低频缺失下跨孔雷达包络波形反演

全波形反演方法作为一种高分辨率成像手段在跨孔雷达反演中得到有效应用,但其仍受局部最小问题影响。一个有效的解决方法是为反演提供一个准确的初始模型。但在应用真实雷达数据时,由于地下介质未知且存在低频数据缺失的情况,全波形反演往往难以获得理想结果。为此,使用对包络目标函数求导的方法,详细推导了包络波形反演的梯度公式。该方法与传统全波形反演方法在原始数据低频成分缺失情况下的反演结果对比表明,该方法能够有效还原缺失的低频信息并且对低频缺失数据有更好的反演能力,可以直接为地下介质提供定量解释。     

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。      

岩土超声波测试研究进展及应用综述

超声波在岩土介质中传播时携带了许多与岩土物理力学性质有关的信息,这些信息可综合反映到声学参数如超声波速、衰减系数、波形、频率、频谱及振幅等的变化上,根据这些参数可反演得到岩土体的物理力学指标及细观结构特征,从而解决一系列的岩土工程问题。首先对超声波无损检测可以解决的岩土工程问题进行了概述。其次系统地阐述了土体和岩石(体)超声试验的研究进展:土体强度参数声学特性的试验研究、土体微结构参数的超声探测、岩石强度参数的超声测试研究、超声波速在岩石破裂方面的应用研究、超声波声波衰减在岩石材料中的应用、超声波速度和衰减各向异性的研究及超声波流体流动试验的研究。最后,笔者将超声波测试拓宽到土石混合体研究领域,探讨了不同含石量试样的波速和衰减规律,以及损伤声学参数对试样在单轴压缩作用下裂纹扩展的细观损伤特性的研究,更进一步说明了土石混合材料即不有别于土也不同于岩的特殊性。在以上研究基础上,基于超声波岩土试验国内外研究动态的总结,对其未来的发展趋势进行了展望。     

离散介质中地震波传播的本构问题

实际地球介质是相当复杂的.基于均匀的、连续介质模型建立的弹性波动理论可能导致对地球结构地震响应的不当解释, 有时可能是错误解释.由于没有更接近实际地球介质模型的波动理论, 许多有用的地震信息因得不到合理解释, 被作为噪音处理了.从等效介质角度来看, 储层介质可以划分为弹性区、粘性区、空白区(空白区是由孔隙、裂隙、结构面产生的介质性质弱化区) 组成的离散介质.在局部平均思想的指导下, 利用区间内聚定理建立起离散(储层) 介质的本构关系, 为建立更接近实际地球介质模型的波动理论提供了力学基础.      

一种针对岩土工程缺陷检测问题的冲击映像方法及应用研究

采用各种探测手段揭示目标介质内部构造的信息一直是工程界所关心的重要课题。以弹性波在不同介质交界面传递特性为理论基础,明晰冲击映像检测方法的基本原理。采用有限差分数值模拟方法,针对含有低速夹层的水平层状介质模型,获得各工况下响应波形数据,并对其进行振幅大小、主频能量及时频分析,从而揭示当低速夹层介质的物理参数改变时,在模型表面一定位置所接收到的响应波形的振幅、频谱及时频的变化规律,验证冲击映像检测方法有效性和精确性。在数值计算的基础上,将冲击映像法应用于天津滨海海河沉管隧道底板注浆效果检测分析,根据现场采集的实测响应波形数据,通过对响应波形可视化处理、频谱分析及时频分析,比较注浆前、后的弹性波特性变化,实现对沉管隧道底板注浆效果的综合评价,获得了良好的检测效果。     

基于楔形模型的波形结构属性特征研究

随着石油勘探领域的快速发展,勘探精度要求越来越高,关于薄层的定量解释也亟待解决。这里提出在自适应时窗上提取波形结构属性,并建议利用此方法对薄层作定量解释。首先基于楔形模型介绍地震垂向分辨率问题;其次给出波形结构属性的定义与方法原理;最后着重分析固定时窗、半个峰谷时窗、自适应时窗对波形结构属性提取的影响,并详细分析波形结构属性随楔形厚度的变化情况。通过理论模型的建立、波形结构属性的提取分析得出结论:在自适应时窗上提取波形结构属性,更能反映波形随楔形厚度的变化,并有效地刻画了振幅随时间的变化,其实质也是在提高地震垂向分辨率,有助于对薄层作定性和定量的分析与解释。     

