空区层状岩体微震信号传播规律试验研究

微震信号在层状岩体中传播规律的研究对于实现震源准确定位具有重要的现实意义。在天然岩体中,微震信号在岩层中传播的速度,不仅受其内部因素即岩石自身物理性质的影响,还受外部因素如地质结构面、断层及采空区等条件的影响。通过室内试验的方法对微震信号在不同岩层及采空区处的传播规律进行研究,结果表明：波速随着传播距离的增加而逐渐衰减,且岩层密度越大衰减越慢;穿过的结构面数量越多,微震信号传播速度衰减比例越大;能量的衰减与波速的衰减一致。采空区断面横截面积越大,微震信号通过的用时越长;采空区周围岩石密度、弹性模量等物理性质的数值越大,微震信号通过时衰减越少;边际谱分析结果表明：断层对频率高的微震信号阻碍作用更强。     

含采空区层状岩体微震信号传播规律试验研究

微震信号在层状岩体中传播规律的研究对于实现震源准确定位具有重要的现实意义。在天然岩体中,微震信号在岩层中传播的速度,不仅受其内部因素即岩石自身物理性质的影响,还受外部因素如地质结构面、断层及采空区等条件的影响。通过室内试验的方法对微震信号在不同岩层及采空区处的传播规律进行研究。结果表明：波速随着传播距离的增加而逐渐衰减,且岩层密度越大衰减越慢;穿过的结构面数量越多,微震信号传播速度衰减比例越大;能量的衰减与波速的衰减一致。采空区断面横截面积越大,微震信号通过的用时越长;采空区周围岩石密度、弹性模量等物理性质的数值越大,微震信号通过时衰减越少。边际谱分析结果表明：断层对频率高的微震信号阻碍作用更强。     

微地震震源定位方法综述

微地震震源定位方法是微地震监测领域的一项核心技术,而考量微地震技术应用效果好坏的准则在于震源定位方法的精确程度。针对非常规油气开发过程中微地震震源定位方法的应用,本文对微地震震源定位方法进行阐述。其中：几何作图法具有稳健、效率高的优势,但震源位置较深时定位精度较低;线性定位法无需速度模型精度,但对初至拾取的精度有较大影响;非线性定位法对初至拾取较为敏感,对速度模型的精度要求较高,但计算量较小;混合优化定位法在一定程度上提高了定位的精度和效率,但在低信噪比、速度模型精度较低时优势不明显;基于波形偏移的定位方法无需考虑初至拾取的精度,但计算量较大;基于神经网络的定位方法采用训练网络进行训练,定位精度高,误差小。同时,本文还介绍了多方法多参数信息融合技术在油气藏微震震源定位中的应用。     

虚拟震源方法用于探测地下陡倾角地质构造

当常规地震勘探数据处理方法不能对地下存在的陡倾角地质构造获得满意的成像效果时,应用虚拟震源方法将垂直地震剖面( VSP,vertical seismic profile) 数据重构成单井剖面( SWP,single well profile) 数据,可以使得观测系统重构到更接近于井附近目标体的位置,震源和检波器都位于复杂的覆盖之下并避免井和地表之间未知速度信息的影响,从而获得对地下地质构造更好的成像分辨率。尤其是当地下存在诸如断层这样的陡倾角地质构造时,虚拟震源方法可以对目标体产生很好的成像效果。本文进行了声波数据和弹性波数据的模拟实验,将模型中的陡构造设置为断层,测试虚拟震源方法用于探测地下陡倾角地质构造的能力,对声波和弹性波介质都获得了满意的成像结果; 在应用稀疏观测系统进行测量时,仍然可以得到较好的成像效果。     

