煤层陷落柱散射波数值模拟与成像

煤层陷落柱是煤田勘探开发中常见的一种典型的非均匀地质体.由于来自陷落柱的反射信号少、反射能量弱,使得基于反射波原理的常规地震成像方法难以有效识别陷落柱.本文以散射波理论为基础,采用数值模拟方法,研究了陷落柱的散射波场特征,研究表明地面接收的波场中含有来自陷落柱陡倾角界面的散射波场.通过共散射点道集波场的模拟,可以清晰地识别散射波,获得地下散射点和非均匀地质体的信息,判断散射点的位置,从而勾画出不均匀地质体的形态.采用等效偏移距假设抽取共散射点道集,在此基础上进行叠前偏移,对陷落柱成像;模拟与实际数据成像结果对比表明此方法能够合理地提取散射点的散射波场信息,对陷落柱形态及内部结构准确成像,是一种有效的煤田陷落柱成像方法.     

地震散射波的高精度数值模拟与振幅分析

随着地震勘探要求和技术的不断提高,散射波地震勘探方法逐渐引起人们的重视,尤其在构造复杂地区的高精度勘探中,散射波理论具有广泛的应用前景.本文在讨论了现阶段几种散射波数值模拟方法的利弊后,设计了一种基于微扰论的FK域积分法,在散射场的二次震源和空间能量衰减处理两方面做了改进,其计算精度和效率均得到了提高.此外,采用该算法针对散射波动力学进行了正演模拟试算,从扰动介质空间分布和扰动量两个角度定量地分析了散射波振幅动力学方面的特征.在此基础上得到了五个经验常数,并给出了对应的计算公式和物理意义,通过这五个常数可以划分散射波不同形态的动力学特征.     

地震散射波模拟成像方法在铜陵某矿区的应用

针对深部隐伏的金属矿床,以铜陵某矿区为例,应用散射波正演模拟技术,对金属矿地震数据野外采集中涉及的偏移距、覆盖次数、道间距等参数进行了不同炮记录的模拟对比,辅助指导非均匀地质体金属矿地震勘探野外数据采集的观测系统设计;针对该地区实际采集的地震数据,应用基于等效偏移距的共散射点成像方法,对金属矿地震数据进行了处理,通过与常规反射波法处理结果对比,散射成像效果较好,说明散射波技术在金属矿地震勘探中应用有一定的可行性和适用性.     

地震多级散射波正演模拟方法

地震波在穿越地下散射体群时会产生多级散射波,分析其地震响应特征,可推断散射体的分布情况和性质。本文从二维标量波动方程出发,结合地震散射理论和波恩近似理论,推导了多级散射波方程。在此基础上,采用高阶有限差分法对双点散射体模型和复杂散射体模型进行数值模拟,分析了多级散射波的传播规律和波场特征,并通过抽取多级散射记录和各级散射记录的单道记录与参考单道记录的对比,验证了本文推导散射波方程的准确性。      

地震多次波成像

地震资料含有各种类型多次波,而传统成像方法仅利用地震一次反射波成像,在地震成像前需将多次波去除.然而,多次波携带了丰富的地下结构信息,多次波偏移能够提供除反射波外的额外地下照明.修改传统逆时偏移方法,用包含一次反射波和多次波的原始记录代替震源子波,将SRME方法预测的表面多次波代替一次反射波作为输入数据,可将表面多次波成像.多次波成像的挑战和困难在于大量串扰噪声的产生,针对表面多次波成像中的成像噪声问题,将最小二乘逆时偏移方法与多次波分阶思想结合起来,发展可控阶数的表面多次波反演成像方法,有望初步实现高精度的表面多次波成像.在消除原始记录中的表面多次波后,通过逆散射级数方法预测得到层间多次波,将层间多次波作为逆时偏移方法的输入数据可将其准确归位到地下反射位置.数值实验表明,多次波成像能够有效地为地下提供额外照明,而可控阶表面多次波最小二乘逆时偏移成像方法几乎完全避免成像噪声.

     

井地地震CT成像数值模拟研究与应用

由井地地震CT成像原理决定,其在提高生产效率、降低生产成本和扩大勘察范围上具有突出优势.本文针对井地观测系统,重点通过对ART和SIRT重建方法进行数值模拟对比研究,分析得出二者在井地地震CT应用中的优缺点及适用条件,提出了如何提高影响成像质量的射线分布密度、均匀性和正交性.最后选择收敛快速稳定的SIRT算法应用于实际,取得良好的生产效果,很好的验证了井地CT成像技术的正确性,可行性和实用性.     

