基于数字电极技术的电法测量系统

本文分析了电阻率层析成像系统的阵列电极的特征和现代地震勘探采集系统的数字检波器技术,提出了基于数字电极的电法测量系统设计,这种设计将实现电法测量的一次创新;然后较为详细讨论了数字电极的电路结构、系统的总体设计、控制通信网络拓扑结构和其他关键技术,该系统的通信网络结构基于DeviceNet现场总线;最后描述了该系统的功能特点,它不仅用于电阻率、激发极化、相位以及复电阻率的等多种方法,而且可用于时间域或频率域中的2D、3D电法勘探,并同时测量多种装置的数据,实现拟地震方式的勘探.     

三维激发极化法反演研究及其在金属矿勘探中的应用

激发极化法在金属矿、硫化矿等资源勘探方面应用较广.随着勘探设备与计算机硬件的发展,所采集到的数据具有观测数据量大、布极方式多样等特点.针对实测数据的特点,我们研究完成了基于并行技术的激发极化法对数反演算法,该算法具有如下特点：（1）通过压缩存储技术和并行技术的集成实现了可以处理大数据特征的反演算法;（2）利用对数反演来约束每次计算得到新模型的电导率恒为正,充电率在0到1之间变化,从而保证反演的稳定性和可靠性.本文首先设计了两组对比模型进行试验,通过对不同区块数据采用不同加权的方式来减弱噪声对反演结果影响的效果;其次,采用并行技术提高了反演的计算速度,并利用理论模型分析了不同电极装置对反演分辨率的影响.最后,在甘肃某金属矿开发前景区利用激发极化法开展了中梯装置的采集工作,利用加权后的观测数据反演推断出了测区金属矿开发靶区的大致位置及分布特征.     

电容耦合式电阻率法在城市遗址考古勘探中的应用

城市密集柏油公路网和坚硬水泥地面给地下遗址考古勘探造成了很大困难,传统的高密度电阻率法需要插置电极,无法在城市环境中使用。电容耦合式电阻率法采用非侵入式的方式,通过特制电极与大地形成电容器产生电流进行电法勘探,特别适合城市硬地表介质的条件。为了检验电容耦合式电阻率法在城市遗址考古勘探中的应用效果,在地处杭州市主城区的吴越捍海塘遗址进行了电容耦合式电阻率法探测试验,采集多个收发距的电法数据,对数据进行反演处理,将反演结果与考古发掘结果进行对比分析。结果表明,反演的电阻率图像推断结果与考古发掘结果基本吻合,电容耦合式电阻率法是城市遗址考古勘探的有效方法,具有广泛的应用前景。      

基于压缩感知的多跳地震数据采集技术与方法

随着油气地震勘探目标的复杂程度日益提高,地震数据采集系统的道容量也需要得到进一步的提升.本文根据压缩感知、稀疏表示等理论,提出了一种多跳恒传输量的数据采集框架,以减少每条测线上地震数据的传输量,进而提升采集系统的道容量.为了能够明显地提高带道能力,设计了基于有序并行原子更新的字典学习算法,该算法能够在计算量较小的前提下有效的得到相应数据的稀疏变换矩阵.基于压缩感知的多跳地震数据采集方法已能够在吉林大学研制的无缆自定位地震仪中实现.本文最后使用一组仿真数据和一组实测数据进行测试,其结果表明,数据采集信噪比控制在14 dB以上(引入噪声约18%)时,最多可以将系统的道容量提高3倍以上.     

超高密度电法全四极装置正反演

超高密度电法是一种新型、高效且实用的电法勘探方法,数据信息量是常规方法的数十倍以上.本文从超高密度电法的基本理论与数据采集方式入手,阐述了超高密度电法的全四极装置观测方式,推导了基于双线性插值、三角形剖分的超高密度电法正问题有限单元法求解方法;提出了超高密度电法的偏导数矩阵混合求解及最小二乘广义线性反演算法.以一个典型地电模型为例,分别采用超高密度全四极装置与五种常规排列装置进行正演模拟并反演成像,反演结果表明,超高密度全四极装置相对于单一装置采集方式具有探测数据量大、抗干扰能力强、数据反演异常结果能够更好的刻画实际地质情况的特点.最后,采用超高密度电法对倾斜板状体地电模型进行正反演,说明了该方法能较好的反映出地下电性的分布,有效提高物探解释的可靠性及勘探的准确性.     

