大陆科学钻探与深井地球物理长期观测研究最新进展

随着地球系统科学研究的深入开展以及解决人类所面临的环境、资源、防灾等科学问题的需要，20世纪90年代以来，世界大陆、大洋科学钻探工程研究以及在钻孔深井内进行的地震、地球物理长期观测得到飞速发展，并取得了初步的观测研究成果。本文介绍了日本、德国、美国在深井长期观测方面的最新进展和科研成果，结合中国现实情况，展示了中国大陆科学钻探工程江苏东海现场开展深井地球物理综合观测的初步方案及其观测研究前景。该深井观测站将成为中国第一个无地面干扰的综合性深井地球物理和流体长期实验观测站，预期可以获取客观真实的深井综合地球物理资料，开创中国零干扰条件下地球科学观测研究的崭新局面。     

深井地球物理长期观测的最新进展及其前景

地球科学是以观测为基础的科学.当前, 如何克服城市化、工业化、现代化发展带来的噪音干扰, 提高观测的信噪比, 成为地球科学发展的重要课题之一.开展深井观测是解决地面噪音干扰的主要途径.近年来, 随着地球系统科学研究的深入以及解决环境、资源、防灾等科学问题的需求, 世界大陆、大洋科学钻探工程研究以及在钻孔深井内进行的地球物理长期观测得到飞速发展, 并取得了初步的观测研究成果.本文介绍了世界各国在深井长期观测方面的最新进展, 展示了中国大陆科学钻探工程在江苏东海现场开展深井地球物理综合观测的方案及其观测研究前景.东海深井长期观测站将成为中国第一个无地面干扰的综合性深井地震、地球物理实验观测站, 它是实现我国“入地”科学计划的重要基础, 将开创我国21世纪地球科学观测研究的崭新局面.      

钻孔应变观测现状与展望

钻孔形变观测是研究地壳运动的主要观测手段,同时在地震前兆观测中占有重要地位。本文介绍钻孔应变观测的特点,日本、美国等发达国家在钻孔应变观测开展的情况,目前中国在钻孔应变观测中采用的主要的观测设备、仪器特点,中国应变监测台网的分布,以及中国目前开展的深井地震综合观测系统。     

深井地壳活动综合观测技术略谈

岩石圈在地球内动力作用下，塑造出不同类型的地球表面形态，而通过钻孔地壳活动综合观测技术捕捉地壳应力状态及其动态变化规律，是人类认识地球内动力过程、研究内动力地质灾害机理的重要途径。文章总结了日本、美国等发达国家以及IODP国际合作研究计划在发展钻孔地壳活动综合观测技术方面的贡献，并对中国钻孔应变观测技术及其观测仪器发展历程、研发现状进行了系统性的总结，尤其是“十三五”以来，在深地深海探测国家战略的大背景下，中国地质调查局、中国地震局等单位相继完成井中综合地球物理观测系统研发工作，并在陆域综合观测站中完成野外验证。其中，中国地质科学院地质力学研究所利用系统集成关键技术成功研制的地壳活动综合地球物理观测系统，拥有应变、倾斜、地震、地磁、地温、孔隙压等多种传感器和15个分量，具备观测地壳变形、应力、应变、倾斜、地震及其诱导的地温、水文、地电、地磁等岩石圈地球动力相对变化的能力，已在甘肃山丹（安装深度253 m）、四川平武（WFSD-4,1600 m）观测站投入使用，取得了一定的成效，对中国未来突破3000 m深井地壳活动综合观测技术具有指导意义，可为地球动力学研究、深部矿产和地热资源安全开采...     

深井钻进井底参数测量系统用传感器的分析研究

深井、超深井钻探工程中,钻进工艺和操作技术非常重要,直接影响钻井技术经济指标,目前主要依靠地面仪表显示的读数指标来指导钻进。但是,地面仪表显示的读数与井底钻进工艺参数实际数值有一定差异,而且孔越深,差异越大,据俄罗斯超深井钻井研究结果,这个差异可达20%~30%。为此俄罗斯成功研发出了井底参数测量系统,取得了很好的效果,其中传感器是关键器具。本文将俄罗斯深井钻进测量系统中使用的多种传感器进行了综合整理,包括井底钻井液压力传感器、井底温度传感器、井斜顶角传感器、井斜方位角传感器、井底钻头轴载传感器,介绍了这些井底参数传感器的结构组成及工作原理,并分析了传感器与井底-井口联系通道的配合问题。以期对我国13000 m的特深地质井钻进提供参考。     

