中国隧道及井巷地震波法超前探测技术研究分析

自20世纪90年代以来,反射地震波法作为一种主要的超前探测技术在我国国内隧道及井巷工程中取得了诸多成功应用的探测实例,同时在应用中不同探测方法也存在不少问题。文章结合国内外超前探测中应用较为广泛的TSP法、负视速度法、HSP法、TRT法、ISIS系统等反射波探测技术加以阐明,分析了国内超前探测技术应用与研究的现状,指出隧道及井巷超前探测数据采集与处理过程中存在的不足,并进一步提出超前探测研究在正反演理论、数据采集、偏移成像技术等方面应该注意的问题,超前探测的目标是要建立和完善一套实时的巷道前方地质体的动态监测与预报系统。     

中国土壤有机质含量变异性与空间尺度的关系

以中国土种志资料为基础,分析了土壤有机质含量变异与空间尺度的关系及土类内和土类间的变异程度,探讨了不同空间尺度单元下,土壤有机质平均含量与土壤性质的相关性。结果表明,以土壤剖面为单元,随着土壤剖面数的增加,土壤有机质含量的变异系数增大;行政区域尺度单元内部土壤有机质变异程度大于单元间土壤有机质含量的变异程度。以土壤分类单元为空间单元,土类内的有机质含量变异程度小于土类间的变异程度。随着统计单元空间尺度的增大,土壤有机质含量与土壤性质之间的相关性减弱。因此,采用网格法或行政区划分空间区域,获得空间区域单元内土壤有机质含量或贮量的精确估算需要较多的剖面,但外推至数据不足的空间区域时,估算的不确定较小;采用土壤分类单元为空间区域单元,结果则相反。     

天然气水合物和游离气饱和度估算的影响因素

讨论了不同水合物胶结类型的流体饱和多孔隙固体中地震波的衰减情况,分析了估算天然气水合物和游离气饱和度影响因素.结果表明, 地层孔隙度、纵波速度模型和弹性模量的计算方法是影响反演水合物和游离气饱和度的关键因素.含水合物地层的吸收与水合物胶结类型密切相关,当水合物远离固体颗粒,像流体一样充填在孔隙时,品质因子出现负异常,而当水合物胶结固体颗粒影响骨架的弹性性质,其品质因子出现正异常.根据布莱克海台地区164航次995井的测井资料,分别应用低频和高频速度模型估算了水合物和游离气饱和度.由低频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)10%～20%,游离气饱和度(占孔隙空间的)05%～1%;而由高频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)5%～10%,游离气饱和度(占孔隙空间的)1%～2%.     

电阻率二维神经网络反演

由于非线性特性地球物理反演一直以来都是一个比较困难的问题. 近十年来,非线性反演方法如人工神经网络、遗传算法在地球物理数据解释中得到越来越多的应用,但目前基本仍限于一维反演问题. 对于二维反问题,反演参数较多,神经网络反演运用较少. 本文利用BP神经网络优化方法,实现了电阻率二维非线性反演. 与传统线性化的迭代反演比较,神经网络反演能够克服传统方法的不足、获得更好的反演结果.     

速度差对井间走时层析成像质量的影响及其改进方法

在井间地震初至走时层析成像中,随着相邻地质体速度差的增大,使得射线分布不均匀,以及网格剖分不合适,导致层析成像结果不理想.物理和数值模型的井间走时层析成像表明：当速度差超过300%时,层析结果畸变较大;在300%～150%之间时,层析结果较好;低于150%时,层析结果好.在此基础上,提出了井间多尺度初至走时层析成像方法,即对同一模型采用多种网格剖分来同时进行层析成像,以获得研究区域的速度图像.数学和物理模型的井间多尺度走时层析结果表明：该方法很好地兼顾了层析成像的分辨率和精度,极大地改善了井间地震层析成像的质量.即使速度差超过30%,其多尺度的层析结果仍然较好.因此,这种方法具有实际应用的潜力.     