缓倾地层微震定位算法探讨及其数值验证

倾斜层状地层中速度模型对于震源精确定位具有重要意义。基于水平层状地层两点间的快速射线追踪法,分析了应力波在倾斜地层中的传播路径及规律。结合网格搜索法,提出了针对倾斜地层的微震定位算法,并与传统的基于单一速度模型的定位算法进行对比分析;探索性地采用了颗粒流理论构建地层数值模型,通过颗粒间的相互作用模拟应力波传播进行定位算法有效性验证。研究结果表明：（1）对于倾斜地层,基于简化弹性波等速传播规律的定位算法精度较差,单一速度模型不能满足复杂介质的定位要求;（2）采用倾斜分层速度模型并改进应力波传播路径的计算方法能有效提高倾斜地层的震源定位精度,同时分析了地层倾角以及地层数对算法精度的影响,表明定位误差与倾角、地层数成正比;（3）通过减小网格搜索法的网格尺寸可在一定程度上提高定位精度,合理的尺寸大小和搜索策略有助于网格搜索法在实际工程中的应用。建立的倾斜地层震源定位及其验证方法可为进一步研究复杂地层定位监测技术提供重要的理论和技术支撑。     

基于野外Guelph入渗法与室内变水头达西法的土壤饱和渗透系数变化规律

为揭示土壤饱和渗透系数的变化规律,在江汉平原杨林尾-陆溪口地区分别采用Guelph入渗仪和改进的TST-55型土壤渗透仪开展了土壤饱和渗透系数实验。结果表明:采用Guelph入渗法在粉砂质黏壤土中测得冲积物饱和渗透系数相对较大,数量级在10~(-2)～10~(-1)之间,最高达到7.50×10~(-1) m/d,最小为1.40×10~(-2) m/d;湖积物饱和渗透系数在1.86×10~(-3)～4.99×10~(-2) m/d之间;而残积物的为6.05×10~(-3) m/d,相对较小;同为粉砂壤土,相同水位埋深条件下甘蔗地和小麦地(同为耕地)的土壤饱和渗透系数明显比林地的大,这与土壤翻耕及根系、虫孔发育等有关;在相同水位埋深条件下,粉砂壤土的土壤饱和渗透系数普遍比粉砂质黏壤土的大,主要是因为粉砂质黏壤土比粉砂壤土的黏粒比重大、孔隙比相对较小的缘故。室内变水头达西法和Guelph入渗法测得的土壤饱和渗透系数分别介于5.43×10~(-5)～2.10×10~(-3) m/d和1.57×10~(-3)～7.50×10~(-1) m/d之间。室内变水头达西法所测结果明显偏小,主要原因包括:①Guelph入渗法进行现场原位测试时,土壤有效直径相对于室内变水头达西法使用的环刀直径要大得多;②室内变水头达西法所用土样为单一岩性,而Guelph入渗法为原位土层,常常具有双层或多层结构;③Guelph入渗试验期间恰逢雨季,地下水位埋深小,当支持毛细水带接近地表时,Guelph入渗试验将受支持毛细水的影响,从而使Guelph入渗法所测得的结果产生误差。     

三江北段查涌铜多金属矿床成矿流体特征——流体包裹体及氢氧同位素证据

在矿床地质特征研究和成矿阶段划分的基础上,选取三江成矿带北段查涌铜多金属矿床主成矿热液期的矿石样品,进行了流体包裹体显微测温和氢氧同位素测试。流体包裹体研究结果表明,矿物中包裹体以富液相为主,均一温度为320~360℃,盐度w(NaCl,eq)=3%~5%,显示岩浆热液矿床的流体特征;氢氧同位素测试结果显示,δD=-110.0×10~(-3)~-95.5×10~(-3),平均-104.4×10~(-3),δ(~(18)O_(V-SMOW))=-2.2×10~(-3)~2.5×10~(-3),平均-0.6×10~(-3),表明其主成矿期的成矿流体以岩浆水为主,并伴有少量大气降水的加入。     

黑龙江漠河元宝山金矿地质及地球化学特征与找矿方向

采用地质、物探、化探找矿方法,对漠河元宝山金矿进行综合研究。结果表明,目前已发现矿体4条,矿化体3条,Au平均品位2.15×10~(-6);赋矿地层为侏罗系中统漠河组;控矿构造为NEE向漠河推覆构造。磁场强度ΔT值一般在-30~20 nT,ΔΤ最大值为133.1 n T;视极化率最大值为23.58%,平均值为10.58%;视电阻率一般在500Ω·m以下,最高为1 200Ω·m,显示物探异常具低阻、高极化特征。漠河组地层金元素丰度值为8.06×10~(-9),标准离差为0.25,变化系数为0.912。黄铁矿δ~(34)S值为3.3×10~(-3)~5.3×10~(-3),极差为2.5×10~(-3),平均值为4.5×10~(-3),具有岩浆硫特点;石英中流体包裹体的δ18O值为5.2×10~(-3)~9.6×10~(-3),δD值为-125×10~(-3)~-112×10~(-3),δ18O和δD变化范围较大,反映在成矿过程中有大气降水加入。根据地质和物化探异常特征等综合信息,认为矿区西部小金沟(HS-8水系组合异常)有良好的找矿前景。     