深井钻进时井底参数自动遥控系统研究与探讨

利用地面仪表显示的井底数据来指导和优化钻井工艺和操作流程是钻井工程常采用的做法。然而有些井底数据与井底的实际情况有较大差异,井越深,这种差异越大,特别是超深井钻进时更是如此,最终会影响钻井技术经济指标的提高。因此,如何准确测量井底参数并传输到地表进而对这些参数进行相应调控是深井安全高效钻进急需解决的关键难题之一。本文介绍了俄罗斯研究人员提出的深井井底参数自动遥测和控制系统,对井底钻井液压力、井眼方位角、顶角和钻头轴载等井底参数测量、组合传输和自动控制细节进行了分析。这些自动测量和控制系统的设计思想和实施方案对今后我国深井、超深井特别是计划中的13000 m特深井钻进具有一定的参考价值和借鉴意义,值得我们关注。     

自然资源要素综合观测一体化平台建设探索与实践

自然资源要素综合观测一体化平台是集站网运维管理和观测数据采集、传输、保存、挖掘、共享及成果产品于一体的平台,是观测站网的核心。从总体框架、管理系统、特点及优势3方面介绍了自然资源要素综合观测一体化平台的建设情况;结合开展项目,通过数据集成、多源数据融合和模型加载应用阐述了自然资源要素综合观测一体化平台的建设实践;最后,对一体化平台今后工作的重点、方向和技术应用进行了展望。     

基于光纤传感的多参量地震综合观测技术研究

面向地震综合观测需要,自主研制了窄线宽光纤光栅谐振腔,并将其作为核心传感元件,发展了一种基于有效腔长的光纤应变、地震波和温度多参量同步测量新方法。采用边带扫频激光技术实现了高精度多参量光纤信号同步解调,研制出了光纤地壳形变、地震与温度多参量探头,并开展了多参量地震综合观测实验。实验结果表明,所研制的光纤多参量传感系统应变与温度测量分辨率分别达到4.7×10^-10和6×10^-5℃,能够同时记录到清晰的固体潮汐信号、地震波信号以及环境温度扰动,有望为多参量地震同步观测提供先进的技术手段。     

深井电场测量不极化电极特性研究

深井自然电场观测是监测地球深部地质活动的有效手段,对预防地震灾害、深部资源探测有着重要意义。地电场信号一般为mV级甚至μV级的微弱电信号,作为电场传感器的不极化电极,其性能会对测量结果产生重要影响。现有不极化电极主要依靠电化学原理进行工作,按照电化学相关理论,深井中的高温、酸性腐蚀等因素会对不极化电极性能产生严重影响。为检验深井高温及酸性环境对不极化电极的影响情况和电化学原理的不极化电极是否适用于深井测量,进行了相关实验,选取3种电极——Cu-CuSO_4固体不极化电极、铅电极、石墨电极,在模拟深井环境下进行了实验测试。结果表明:常规不极化电极并不适合于深井环境下的电场测量,而石墨电极表现稳定,石墨材料适合作为深井电极制作材料。     

通用工控技术在水文缆道遥测信号系统中的应用分析

通用工控技术是工业生产的通用控制技术,以工厂大规模生产、社会普遍应用为主要特点,其无线控制技术具有可靠性高、灵敏度强、误码率低等优秀性能和模块化的部件特征,可通过搭积木式的优化组合,研发出适合水文缆道测量信号的传输系统。针对陕西省水文缆道遥测信号系统存在问题,对工控技术在水文缆道遥测信号系统应用进行分析,提出水文缆道遥测信号系统设计方案,经在鹦鸽水文站试点试用,效果良好,能够满足全自动缆道信号自动化控制的各项要求,在水文测报中应用前景广阔。     

自适应海洋观测

“自适应海洋观测”指固定或移动的海洋观测平台能够根据海洋环境和信号的变化,自主调节测量和运行参数,获取最关键的海洋信息.自主水下航行器运用自适应检测和采样技术,在研究上升流锋面等实验中显示出前所未有的观测准确度和效率.一个海洋观测系统的综合效能,取决于固定平台和移动平台的功能互补以及自适应观测能力的增强.     