全球水储量变化的GRACE卫星检测

利用GRACE月尺度变化的地球重力场反演了全球水储量变化,并与陆地水文资料、卫星测高资料及海洋模式得到的结果进行了比对.通过对SOURE台站重力变化的陆地水储量变化计算结果和GRACE重力场系数截断为15阶得到的结果比较,发现两者比较接近,且年周期变化特征明显.对于亚马逊流域,当重力场系数截断为15阶且平滑半径使用106 m时,GRACE反演的区域平均水储量厚度的周年变化振幅为15.6×10-2m,小于使用平滑半径为4×105m的23.7×10-2m.在研究长江流域时,本文对水文资料做球谐系数展开,并与GRACE数据做同样的截断和平滑处理,结果发现GRACE反演的水厚度变化与水文资料结果基本上符合.对于纬度±66°之间的海洋区域,GRACE反演的海水质量变化接近于结合卫星测高和海洋模式得到的结果,但对于2°×2°网格,则在一些区域差异明显,最大超过了0.2 m,中误差为3.8×10-2m.可见,当前GRACE卫星时变重力场只能确定出上千公里及以上尺度区域的水储量变化.     

不同矿化度下泥质对岩石电性影响的逾渗网络研究

为了进一步认识泥质对岩石宏观电性的影响规律,本文利用非规整三维逾渗网络模型,通过数值模拟研究了不同矿化度下泥质对岩石电性影响的规律. 模拟结果表明：在中低矿化度下,泥质对岩石导电整体上呈现减阻作用,随着泥质含量的增加,电阻率降低的速度减慢;中等矿化度下泥质的减阻效果明显弱于低矿化度下的减阻效果;在高矿化度下泥质对岩石导电整体上呈现增阻作用. 在高矿化度、高含水饱和度下泥质对岩石电性的影响较小. 泥质起减阻、增阻作用的具体矿化度范围取决于储层的孔隙度、连通性以及地层温度等特性.     

东海冲绳海槽陆坡天然气水合物的地震学研究

本文通过对东海973 航次在冲绳海槽取得的多道地震数据进行有针对性的特殊处理,形成一套针对天然气水合物地震学研究行之有效的处理思路,提高速度分析的精度和分辨能力,压制浅层多次波,资料在保持一定信噪比的基础上尽可能的提高分辨率,相对振幅处理以及用于AVO分析的预处理等.在此基础上对天然气水合物进行识别和预测,我们发现在冲绳海槽南部西侧槽坡附近以及海槽内部发育有一系列泥底辟构造,在这些底辟构造的顶部明显存在与天然气水合物赋存相关的地球物理特征,如似海底反射层（BSR）、与海底反射同相轴极性相反,BSR上方的振幅空白区以及BSR上下的速度异常.从该区域的地质背景资料分析,冲绳海槽不仅具有很高的沉积速率并且海槽西侧的断层活跃,提供了富含有机质的物源以及用于天然气运移的通道,有利于天然气水合物的形成.     

地震资料预测薄层厚度方法研究与应用

薄层厚度预测一直是公认的难题之一,其难度就在于如何准确地识别和提取薄层的地震属性.常规方法是利用时间域或频率域地震属性与薄层厚度的线性关系计算.但是理论与实际资料表明,不同的薄层和地层组合对地震波的动力学的信息影响很大,各种参数与薄层厚度成非线性关系,使用单一的信息不可能准确预测薄层厚度.本文利用三种线性预测原理（模型）,经数学变换为属性参数,采用非线性BP网络预测薄层厚度,取得了令人满意的效果.     

矿震成核过程的公里尺度研究

成核过程是地震机理研究的重要部分.通过岩石实验、高温高压和数值模拟认为,地震成核的临界尺度为大地震总破裂长度的十分之一,一般为10~20 km左右;地震成核时间从年到秒、甚至毫秒.本文利用山东省宁阳县华丰煤矿立体台网的岩爆观测,进行了公里尺度的破裂成核过程实验研究.通过对华丰煤矿1995年2月~1996年5月期间的地脉动记录和12000次小震记录资料的分析,计算了它们的地脉动、S波和P波振幅比以及S波波峰的到时差,得到ML=2.9矿震的成核时间为50天,成核临界尺度为5 km.