岩芯尺度的宽频介电常数频谱实验室测量设备的误差分析及其在物质测量中的应用(英文)

宽频介电常数频谱测井技术最近被引进石油工业.这种新技术区别于传统介电常数测井技术在于多频率频谱的测定和利用.高频谱端包含介质油水饱和度信息,而低频谱端对介质中孔隙结构和水的分布形态很敏感.这种新技术可以有效地被应用于比如超淡水介质或者超黏度重油等对于常规测井来说是很困难的测量环境,而且受介质水中的含盐度影响很小.随着井下测井仪器的投入使用,相应的实验室岩芯测定设备和方法就变得重要起来.因为实验室环境相对较为稳定和可控,实验室岩芯测量结果是对井下测量的很好地验证和校订.文献中记载了许多非破坏性的实验室介电常数的测量设备,然而这些设备的共同局限性是它们对岩芯尺寸和岩芯样本的要求和限制,一般要求粉末状岩芯或者一厘米左右的小柱状岩芯.在碳酸盐介质中,非均匀性和各项异性非常普遍,小的岩芯样本能否涵盖井下设备测量尺度(1.5英寸)的特性很值得商榷.本文中介绍了一种最新设计的实验室大直径宽频介电常数测量设备.这个设备可以直接测量石油工业传统的1.5英寸岩芯样本,测量是非毁坏性的,也就是测量后的岩芯样本可以直接用于其它实验室测量设备,比如电阻率测量或核磁共振测量等.大量重复性试验测得的介电常数色散频谱的精确度对于低损耗介质在2%以内而对于高损耗介质在对孔隙度和含盐度校正以后精确度在3%.文中详细介绍了测量设备所使用的反演程序的算法模型,以及反演误差的算法.反演最后的误差可以用来做数据质量的评定.该测量装置被用于许多物质的测定.测定物质的数据库中合成石英(fused quartz),Teflon,合成陶瓷以及单晶硅的介电常数值可以在文献中找到.该设备的测量结果与文献参考值相符合,说明了该设备测量结果的可靠性.该设备还测量了矿物晶体碳酸钙,晶体白云石以及晶体硬石膏的介电常数,这是常见的碳酸盐介质的主要成分.这些测量给出了碳酸盐介质的边界成分区域值作为参考.该设备测量的两个单晶硅柱状样本的介电常数频谱特性发现退火会改变晶体的结构提高强度,同时会改变介质介电常数的特性.同时矿物晶体碳酸钙测量值高于粉末状测量结果也说明晶体结构可能会导致介电常数测量的不同.该设备具有1.5英寸的大尺度,因此具有和井下设备相仿的测量范围,因而不受介质水平各项异性的影响.但另一方面,该设备仍可以研究垂直各项异性.垂直各项异性的主要原因可能是化学成分不同,孔隙结构不对称或者温度对水分布的影响等等.在对岩石地面露头采样的研究中,宽频介电常数频谱实验室设备检测出了岩芯垂直各项异性,通过对比核磁共振一维孔隙度剖面结构发现总孔隙度不均衡以及分布不对称为该各项异性的主要来源,并且被CT图像所证实.     

地震动强度及频谱特征对场地地震反应分析结果的影响.

通过收集整理235个实际钻孔资料并建立了2820个计算工况,运用一维波动等效线性化地震反应分析方法,基于不同类别场地条件,研究在不同强度、频谱特性的地震动输入形式下,场地条件对地表地震动参数影响,重点考察地表峰值加速度的变化特征及规律,并对计算结果进行了统计回归分析,给出了不同场地类别条件下地表峰值放大倍数的一般经验值.由于我国现行抗震设计规范中,没有考虑地震烈度或地震动强度对设计反应谱的影响,也没有考虑地震动频谱特性对地表峰值的影响,因此,本文的研究成果可为未来修订抗震设计规范提供参考依据.     

隧道衬砌病害地质雷达探测正演模拟与应用

国内大多数隧道都存在着不同程度的病害,其中诸如衬砌开裂、不密实、含有空洞和渗漏水等衬砌病害是隧道最常见的病害类型,严重影响行车安全。地质雷达（GPR）可以用来对隧道衬砌病害进行快速无损探测,但对于衬砌病害的解译十分依赖于探测人员的经验,很容易造成误判和漏判。因此,对隧道衬砌病害进行分类,并针对典型衬砌病害类型进行建模,利用时域有限差分（FDTD）法对衬砌病害模型进行地质雷达探测正演模拟,针对衬砌渗漏水和存在钢筋干扰等特殊情况,通过频谱分析对病害进行了定量识别,总结出典型衬砌病害的地质雷达探测解释准则,最后结合工程实例对衬砌病害进行了推断和解译。结果验证了衬砌病害地质雷达探测正演模拟和解释准则的可靠性。     

朝阳台VP型宽频带倾斜仪与SQ70石英水平摆倾斜仪数据对比分析

运用频谱分析、互相关分析及观测精度等方法,对朝阳地震台石英水平摆倾斜仪与VP宽频带倾斜仪2014年1月至8月的数据进行分析。通过分析得出,VP记录的频率成份较石英水平摆多且复杂,其记录的信息要多于后者,VP垂直摆观测精度总体上优于模拟观测,可以替代石英水平摆。     