中国煤炭电法勘探36年发展回顾

1980年以来,中国煤炭电法勘探经历了三十六年的发展过程.根据煤炭地质勘探任务和电法勘探技术特点,中国煤炭电法勘探的发展历程可分为三个阶段,即:1980年-1989年,以地面直流电法为主的勘探阶段;1990年-1999年,以煤矿井下直流电法为主的勘探阶段;2000年-2015年,以地面和井下瞬变电磁法为主的勘探阶段.文中分析了不同阶段主要方法技术的研究背景与成果,结合当前煤炭电法勘探的应用与技术现状,根据煤矿安全生产需求,指出了我国煤炭电法勘探在基础理论、数据采集、资料处理与解释以及仪器装备方面的发展趋势.     

基于主成分-正则化极限学习机的超高密度电法非线性反演

超高密度电法是一种新的地球物理探测技术,它通过多通道数据采集和多装置数据联合反演,极大地提高了电法勘探的成像精度.本文提出一种主成分-正则化极限学习机(PC-RELM)非线性反演方法,该方法针对超高密度电法所获取的高维勘探数据进行反演建模,通过随机设定隐层参数来简化模型的学习过程,通过主成分分析方法来进行高维数据降维,最后引入正则化因子提高反演模型的泛化能力.论文给出了超高密度电法的原理、样本构造方法和非线性反演流程,使用交叉验证方法获得了优化的隐节点数目和正则化参数,构造了优化的反演模型.通过两个经典的超高密度模型的反演结果表明,该方法能够较好地解决超高密度电法反演的高维数据非线性建模问题,能够弥补单一装置数据反演的不足,同时相较其他的非线性反演方法(ELM,BPNN和GRNN)具有更加准确的反演结果.     

复杂地表环境下便携式地震勘探数据采集软件

为解决复杂地表环境下地震勘探施工困难和低效率的问题,我们利用Visual Studio 6.0的微软基础库类（MFC）框架,运用C++汇编语言,开发出一套基于Windows操作系统的便携式地震勘探采集软件,可以替代常规的大型采集设备。软件开发中采用经典的三层式体系结构,提高程序安全性与拓展性,引入多线程技术提高软件运行效率。软件能够实现包括SEG-Y、SEG-D格式数据采集、保存与处理;地震波频谱分析、数据截取及合并等功能。野外实际数据采集测试结果表明,本系统具有运行稳定、操作便捷和处理高效等优点,有广阔的应用前景。      

电阻率层析成像数据采集系统

上世纪90年代出现的电阻率层析成像技术是电法勘探的革命性进展．目前已在硬件和软件上取得重大发展．对数据采集系统,本文以MIR／MIS仪器为主从电极转换器、测量主机、控制软件、阵列电极和电缆系统几个方面全面地介绍了该技术的原理与设计。对主要的技术性能进行了讨论,对比和分析了不同设计思路的特点和利弊．简单介绍了国内外同类仪器的发展概况。     

抗干扰编码电法仪的实现及应用

为了提高电法或电磁法仪器的抗干扰能力,采用伪随机编码的脉冲序列作为激励源,应用通讯领域的伪随机编码相关检测技术和信号过采样等先进技术,开发出具有强抗干扰能力的电法勘探硬件采集系统和资料处理软件系统.通过仿真检测和在不同勘探领域的实测试验,证明了该方法的可行性与有效性.实现的抗干扰编码电法仪达到了预期效果,展示了优越的抗干扰能力,可以用于城市、矿山、电站和铁路周边等强干扰地区的电法勘探.     

中国大陆科学钻探孔区全观式三维地震采集

大陆科学钻探不仅是打一口钻,而是深部钻探同地球物理遥测结合起来的相互反馈系统,这里地球物理遥测主要是指三维深反射地震. 中国大陆科学钻探孔区三维地震调查是大陆科学钻探工程的一项重要内容. 在数据采集中提出了全观式三维地震调查新技术,它是指排列不滚动的三维地震调查,即将地震检波器铺满全部测区的一种地震采集方法,尤其适合于有限面积的三维地震工作. 这种方法的优点是：(1)快速高效; (2)叠加次数高; (3)与常规三维地震相比成本大幅度减少. 在中国大陆科学钻探孔区内进行的全观式三维地震测量,全面实现了预期目标,包括：(1) 配合钻探查明孔区地质构造,将钻探的一孔之见扩展到深6000m、长宽超过3000m的三维岩柱;(2)提供高精度定位的地壳反射体以供标定;(3)发现中、下地壳及地幔内的反射体等.     

