不同入射频率下超声波横波在砂岩中的传播特性研究

岩石中超声波横波声学参数与力学参数密切相关,利用超声波横波传播特性可以反演岩石力学参数,但目前相关研究成果较少,因此需要深入开展岩石中超声波横波传播特性的研究。本文以灰砂岩、红砂岩和黄砂岩为研究对象,开展50 kHz、100 kHz和200 kHz频率下超声波横波传播试验;提取波速、主频和最大幅值等声学参数进行砂岩中超声波横波的传播特性研究;通过归一化处理,分析了3种声学参数对弹性模量变化的敏感性。结果表明,在3种砂岩中,横波波速、主频都随入射频率和弹性模量增大呈非线性递增趋势,最大幅值随入射频率呈降低趋势,而弹性模量和入射频率对3种声学参数变化率的影响呈现出不同规律;整体分析发现最大幅值对砂岩弹性模量变化的敏感性最强,基于最大幅值建立了砂岩弹性模量的估算公式;基于波形、信噪比、相关性的综合考虑,建议今后采用50 kHz作为砂岩超声波横波测试的入射频率。研究成果可以为超声波测试技术的发展提供参考。     

花岗岩巷道岩爆声发射信号主频特性试验研究

利用双轴伺服试验机开展花岗岩巷道岩爆模拟试验,采用声发射系统获取岩爆全过程的波形信号。基于频谱分析理论,研究岩爆孕育、发生全过程的声发射信号主频特性。研究结果表明:双轴加载条件下花岗岩巷道岩爆声发射主频分布区间为0.4~110 kHz,其中99%以上的主频值集中在35~65 kHz。声发射信号主频的分布随岩爆演化可分为3个阶段:(1)岩爆孕育前期,大部分主频值集中在35~65 kHz和15~25 kHz区间,且有一定数量接近0.4 kHz的低频值出现,极少出现接近110 kHz的高频值;(2)岩爆孕育中期,主频值集中在35~65 kHz区间,接近0.4 kHz的低频值基本消失,少量接近110 kHz的高频值开始出现;(3)岩爆发生阶段,35~65 kHz区间内的主频数量骤减,接近0.4 kHz的低频值极少出现,接近110 kHz的高频值密集出现。研究结果为优选声发射监测频段提供了方法和依据,且对巷道岩爆的监测预警工作具有重要理论意义。     

水平磁偶极子电磁场特征研究

针对岩层中介电常数和磁导率随深度变化的情况,给出了水平磁偶极子源电磁场的频率域特征及相应的变化规律。采用Kong给出的汉克尔J0变换线性滤波器(241点)和汉克尔J1变换线性滤波器(241点)算法,选用若干个地电模型,讨论了介质的磁导率和介电常数变化时的水平磁偶极子电磁场响应特征。计算结果表明,磁场的Hx、Hy分量幅值基本没有受到磁导率变化的影响,而磁场Hz和电场Ex、Ey分量幅值却随着磁导率的增大而增大;当频率低于106Hz时,介电常数变化对电磁场幅值基本没有影响,但在频率高于107 Hz时,介电常数变化对电磁场幅值受到不同程度的影响。     

煤复电阻率频散机理研究

为了研究在0~200 kHz条件下煤复电阻率频散的物理机理,在恒定电流变频条件下,测量煤的复电阻率幅频相频。利用傅里叶逆变换,将煤的复电阻率频域数据变换成时域数据;利用Cole-Cole模型,将复电阻率频散数据进行拟合;借鉴双电层形变假说理论,对比砂岩频散现象,研究煤的复电阻率频散机理。结果表明:在电流频率为0~200 kHz,焦作赵固矿和九里山矿样品复电阻率频散特征与岩石相似,复电阻率幅值随频率增大而减小,复电阻率相位的绝对值随频率的增大先增大后减小,引起频散特征的原因主要是激发极化,电磁感应的影响程度很小。煤复电阻率测量和频散机理的研究成果为复电阻率测井提供了理论依据,具有一定的应用前景。      

高压电脉冲破岩试验装置的研制

高压电脉冲破岩钻进在国际上被认为是一种在深部钻探中具有广阔发展前景的破岩方法,但在国内研究还很少。本文设计制造了一套高压电脉冲破岩试验装置,包含伺服电动缸、控制柜、岩石容器等部件,试验装置配套了?60 mm和?100 mm的电脉冲钻头,可选择手动或自动加压放电破碎岩石。在放电电压为120 kV、放电频率为1 Hz的条件下进行了红砂岩等岩石的钻进试验,实现了60 mm口径的钻进碎岩。试验结果表明,该装置能满足电脉冲破岩试验的基本要求,可用于电脉冲碎岩室内研究。     