局部时频变换域地震波吸收衰减补偿方法

地震信号在地下传播时会受到地层吸收衰减的影响,从而降低了地震资料的分辨率。因此地震波吸收衰减补偿是地震资料处理中的一项重要环节。本文研究的地层吸收衰减补偿方法主要基于局部时频变换(LTFT),该方法能够调节选取谱分解的频率范围和频率采样间隔,解决了短时傅里叶变换固定时窗和小波系数无法提供波形频率的精确估计值问题,适用于非平稳地震信号的时频分析。在求取地层Q值的方法中,频谱比值法具有高效简单的特点,有着广泛的应用范围。本文假设地下介质为层状变Q模型,使用局部时频变换将信号转换为时频域,通过频谱比值法求出各层的Q值,最后根据Kolsky衰减模型来补偿地震信号。理论模型测试和实际资料处理的结果表明,本文提出的方法能够有效恢复衰减信号,提高地震资料的分辨率。     

利用GPS的SNR观测值进行雪深监测研究

在分析多路径与信噪比关系的基础上,给出基于SNR观测值的GPS-MR技术探测雪深的基本原理。利用板块监测PBO网P360站2013年174 d～2014年151 d的GPS实测数据进行算例分析,其结果与实测雪深数据吻合较好,相关系数大于0.97。     

四川盆地中二叠统茅口组米兰科维奇旋回及高频层序

四川盆地中二叠统茅口组形成于中二叠世中晚期。通过分析四川盆地中二叠统茅口组露头剖面岩性特征、对比广元上寺长江沟露头剖面碳氧同位素变化趋势与沉积层序发育特征,将茅口组划分为2个可全盆地追踪的Ⅱ型三级层序,并分析了茅口组三级层序的主控因素。在此基础上,对钻穿中二叠统茅口组典型井的自然伽马能谱测井曲线开展频谱分析,识别出多种具有米兰科维奇旋回特征的高频旋回,并计算出茅口组沉积的平均速率及沉积时限等相关参数。最后,采用数字滤波消除掉其他次要旋回因素的影响而仅保留与主控因素相关的旋回信息,建立茅口组的高频层序划分方案。结果表明,茅口组三级层序在形成过程中主要受控于构造升降及全球海平面变化;茅口组米兰科维奇旋回特征明显,其中长偏心率旋回(413.0 ka)和短偏心率旋回(123.0 ka)分别是形成四级层序(准层序组)和五级层序(准层序)的主控因素,与之对应的平均旋回厚度在龙17井区分别为13.44m和4.31m,在安平1井区分别为16.03m和4.68m;茅口组大约发育15个四级层序,其发育时限大约为6.11Ma;根据构造背景曲线和长偏心率旋回曲线的叠加曲线划分高频层序,其高频层序界面更加接近实际地层的发育情况。     

临汾台VP型宽频带倾斜仪在2010年山西河津地震前的异常分析

2010年1月24日河津M4.8地震前,临汾台VP型宽频带倾斜仪观测到的异常变化为:1)震前1年曲线表现为典型的α、β、γ阶段性异常形态;2)震前35天至震后7天观测到慢地震过程;3)频谱分析表明:震前1个月观测信号在0.1、0.3、0.5 Hz频段附近频幅为明显增大,震前当月在0.1~0.5 Hz频段区间频幅表现为增强;4)震前2个月加卸载响应比出现高、低值交替跳动,并随主震的临近响应比逐渐增大。     

西南印度洋洋中脊热液A区海底地震仪数据处理初步成果

在西南印度洋热液活动A区(49°39′E)开展的三维海底地震仪(OBS)探测实验为研究该区域的深部地壳/上地幔结构提供了重要基础,而OBS数据处理是获取研究区三维速度结构的基础环节。文章介绍了此次实验中所用的3种不同类型OBS(国产、法国和德国OBS)的数据处理流程,包括地震数据解编处理、截裁处理和地震信号的可视化处理;并以第2790炮为例分析了3种类型OBS记录数据的波形和频谱特征。结果表明,由于受不同类型OBS的频带、传感器和拾震器等影响,国产与法国OBS都能记录到长周期和短周期噪音,而德国OBS只记录到短周期噪音;但经带通滤波后,3种类型OBS都能够很好地压制噪音,突出有用的气枪信号;对比3种类型OBS(分别以OBS04、OBS08和OBS23为例)沿主测线X1X2的综合记录剖面,发现3种类型OBS都能够记录到多组清晰可靠的P波震相,如直达水波、Pg、PmP和Pn震相,为下一步A区的三维层析成像奠定了坚实数据基础。     

Spectral analysis for recovering the Earth's gravity potential by satellite gravity gradients

根据仪器功率谱密度和重力位系数阶方差的定义,本文建立了卫星重力梯度测量噪声功率谱密度与重力场模型的误差阶方差的直接对应关系,并基于此讨论了重力梯度测量精度、卫星轨道高度以及运行时间对地球重力场恢复精度的影响.相比于传统的基于最小二乘法评估卫星载荷噪声对地球重力场恢复精度的影响而言,本文提出的方法简单、直接,有助于快速设计和确定卫星重力测量计划的有关参数.