与唐山地震有关的深部岩石力学特性的数值模拟

根据构造地震的发生机制,本文提出了一个数学模型。该模型不仅能模拟岩石摩擦试验的粘滑特性,而且在该模型基础上建立起来的数值模拟方法能对构造地震的发生作出定性和定量的分析,并经过对唐山地震序列的数值模拟,可得到对震源深部岩石的力学性质的一些认识。     

天然地震转换波偏移成像方法

当地震波在层状介质中传播,P波通过速度界面时,会产生PP型折射波和PS型折射转换波．本文利用PS转换波与初至P波的到时差,提出一种不需要拾取P波和转换波震相的转换界面偏移成像方法．文中对三种不同的理论模型,在正演计算的基础上,采用了上述方法进行数值计算,计算结果表明,这种方法能够确定转换界面的位置和形态．这一方法的实现将有利于利用天然地震资料研究地球深部结构。     

塔里木盆地深部构造的地震转换波探测结果

塔里木盆地深部构造的地震转换波探测结果邵学钟,张家茹（国家地震局地质研究所,北京１０００２９）根据国家“八五”重点科技攻关项目《塔里木盆地油气资源》的需要,我们于１９９２—１９９３年在塔里木盆地开展了地震转换波测深工作．目的是探明地壳和上地幔深部构造...     

塔里木盆地深部构造的地震转换波探测结果

塔里木盆地深部构造的地震转换波探测结果邵学钟，张家茹（国家地震局地质研究所，北京１０００２９）根据国家“八五”重点科技攻关项目《塔里木盆地油气资源》的需要，我们于１９９２-１９９３年在塔里木盆地开展了地震转换波测深工作．目的是探明地壳和上地幔深部构造...     

Numerical simulation and development of data inversion in borehole ultrasonic imaging

The major function of underground nuclear waste disposal is to avoid the migration of radionucleides towards the biosphere during their active period. This function can be deteriorated by the EDZ (excavated damaged zone) around the excavation. The EDZ analysis is therefore crucial in the performance assessment of the storage. The paper deals with the determination of the EDZ around a nuclear waste storage cavity using borehole ultrasonic imaging (azimuthal tomography). Indeed, before processing experimental data obtained with this tool, it is necessary to establish that data can be satisfactorily inverted. This analysis is based on a method that is able to sound and image the rock mass velocity field. The velocity field is numerically simulated (3D geomechanical modeling) based on an assumption on the relationship between stress and velocity fields. In order to evaluate a radial velocity profile starting from inter-sensor distance and their corresponding traveltimes, different ray tracing algorithms are tested using synthetic data. These tests led to a simple and fast approach (implemented in a Mathematica package) to process a large quantity of data.     

Characteristics of faults and shear zones in deep mines

The characteristics of fault and shear zones to depths of 2.5 km are well documented in deep mines in North America. The characteristics may be summarized as follows. (a) Fault zones usually are irregular, branched, anastomosed, and curved rather than simple and planar. (b) Faults are generally composed of one or more clay or clay-like gouge zones in a matrix of sheared and foliated rock bordered by highly fractured rock. (c) The widths of fault zones appear to be greater when faults have greater displacement, probably as a result of a long history of repeated minor movements. Fault zones with kilometers of displacement tend to be 100 m or more wide, whereas those with only a few hundred meters of displacement commonly are only 1 m or less wide. (d) Some zones represent shear distributed across hundreds of meters without local concentration in a narrow gouge zone. (e) Many fault zones are wet even above the water table, and water moves along them at various rates, but some also serve as subsurface dams, ponding ground water as much as several hundred meters higher on one side than on the other. No striking differences in the characteristics of faults over the vertical range of 2.5 km are documented.     

地热深井生产过程的井筒传热数值模拟

从地热储层中提取热流体的过程中,在井筒流体与周围地层之间存在着热量交换,使得热流温度发生着变化,为探究流体在生产井中的热量损失过程,本文的目的 是开发一种可靠的数值模型用以说明地热井在生产过程中的流动与换热问题,在此选取COMSOL Multiphysics建立了仿真模型,并对模拟结果进行了解析验证.井筒热量损失的表征要素除了温度以外,热损失功率也起着至关重要的作用,为了全面评价地热生产井的热能损失,故对井口水温及热损失功率两项评价指标进行研究,分析得出水的操作参数及环空热导率变化对井筒热损失的影响.研究结果表明:(1)数值模拟中应用TD代数表达式的连续形式与解析模型中应用Ramey定义的f(t)不连续函数表达式进行热流温度的求解时,对于较长的生产时间,数值解与解析解吻合良好.(2)井底水温的线性变化也将带来井口水温和井筒热损失功率的线性变化,井口水温和井筒热损失功率随井底水温的变化直线斜率随时间的增加略有减小,纵截距也略有减小,说明时间越长,井口温度升高的越慢,井筒热损失功率增大的越小,系统越趋于稳定状态.(3)增量为10 kg/s的采出流量与增量为10℃的井底水温相比,对井口水温的升高及热损失功率的减小影响程度均相应减弱,最终也将趋于稳定状态.(4)环空热导率对井口水温和井筒热损失功率的影响呈现相反的效应,即环空热导率增大井口水温降低,井筒热损失功率增大.结论 认为,综合考虑热流温度及井筒热损失功率两项指标对于高效地热能开采,提高热能利用率等方面具有重要意义,并可全面评价井筒的热量损失大小,为地热能开发提供可靠理论依据.     