抽水蓄能电站锚索无损检测试验研究

为了评价弹性波反射法应用于锚索无损检测对锚固质量的影响,在新疆阜康抽水蓄能电站库岸边坡进行了锚索无损检测试验。基于弹性波反射法的基本理论以及预埋锚索传感器,对锚索无损检测的数据采集、信号激发部位、锚固体波速等方面进行系统地研究。研究结果表明:接收传感器位置固定,激发部位为安装接收传感器的钢绞线时,接收信号振幅最大;激发部位为锚索托盘时,接收信号振幅其次,但干扰信号较大;锚索锚固体波速随着注浆龄期和张拉荷载的增加呈降低趋势。基于弹性波反射法可以对锚索长度进行检测并定量分析,但目前弹性波反射法对锚索锚固体的注浆密实度只能进行定性评价,未达到定量评价的精度,试验结果对研究锚索无损检测技术的同行有一定参考和指导作用。      

多参数全波形反演研究进展

多参数全波形反演,提高了复杂构造地震成像和解释精度。按照地球介质假设,分别总结了声波介质、弹性介质、各向异性介质以及粘弹性介质多参数全波形反演的研究进展情况、存在的问题及解决策略。探讨了同步反演和顺序反演在多分量地震数据多参数全波形反演中的重要作用。着重剖析了多参数全波形中参数耦合化问题产生的原因,分析了各种解决方法的优势和弊端。指出了多参数全波形反演从理论到实际应用存在的瓶颈,对于开展多参数全波形反演研究具有重要的借鉴意义。     

在计算合成震波图中震源和接收器井孔效果的组合

由于震源移入不同的地层及由于井孔环境的变化，井孔震源的辐射图形有很大变化，同样，地震检波器也有能够影响记录波形的接收图形。我们用两种方式将这些振幅和相位以合成震波图中。首先，由３－Ｄ有限并分的直接解为相对较小的地球模型提供精确的全波形解。对于震源／接收器大间距的模拟，我们将震源辐射的静止相位解与射线追踪的接收图形相结合。有限差分震波图与从均匀试验介质中计算出射线追踪结果的比较表明：根据射线计算出的     

利用管波信息进行定量解释的方法

管波探测法在桩底溶洞探测(基桩半边嵌岩)和基桩抽芯检测中(桩身完整性)具有良好应用前景,然而,目前主要是依据管波时间剖面进行定性解释,笔者从实践经验中提出了利用管波信息(直达管波到达时间、中心频率、反射系数)进行定量解释的方法,将定性解释与定量解释联合应用,提高了管波探测法的解释精度,通过模型桩实验表明:利用管波信息进行定量解释的方法是科学可行的,并能获得较好的地质解释效果,同时,可改善基桩完整性"钻芯法"检测的一孔之见等弊端。     

基于Hilbert-Huang变换的阵列声波测井信号时频分析

针对目前阵列声波测井信号的信息提取主要集中在纵波、横波、斯通利波等组分波的速度、衰减的处理分析上, 对频率特征的分析还缺少足够的重视的不足, 引入了Hilbert-Huang变换(HHT) 时频分析方法及瞬时频率的概念, 给出了阵列声波信号的经验模态分解及其时频分布, 并对实际阵列声波的波形信号进行了HHT时频处理与剖析.把这种方法用于区分和识别岩石构造破碎带取得了理想的效果.从阵列声波测井信号处理和构造异常的地球物理意义两方面表明, IMF序列能更好反映原始数据固有的物理特性, 所使用的EMD分解是有效和易行的, 为HHT分析在阵列声波测井信号处理中的应用, 进行了有益的探索.      

top-hat变换与庐枞矿集区大地电磁强干扰分离

作为一种非线性信号处理方法,基于数学形态学的广义形态滤波已经展现出其在大地电磁时间域信号去噪中的作用;然而,广义形态滤波在滤除大地电磁时间域信号中噪声波形的同时,也滤除了时间域信号中包含有用信息的缓变化。针对这一问题,提出一种基于数学形态学top-hat变换的大地电磁时间域噪声压制方案,利用top-hat变换对波峰和波谷的检测能力,采用直线型结构元素,对大地电磁时间域信号进行去噪。用该方法对庐枞矿集区大地电磁实测数据进行处理后,数据的标准差与曲线相似性参数都优于处理前数据,表明所提方法能够去除噪声波形并保留时间域信号的缓变化,恢复受噪声污染的大地电磁时间域信号,提高大地电磁视电阻率曲线的质量。     