OFDM载波通讯系统在煤层气测井中的应用

测井系统因带宽、调制技术及模拟传输等技术问题,数据传输速率慢且误码率高,难以满足煤层气测井的传输要求,为此设计了基于正交频分复用调制(OFDM)技术的测井电缆高速数据传输系统。该系统采用MAX2991/MAX2992芯片组实现了地面与井下调制解调器的全数字传输,在3~100kHz带宽、BPSK子载波条件下,5km四芯电缆传输速率可达到100Kbit,且误码率小于10-8。该系统在煤层气固井质量检测应用中,有效解决了原模拟系统中存在的全波列信号衰减大、易受干扰等问题,保证了全波列信号的无失真采集和传输,提高了对水泥环胶结质量评价的准确性。     

电磁波随钻测量双向信号传输系统

介绍了自制电磁波双向信号传输装置的基本原理、单元结构关系、相关工作参数以及试验情况。试验结果表明,随钻测量双向信号传输系统在硬岩中传输距离远,可实时传输井下工况信息,也可从地面向井下传输指令,与智能化钻具配合,还可从地面遥控井下钻具。不同波形对电磁波双向信号传输有较大影响:正弦波有较强的抗干扰能力;方波易受地层干扰信号的影响,特别在接收信号微弱时,方波传输信号误码率较高。另外,下传信号比上传信号衰减大。      

浅谈RTK技术在城市测量中的实际操作

RTK（Real Time Kinematic）即实时动态测量系统,是GPS测量技术与数据传输技术的结合,是GPS测量技术中的一个新突破。RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术。其基本思想是：在基准站上设置1台GPS接收机。对所有可见GPS卫星进行连续地观测,并将其观测数据通过无线电传输设备,     

随钻测量信号中继器的设计与实现

为解决随钻测量系统信号在传输中衰减的问题,设计研制了随钻测量信号中继器,在钻孔到达一定深度测量系统信号衰减严重时,在两根中心通缆式钻杆间接入中继器继续测量,有效地解决了信号衰减问题,增强了信号驱动能力,延长了信号的传输距离,保证了随钻定向测量系统的正常工作。      

自然资源要素综合观测一体化平台建设探索与实践

自然资源要素综合观测一体化平台是集站网运维管理和观测数据采集、传输、保存、挖掘、共享及成果产品于一体的平台,是观测站网的核心.从总体框架、管理系统、特点及优势3方面介绍了自然资源要素综合观测一体化平台的建设情况;结合开展项目,通过数据集成、多源数据融合和模型加载应用阐述了自然资源要素综合观测一体化平台的建设实践;最后,...     

矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置研发及应用

针对现有煤矿井下随钻测量系统信号传输必须依赖通缆专用钻杆而不能采用常规钻杆的技术限制,提出泥浆脉冲无线传输技术,以钻杆柱内环空间为信号传输通道,通过对孔内轨迹参数测量、泥浆脉冲载波信号传输、间歇工作模式设计与控制、孔口信号接收与解调处理等关键技术研究,研制了基于泥浆脉冲的矿用无线随钻测量装置YHD3-1500,并在山西晋城寺河和成庄煤矿进行了试验。试验结果表明:泥浆脉冲无线随钻测量装置信号幅度大、传输距离远、工作时间长、工作稳定性强。装置使用过程中不受钻杆限制,不但可提高钻孔深度,又可实现钻孔轨迹实时控制,进一步拓宽了定向钻进应用领域,具有极大的推广应用价值。      

西部山前带观测系统设计方法

山前复杂构造带是西部新区油气勘探的主攻领域之一,西部山前带由于其特殊的表层地震地质条件和深层复杂地质结构,造成静校正问题突出、地震波场复杂、地震资料信噪比低。针对这些难点提出了西部山前带观测系统设计方法,即基于真实地表的综合模型和叠前成像效果、结合CRP分析技术的观测系统设计技术,利用该技术在哈山西三维区块进行了观测系统优化设计,获得了较好的资料效果。     

在地勘测量中应用RTK技术

传统光学仪器测量需要测量点之间通视，数据需要手工记录和进行繁琐的后处理。RTK技术将GPS接收机、现场手持计算机和无线电数据链相结合，实时提供cm级测量精度，可大大提高工作效率，减轻劳动强度。它由基准站、流动站和数据处理系统组成。在基准站安置GPS接收机，对GPS卫星进行连续观测，将观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站。GPS接收机在接收卫星信号的同时接收基准站传输的观测数据，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。RTK技术可以替代常规测量为地质勘查工作快速提供可靠、高精度的测量成果。     

铁岭水文站缆道信号传输初探

随着水文缆道技术水平的不断提高,水文自动化得到快速发展,如何将水下各传感器信号准确无误地传到室内,是一个十分重要的问题;实践证明,没有一个稳定、可靠的信号传输系统,必将严重影响缆道测验的正常运行。结合铁岭水文站缆道信号＂无线＂传输,进行实践,分析了影响信号传输的因素,并提出了解决问题的途径。