深厚软弱地基上桩箱基础高层建筑地震反应特性数值模拟

根据土体—结构体系整体分析方法，以某26层桩箱基础框架—剪力墙高层建筑为例，探讨了深厚软弱地基与输入地震动特性对桩箱基础高层建筑地震反应的影响。通过数值模拟，得到以下结论：地震作用下高层建筑的地震反应与建筑物的地基条件与输入的振动特性等因素有关。一般地，SSI效应使上部结构的绝对加速度反应减小，但当输入加速度峰值较低时，建筑物部分楼层的绝对加速度反应有可能增大。在给定的输入地震动作用下，SSI效应使上部结构的楼层相对位移增大，但也可能存在减小的情况。分析结果表明：SSI效应对深厚软弱地基上桩箱基础高层建筑地震反应有很大的影响，在此类建筑的抗震分析中考虑SSI效应的影响是必要的。     

大功率激电测深法寻找焦家式深部金矿床的试验应用研究

利用大功率的激电测深法可以寻找焦家式深部金 矿。首先,由物理和数学推导建立多层极化体的数 理模型,其数理模型产生的极化场可由多层若干 个极化单元场相叠加而成。由多次去除极化单元 场的原理而导出大功率激电测深资料进行消除浅 部强激电干扰异常的数据处理公式,从而突出了 深部矿床的激电异常。并利用处理后的激电测深 曲线,定量求取了深部金矿蚀变矿化带的顶界面 埋深。     

Seismic imaging of deep hydrocarbon reservoirs

This paper examines those aspects of reflection seismology which require special consideration when imaging deeper hydrocarbon reservoirs, including the constraints imposed by vertical resolution, lateral resolution, and velocity analysis. We derive quantitative expressions relating the uncertainties in stacking velocities and in interval velocities derived from stacking velocities to acquisition parameters, as well as expressions for the lateral resolution which can theoretically be achieved for migrated seismic images. This analysis shows that the most significant limitations of seismic imaging at depth involve the finite lateral resolution of the seismic method, and the proper lateral positioning of seismic images. These difficulties are overcome in large measure through the proper migration of a seismic dataset, which becomes more critical as deeper horizons are imaged. If these horizons are suspected of having significant 3-D structure, a strong argument may be made for acquiring a 3-D seismic survey over the prospect. Migration of this dataset will then generate an image of the subsurface with good lateral resolution in both the X and Y directions.     

SPICeD: imaging the deep Earth

Michael Kendall and George Helffrich respond to Alan Douglas's paper in the previous issue of Astronomy & Geophysics with a prototype three-component broadband seismic network for the UK.
There are two boundaries in the Earth's deep interior that are as significant in terms of contrast in material properties and dynamics as the lithosphere–atmosphere boundary, where we live. The natures of the core-mantle boundary and the inner-core/outer-core boundary have significant implications for the stability of the Earth's magnetic field, style of convection, moment of inertia and length of day. An array of broadband three-component seismometers (SPICeD) spanning Scotland, England and France has been deployed with the aim of studying these dramatic interfaces within the Earth. A secondary aim of the deployment was to install a working prototype for a permanent three-component broadband seismic network in the UK, as advocated by Alan Douglas in the previous issue of this journal (Douglas 2001).     

深厚软弱地基上相邻桩箱基础高层建筑地震反应的数值模拟

采用二维有限元整体分析法对深厚软弱地基上相邻的双幢桩箱基础高层建筑的地震反应进行了数值模拟，探讨了SSI效应对双幢高层建筑地震反应的影响规律；并分析了深厚软弱地基上双幢高层建筑和单幢高层建筑地震反应之间的差异。一般地，SSI效应使深厚软弱地基上相邻的双幢高层建筑各楼层的绝对加速度反应要比单幢高层建筑的反应略小一些，但也可能使双幢高层建筑中部楼层的绝对加速度反应大于单幢高层建筑的反应。与此相反，SSI效应一般使相邻的双幢高层建筑各楼层的相对位移反应有所增大；但也可能使双幢高层建筑各楼层的相对位移反应有所减小，两者的差异与场地条件、输入地震动特性有关。此外，还探讨了双幢高层建筑的间距对其地震反应的影响。随着间距的增大，双幢高层建筑的地震反应趋近于单幢高层建筑的反应。输入加速度峰值越大，场地土越软，相邻的双幢高层建筑的间距对其地震反应的影响越大。