三轴条件下煤体受压破裂电荷感应信号试验研究

为研究煤体破裂程度与其释放电荷之间的联系以提高矿山动力灾害预测准确率,利用自主研制的电荷传感器对某矿原煤试件在三轴情况下进行电荷感应试验,分析相邻侧面不同破裂程度下煤体电荷感应信号的变化特征,将信号进行快速傅里叶变换处理,在频域内研究不同孔隙瓦斯压力条件下电荷感应信号的变化规律,在此基础上对电荷累积量与声发射振铃总计数、总能量进行了对比分析。试验结果表明:同一煤体相邻两表面破裂程度越严重,其电荷感应信号越丰富; 在围压不变情况下,随着孔隙压力的增大,煤体变形破裂过程中电荷感应信号频率的最大幅值波峰有逐渐向低频方向移动的趋势,煤体破裂电荷感应信号频率波动低于200Hz,幅值最大点频率在50Hz以内; 电荷累积量曲线在煤体应力达到峰值后,表现出跳跃式增长趋势,但电荷感应信号的量级相对较小。     

多频去耦在双频激电数据去耦中的应用

在频率域激电法所用频段0.1~10Hz范围内,单纯由激电效应决定的视电阻率幅值的频率特性,可近似地表示为频率对数的线性函数;电磁耦合效应使视电阻率幅值发生的变化,可近似表示为频率的幂函数。因此,多频测量法被提出用于频率域激电法的电磁耦合校正。SQ-3型双频激电仪设有4个频组,频率从1/13~8Hz,正处于近似公式适用的范围。将前人多频去耦的思路应用于双频激电数据的处理中,根据双频激电的特点,提出双频仪的多频组电磁耦合校正,经野外实际应用,去耦效果良好。     

压裂微震数据初至拾取的时频谱熵法

在油气田开发过程中,微震监测是获得水力压裂引起裂缝分布的一种较为有效的方法。微震的定位成像与裂缝解释需要利用有效微震信号位置,而微震信号具有低信噪比的特点,传统信号拾取方法无法有效实现较低信噪比条件下初至时刻的准确拾取。本文提出一种基于时频谱熵的初至拾取新方法,该方法首先通过S变换获取含噪信号的时频谱;然后对谱内各个采样点沿频率方向进行分帧操作,并计算每帧频段内的近似负熵值,以最小近似负熵值作为该谱点的负熵值;最后沿时间方向比较各谱点的负熵值,最小值对应的时刻即为初至时刻。本文利用不同信噪比的合成地震数据对该方法进行效果验证,并与长短时窗能量比（STA/LTA）法进行拾取结果对比,结果表明：信噪比在-5 dB时,两种方法拾取效果都很好;信噪比在-10 dB时,时频谱熵法拾取效果更好。时频谱熵法更适合低信噪比情况下的信号初至拾取。     

数据不协调时独居石EPMA CHIME定年计算方法的改进

Th-U-Pb系统数据不协调是独居石电子探针化学定年(EPMA CHIME Dating)中一种很常见的问题。独居石矿物产生数据不协调的主要原因包括:1)蚀变或重结晶造成的铅丢失;2)不同年龄域在空间上的重叠或者存在于很小颗粒上的小年龄域。独居石EPMA年龄必大于U等于0时的极端情况给出的值,即当U为0时,EPMA CHIME年龄给出的是~(208)Pb/~(232)Th年龄,这是测量区域内最老年龄的下限。当Th为0时,EPMA CHIME年龄值介于~(206)Pb/~(238)U和~(207)Pb/~(235)U年龄值之间,这是EPMA法所能得到的最老年龄的上限。分析表明,当独居石EPMA数据出现不协调时,传统等时线方法计算的年龄值误差较大。本文提出了一种处理数据不协调情况下的优化算法。该算法考虑了测量误差,并根据剩余铀的总量剔出大的离散数据。利用已公开的数据进行算法对比的结果表明,本文提出的优化算法计算结果可靠。     

CSAMT法接收系统中电磁耦合效应研究

针对可控源音频大地电磁法(CSAMT)野外数据采集中接收电缆线之间、接收电缆线和大地之间存在的电磁耦合效应,通过电磁耦合理论研究和等效电路计算,推导正演模拟计算公式,结合各种模型的正演模拟计算和野外实际数据对比,研究了可控源音频大地法中影响电磁耦合效应的三种因素,包括:电缆线长度、不极化电极接地电阻、信号频率,总结出三种因素对应的电磁耦合特征,即:接收系统中电缆线长度越长,电缆线之间的耦合电容越大,视电阻率曲线在高频段出现下降的趋势越明显,曲线畸变越明显;野外不极化电极上接地电阻越大,视电阻率曲线在高频段表现出下降的趋势越明显,曲线畸变越明显;电路中信号频率越高,感抗和容抗越大,曲线畸变越明显,当信号频率增大到一定的值时,电路中的感应容抗就不再继续增大,曲线趋于稳定。     