Dreamlet source‐receiver survey sinking prestack depth migration

Survey sinking migration downward continues the entire surface observed multi‐shot data to the subsurface step by step recursively. Reflected energy from reflectors at current depth appear at zero time and zero offset in the extrapolated wavefield. The data (seismic records) of t > 0 at this depth are equivalent to the data acquired by a survey system deployed at this depth. This is the reason to name the process ‘survey sinking’. The records of negative time need not to be further propagated since they carry no information to image structures beneath the new survey system. In this paper, we combine survey sinking with dreamlet migration. The dreamlet migration method decomposes the seismic wavefield and one‐way wave propagator by complete time‐space localized bases. The localization on time gives flexibility on time‐varying operations during depth extrapolation. In dreamlet survey sinking migration, it only keeps the data for imaging the structures beneath the sunk survey system and gets rid of the data already used to image structures above it. The deeper the depth is, the shorter is the valid time records of the remaining data and less computation is needed for one depth step continuation. For data decomposition, in addition to time axis, dreamlet survey sinking also decomposes the data for source and receiver gathers, which is a fully localized decomposition of prestack seismic data. A three‐scatter model is first used to demonstrate the computational feature and principle of this method. Tests on the two‐dimensional SEG/EAGE salt model show that with reduced data sets the proposed method can still obtain good imaging quality on complex geology structures and a strong velocity contrast environment.     

基于时空局域化dreamlet单程波算子的观测系统沉降法偏移

Dreamlet偏移成像目的是探索一类能够对地震波场和单程波传播算子同时分解和压缩的理论和方法,也即实现在压缩域的传播与成像、地震数据在时间和空间的非平稳性质,决定了要实现地震数据的有效稀疏表示,分解方法必须在时间和空间上同时具有局域化性质.Dreamlet由时间和空间局部分解原子的张量积构成,可以看作一种脉冲-小波束形式的波场分解原子.时空局域化的dreamlet单程波传播算子在对波场沿深度方向延拓时,地震数据在时间轴上总是向同一方向流动.随着深度的增加,部分用于成像浅层结构的数据归位至其空间位置后被dreamlet算子丢弃,波场的有效记录时间变短,每一步用于波场延拓的计算量也相应下降.为了充分发挥这一优势,本文介绍dreamlet传播算子与观测系统沉降法偏移相结合的理论与方法.观测系统沉降法偏移每一步都将记录到的所有数据向下延拓,沉降后的波场等效于把源和检波器都放置在目标深度所能接收的反射数据.Dreamlet观测系统沉降过程只保留用于成像观测系统下部地质结构的有效数据,自动丢弃已经用于成像观测系统上部而对下部成像没有贡献的信号.本文通过二维SEG/EAGE叠后和Marmousi叠前数据算例展示了dreamlet传播算子应用于观测系统沉降法偏移的这一特点.数值算例结果显示,在不影响成像质量的前提下,该偏移方法能够有效减少传播数据量,为发展一种快速高效的偏移方法提供了新的思路.     

鹤岗地震台阵勘选数据分析

作为"一带一路"地震台网项目的子项目,鹤岗地震台阵区域位置特殊,在地震监测中担负着重要使命。2019年,黑龙江省地震局采用Reftek-130B地震数据采集器和CMG-3T宽频带地震计,完成台阵前期勘选工作,连续波形记录时间30天以上,波形记录质量良好。利用该台阵已勘选的15个点位连续波形记录,估计各点位功率谱,通过绘制概率密度函数图和单频曲线,初步分析该地区背景噪声变化特征。分析结果表明,各勘选点位的噪声功率谱密度相对稳定,部分点位受人类活动影响,在10 Hz以上存在突变,3-5、3-6、4-4子台高频变化较为明显,勘选点位的背景噪声变化特征可为今后的地震台阵建设提供依据。     

共偏移距地震反射波方法用于城市活断层探测

在简要介绍共偏移距地震反射波勘探方法原理、现场数据采集和室内资料处理方法的基础上,结合福州和沈阳2个城市的活断层探测实例,探讨了采用共偏移距地震反射波方法进行活断层探测的有效性和局限性。结果表明,该方法具有分辨率高、对地下构造的重现性好、探测结果可实时分析解释等特点,在第四纪覆盖层较薄、基岩面起伏变化较大的地区采用该方法可快速对被测目标进行准确定位     