循环荷载下含软弱夹层岩体声学特性试验研究

利用振动试验台系统研究循环荷载作用下含软弱夹层岩体的疲劳损伤特性,结合超声波检测仪和动态信号测试分析系统,对疲劳损伤过程中缺陷岩体声学参数进行实时的监测和细致的研究。结果表明:整个疲劳周期内,不同损伤阶段超声波波速变化最为敏感,呈倒S型衰减规律;波形在损伤过程中从近似半圆形逐渐发生畸变,波形相关性系数总体上随循环次数比的增加呈下降趋势;超声波波幅在疲劳损伤中期波动较大,频域最大幅值和主频变化特征曲线规律不明显,仅在临近破坏时才表现出快速下降趋势,无法对其真实频域特性进行有效分析和识别。最后,基于超声波波速定义损伤变量,提出以Logistic方程的逆函数形式或4次多项式方程来描述含软弱夹层岩体疲劳累积损伤演化方程。研究成果可为各类振动环境下边坡的疲劳稳定性评价和加固工程设计奠定理论基础。     

基于共轭梯度法的全波形反演

全波形反演是一种全新的地震成像方法,主要利用全波形信息反演地下介质参数,通过非线性优化波场理论值和观测值的残差实现波形反演。基于时间域声波方程,建立了时间域波场残差目标函数,以分层模型为例,分别从波场精度、目标函数收敛性和运行时间3个方面,比较了共轭梯度（Conjugate Gradient,CG）算法和拟牛顿算法（Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,BFGS）反演的效果。同时,应用共轭梯度法对正、逆断层模型和Marmousi模型进行了速度结构反演。反演结果表明:共轭梯度法计算效率较高,反演得到的速度模型精度更高,反演效果较好,是一种有效的波形反演方法。      

二维随机介质对声波传播影响

地层的形成是随机性和不确定性,用基于随机理论的方法来描述更为适合。利用随机介质建模的方法来描述地下介质中的小尺度非均匀性。为了考察小尺度非均匀性介质中声波的传播特性,建立了不同尺度的二维随机介质模型,利用有限差分法模拟随机介质中的声波场。分别对比不同自相关长度条件下地震记录及其波形与振幅谱,研究这些特征量与随机介质模型的自相关长度的关系。结果表明,自相关长度作为描述小尺度非均匀性尺度的参量,对声波在随机介质中传播影响很大。     

直墙拱形巷(隧)道岩爆试验及劈裂与剪切分析

针对岩爆试验及监测研究的不足,开展了直墙半圆拱形巷（隧）道岩爆单轴压缩试验、声波监测及岩爆破裂的劈裂与剪切分析。结果表明,巷（隧）道围岩呈现起伏粗糙破裂面和劈裂后的薄块体,试样整体也呈现出明显的劈裂岩爆现象;波速可以很好地反映围岩内部损伤演化进程,将围岩波速由持续不变到开始变小点作为临界损伤点,可以通过监测波速变化进行围岩岩爆的预测预报;通过监测声波波形尤其是对波形稀疏、周期变长的监测,可以很好地掌握围岩内部的全程发展变化情况;通过综合监测声波的波速、波形稀疏、周期变长,达到定性、定量相结合,及时、准确地预测、预报岩爆,以保障人员、设备安全;得出了由应力强度比和压拉比来判定劈裂岩爆发生的综合表达式以及与应力强度比岩爆烈度分级标准相对应的压拉比数值;劈裂岩爆发生的应力强度比即应力判据在0.27～0.80之间（R为10～30时）;随着满足劈裂岩爆发生的应力强度比的增大,其越接近满足剪切破坏条件,破坏主要形式将向剪切破坏方向发展。     

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。     

循环荷载下砂岩疲劳损伤过程的声学特性分析

利用电液伺服疲劳试验机系统研究了砂岩在单轴受压循环荷载作用下的疲劳损伤特性,配合智能型超声波检测设备及损伤在线实时监测系统,对砂岩试件在疲劳损伤过程中的声学参数（超声波速、时域波幅、波形）进行了实时的测量及详细地分析研究。结果表明,在循环加载过程中横向超声波速随损伤的发展变化比较敏感,呈现有规律的倒S型三阶段衰减现象,可以客观地描述砂岩的疲劳损伤特性及直观地反映疲劳损伤的各个阶段;超声波时域幅值在砂岩疲劳损伤过程中变化不稳定;波形在砂岩损伤过程中从有规则的纺锤形逐渐发生畸变,波形相关系数随循环次数的增长呈现整体下降趋势。研究成果进一步丰富了声学数据在疲劳损伤过程中的应用,从声学角度探讨了岩石疲劳损伤过程的微观机制,为进一步选择声学参数进行岩石疲劳损伤过程的跟踪识别提供试验依据。