新疆SCZ17剖面黑碳记录的16~12 ka火灾历史及其驱动因素探究

基于新疆深390 cm的SCZ17黄土剖面的黑碳(BC)记录以及总有机碳含量(TOC)和磁化率结果,并与巴里坤湖孢粉记录的温度数据对比,重建了该区末次冰消期(16~12 ka,对应剖面深度202~274 cm)的火灾历史并探讨了其控制因素。结果表明:1)在末次冰消期期间黑碳通量与TOC变化具有较好的一致性,均呈上升趋势,说明随着植被量的增加,生物质燃烧活动增加;2)BC通量与湿度和温度数据的EEMD结果显示:①在13~16 ka期间,剖面的黑碳通量指示的区域生物质燃烧变化与温度变化存在着近乎同步的关系,而在12~13 ka期间可能由于湿度的影响二者的同步关系不太明确;②χfd%所指示的湿度变化和黑碳通量的对比结果显示,湿度峰值/谷值分别对应着黑碳通量的谷值/峰值,即当气候湿润时,火灾活动频率低;气候干旱时,火灾活动频率高。因此,认为研究区火灾活动倾向于发生在暖干的气候条件下,且可燃生物量可能控制着区域火灾变化的长期趋势,而由温度和湿度变化所造成的火灾活动的次一级波动叠加在这一长期趋势上。     

混凝土构件缺陷超声无损检测的研究

对混凝土构件进行超声无损检测,超声波的振幅参数对混凝土构件中的缺陷（裂缝）最敏感,在耦合良好和测试条件基本一致时,振幅值的大幅衰减可作为判断混凝土构件存在缺陷的主要依据。超声波的速度参数对微小裂隙不敏感,缺陷较大会引起速度值的显著下降;频率参数用于检测混凝土构件缺陷不够敏感;对混凝土构件缺陷进行超声检测,速度变化和频率变化只能作为参考因素。超声波通过裂缝与未过裂缝,波形存在明显差异,通过裂缝后,有时会出现很大周期的波列,可作为判断缺陷的重要依据。综合分析超声波运动学和动力学各参数的变化,能够提高检测的准确性。     

振动频率对LCES动力特性的影响分析及其机理初探

通过室内动三轴试验研究了0.02 Hz,0.1 Hz,1.0 Hz 3种振动频率对黏土与EPS颗粒混合轻质土（LCES）动力特性的影响。结果表明,振动频率对LCES的动力特性有明显的影响,当振动频率在0.02~1.0 Hz范围内变化时,随着振动频率的降低,试样的轴向动应变和阻尼比增大,动强度和动模量减小。和小频率加载相比,大频率加载情况下的孔压发展较慢,即有效应力相对较大,所以动应变越小而动强度越大。最后,从平均加载速率的概念出发,讨论了振动频率对土动力特性的影响。     

水中丝爆等离子体破岩机理研究

在隧道开挖、矿山开采等基础工程建设中,岩石爆破技术发挥着重要作用。等离子体碎岩技术具有无污染,破碎过程中无飞石、无有害气体的产生,使用方便,作业效率高,是替代炸药碎岩的最有效可行的方法。本文研究了水中丝爆产生等离子体破碎岩石的机理,分析了高电压脉冲放电过程中的铜丝融化过程,建立了铜丝在各阶段变化的电阻模型,利用MATLAB对不同阶段放电电路的电流进行了数值仿真分析,并与实验得到的电流波形进行对比。研究发现,电流波形,上升沿时间越短,脉冲放电效果越好。铜丝变化产生等离子体的过程中,等离子体通道具有一定的电阻性。实验数据结果与模型数值计算结果基本相符。     