特殊地质结构层状岩体微震传播规律试验研究

矿山工程地质中往往存在断层和采空区,微震信号传播经过断层和采空区时,其传播规律必然会发生改变,因此研究特殊地质结构微震信号传播规律具有重要意义。基于惠更斯原理,考虑不同层状岩体中微震波传播速度不同,建立了非均匀介质条件下微震波的波面方程,进而获得波面半径与入射角之间的关系。结合室内相似材料模型实验,验证了波面方程的适用性,同时总结了断层、采空区对微震信号传播的影响特征。研究结果表明：微震信号穿过断层的用时更长,断层的存在导致信号的能量（最大振速）发生较大幅度的衰减;微震信号穿过断层后会以原来的速度继续传播,信号能量的衰减并不会使微震信号的传播速度发生衰减;微震波穿过断层时的入射角越大,穿过断层的用时越长,信号的能量衰减越多;采空区的存在导致微震信号的传播速度发生衰减,震源与监测点之间的距离越近,采空区对微震信号相对传播速度的影响越大。     

甘肃北山北带明水西新井埃达克岩质石英闪长岩地球化学特征及地质意义

明水西新井石英闪长岩位于甘肃北山晚古生代白山岩浆弧带上。通过对其岩石化学组成的研究表明,主量元素SiO_2、Al_2O_3和MgO的含量分别为59.13%~67.90%、14.90%~16.42%和1.96%~3.12%,微量元素Y、Yb和Sr的含量分别为11×10~(-6)~22.8×10~(-6)、1.19×10~(-6)~2.33×10~(-6)和364×10~(-6)~871×10~(-6),LREE为富集型和Eu为正异常,这些特征反映石英闪长岩为埃达克质岩。是俯冲到深处具MORB性质的板片在一定的物理化学条件下部分熔融后直接侵位于近地表而形成的。本区埃达克岩与金矿化存在密切的时空关系。     

基于LA-ICP-MS的微量元素分析对白云岩成岩流体性质的示踪研究——以川西南P1井栖霞组白云岩为例北大核心CSCD

四川盆地西南部P1井在中二叠统栖霞组钻遇厚层优质白云岩储层。在显微岩石学分析、阴极发光研究基础上,基于LA-ICP-MS手段对不同类型碳酸盐矿物进行原位微量元素分析。结果表明灰岩中方解石Sr含量高达254×10^(-3)~823×10^(-3)、Mn/Sr比值低至0.02~0.07,较低的总稀土含量(0.067×10^(-3)~2.100×10^(-3))与较低的LREE/HREE比值(1.43~4.56)。各类白云石具有较低的Sr含量(16×10^(-3)~48×10^(-3))与较高的Mn/Sr比值(0.54~3.70),随着白云石晶体增大Mn/Sr比值总体增大。粉晶白云石具有最高的总稀土含量(2.364×10^(-3)~3.950×10^(-3))与较高的LREE/HREE比值(7.11~9.55),而细晶白云石与中晶白云石的总稀土含量与LREE/HREE比值相对偏低。鞍形白云石Fe含量高达708×10^(-3)~1217×10^(-3)、最大的LREE/HREE比值(6.61~15.00)与明显的正Eu异常。白云岩至少经历了两期白云石化过程,白云石化流体均具有强烈的轻重稀土分异特点。早期白云石化过程导致Sr的流失与Mn/Sr比值的增加,随着重结晶等成岩作用的加强进一步导致Mn/Sr增加、稀土元素的流失等。晚期白云石作用形成了标志性热液矿物—粗晶鞍形白云石胶结物。