浅层地震勘探数据拟同步采集时差分析与实践

理想的地震勘探数据采集,其硬件系统采用多道同步方式实现,保证多路信号的时间或相位一致性.理论时差分析表明,就地震信号的初至时刻来看,多路同步采集系统也存在系统误差.浅层地震勘探数据记录道数少,采用单个A/D模数转换器件通过逻辑系统控制实现少量地震道的多路循环分时采集,在满足采样定理所需采样频率和不增加地震信号初至系统误差的前提下,可以以较少的硬件成本实现浅层地震信号的有效采集,这种采集方式我们称之为有效拟同步采集;通过实践证明了其采集方式的有效性.     

基于交叉梯度交替结构约束的二维地震走时与全通道直流电阻率联合反演

在利用不同的地球物理勘探方法对地下复杂介质成像时,因观测系统的非完备性及数据本身对某些岩石物性的不敏感性,单独成像的结果存在较大的不确定性和不一致性.对于地震体波走时成像与直流电阻率成像,均面临着成像阴影区问题.对于地震走时成像,地震射线对低速区域覆盖较差形成阴影区,造成低速区域分辨率降低.对于电阻率成像,电场线在高阻区域分布较少,造成高阻区域分辨率较低.为了提高地下介质成像的精度,Gallado和Meju(2003)提出了基于交叉梯度结构约束的联合地球物理成像方法.在要求不同的物性模型拟合各自对应的数据同时,模型之间的结构要求一致,即交叉梯度趋于零.为了更有效地实现基于交叉梯度的结构约束,我们提出了一种新的交替结构约束的联合反演流程,即交替反演不同的数据而且在反演一种数据时要求对应的模型与另一个模型结构一致.新的算法能够更容易地把单独的反演系统耦合在一起,而且也更容易建立结构约束和数据拟合之间的平衡.基于新的联合反演流程,我们测试了基于交叉梯度结构约束的二维跨孔地震走时和直流电阻率联合成像.合成数据测试表明,我们提出的交替结构约束流程能够很好地实现基于交叉梯度结构约束的联合成像.与单独成像结果相比,地震走时和全通道电阻率联合成像更可靠地确定了速度和电阻率异常.     

黑龙江省地震科学台阵背景噪声特征分析

2019年黑龙江省完成"一带一路"地震科学台阵项目中台址勘选工作,基于科学台阵中136个台址的地面运动噪声数据,通过计算不同频段范围内背景噪声记录的加速度功率谱密度,研究不同环境噪声下科学台阵记录数据的地噪声特征及其台基响应。结果表明：黑龙江西北和东南部地区地面运动噪声水平低,观测环境较好;中部和东北部地区噪声水平较高,大庆地区尤为严重。勘选结果真实反映了黑龙江区域内的背景噪声分布,使我们对本区域地噪声水平和干扰因素有了新的认识。     

Pressure effects on the joint elastic‐electrical properties of reservoir sandstones

We conducted a laboratory study of the joint elastic‐electrical properties of sixty‐three brine‐saturated sandstone samples to assess the likely impact of differential pressure (confining minus pore fluid pressures) in the range 8–60 MPa on the joint interpretation of marine seismic and controlled‐source electromagnetic survey data. The samples showed a wide range of petrophysical properties representative of most sandstone reservoirs. We found that a regression equation comprising both a constant and an exponential part gave a good fit to the pressure dependence of all five measured geophysical parameters (ultrasonic P‐ and S‐wave velocity, attenuation and electrical resistivity). Electrical resistivity was more pressure‐sensitive in clay‐rich sandstones with higher concentrations of low aspect ratio pores and micropores than in clean sandstones. Attenuation was more pressure‐sensitive in clean sandstones with large open pores (macropores) than in clay‐rich sandstones. Pore shape did not show any influence on the pressure sensitivity of elastic velocity. As differential pressure increases, the effect of the low aspect ratio pores and micropores on electrical resistivity becomes stronger than the effect of the macropores on attenuation. Further analysis of correlations among the five parameters as a function of pressure revealed potentially diagnostic relationships for geopressure prediction in reservoir sandstones.