瞬时应变型岩爆模拟试验中花岗岩主频特征演化规律分析

利用深部岩爆模拟试验系统对花岗岩进行室内瞬时岩爆模拟试验,同时利用声发射系统采集试验过程中声发射信号,得到试验全过程应力和声发射波形信息时域图。结合声发射累计能量曲线特征,找到5个关键拐点,即花岗岩初始加载能量激增后产生的第一个拐点A、岩爆发生前两次明显的上升台阶处拐点B和C、岩爆发生时的能量突跃点D、最终峰值点E。将关键点处波形信号从全时域波形中提取出来并进行快速傅里叶变换,得到各关键点二维功率谱图,结果表明：花岗岩声发射主频值在加载初期时为106 kHz,随着荷载的增加,频率由低频向高频过渡,频带变宽且由单峰向多峰转化,频率成分复杂预示多种破裂模式的发生。岩爆前和最终岩爆时刻频带又变窄并恢复单峰,主频值降低至与初始加载时一致,约为106 kHz,预示着岩爆时刻花岗岩岩石高能量的释放。     

淮河上游干流径流量对不同气候要素变化的响应研究

基于淮河流域上游地区8个气象站点1959~2008年日降水量与温度数据,通过改变降水量和温度建立25种气候情景,利用SWIM水文模型,对不同情景下的径流量进行模拟,分析了淮河上游地区径流量对不同气候要素变化的敏感性,有利于该地区旱涝灾害的及时预警。结果表明,淮河流域上游地区,降水量的变化对径流量的影响较大,在仅考虑降水量和温度的情况下,径流量对降水量变化的敏感性系数处在1.7012~2.1358范围内,而对温度变化的敏感性较弱,三个站点径流量对温度变化的敏感性系数处在-0.0499~0.1547范围内;研究区在研究期内降水量变化对径流量的变化贡献较小,由大坡岭向下游依次为-0.0014,-0.0052,-0.0009,温度变化对径流量的贡献较大,由大坡岭向下游依次为0.0828,0.0152,0.0039,径流量对气候要素的响应不仅由其对气候要素变化的敏感性决定,也受到气候要素变化幅度的影响。     

涉县清漳河流域年径流量分析

根据邯郸市涉县清漳河流域内刘家庄水文站和匡门口水文站1956-2016年的实测数据,用刘～匡区间P～R点据图和年降水量与年径流深关系双累积曲线图对一致性进行分析,用降雨和径流相对应关系分析径流量年内变化,根据皮尔逊Ⅲ型理论频率曲线计算统计出参数的均值和Cv及Cs值。结果显示,刘～匡区间受人类活动影响较小,系列一致性较好,且径流量主要集中在主汛期的6～9月份。     

关于燕山水库设计洪水问题的探讨

设计洪水频率适线时既要考虑点据与曲线的配合情况,也要顾及上下游、干支流和邻近流域的统计参数,孰重孰轻,则要具体情况具体分析。就燕山水库的设计洪水频率适线问题进行了分析论证,认为本流域在实测系列中发生了“75·8”特大洪水,在其重现期能基本定位的情况下,那么在频率分析时就应尽量使频率曲线与之相吻合。     

石笋初始234 U/238 U值的冰量周期特征及其环境意义 ——以湖北三宝洞为例

石笋氧同位素记录具有明显的2万年周期,其他记录中广泛存在的10万年周期是否在石笋中有所表现目前还鲜有报道。通过对湖北三宝洞20支石笋的铀同位素数据的分析研究发现,石笋初始234U/238U值在序列连续性较好的640.3~299.6 ka B.P.时间段有强烈的10万年周期特征。在间冰期和冰期时,初始234U/238U值分别呈增大和减小状态。初始234U/238U值的10万年周期与全球冰量、黄土磁化率、黄土平均粒度和大气CO₂变化有良好的对应关系。这些对应关系表明全球冰量、大气CO₂对喀斯特区地球化学元素富集和迁移作用有重要影响。石笋氧同位素的显著岁差周期独立于石笋微量元素、高纬冰量和全球温室气体变化,暗示了太阳辐射变化对中低纬水汽环流的直接影响。石笋初始234U/238U与氧同位素、太阳辐射在冰消期时的对应变化支持北半球太阳辐射能量变化对冰期-间冰期旋回的调控作用。     

塔河油田三叠系碎屑岩储层地震分辨率及频谱特征理论分析

塔河油田三叠系是由一系列砂泥薄互层组成。在分析塔河油田钻遇储层段储层厚度特征的基础上,导出了叠层砂体内一次反射波的时域反射脉冲响应的振幅谱关于砂体厚度以及叠层数的解析表达式,进而对不同砂体之间的间隔、不同砂体厚度组合变化时砂体反射振幅谱特征及其对应的地震合成记录特征进行了分析。结果表明,当砂体之间的间隔为1/8～1/4的地震波在泥岩内传播的波长时,在最大频率等于地震波在单个砂体内传播的双程时间的倒数的频率范围内,频谱极大点出现的个数为3个以上,可以基于该特征来判断砂体之间的叠置方式。