方位侧向电阻率成像随钻测井仪软聚焦仿真分析

随钻方位侧向仪器工作时,由于钻铤长度较长,使表面电位衰减严重,钻铤流出的电流会产生轴向分量,不能严格垂直于钻铤表面流出,导致测量结果不准确。针对该问题,根据方位侧向电阻率成像随钻测井仪(RIT)的电极结构,设计5种软聚焦工作模式,并给出不同工作模式下的方位侧向电极电流和视电阻率的计算表达式;软聚焦工作模式可模拟不同源距的对称天线同时工作,以保持钻铤表面等电位,并通过线性叠加差值近似的方法获得更精确的轴向电流。通过三维有限元方法计算不同软聚焦工作模式在渐变薄互层的响应,并与原始测井响应进行对比,结果表明软聚焦方法能平滑单个发射天线界面处存在的尖峰现象及台阶现象,对薄层的识别及视电阻率计算更加准确,对仪器实际测井数据资料解释有一定的指导意义。

西宁盆地黄土区草本植物边坡电阻率与土体物理力学性质关系研究

为研究高寒干旱-半干旱环境黄土区种植不同类型草本植物边坡土体电阻率与其物理力学性质之间的定量关系,探讨电阻率数值反映边坡土体物理力学性质及其变化特征,在西宁盆地长岭沟流域自建试验区选取未种植裸坡以及种植生长期为3年的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、老芒麦(Elymus sibiricus Linn.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)、高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)的边坡共5种类型边坡为研究对象。通过开展边坡土体密度、含水率、含根系与不含根系土体直剪试验,对比不同草本植物根系对边坡土体物理力学性质的影响。在此基础上,利用二维电阻率层析成像方法建立不同边坡土体物理力学性质指标与土体电阻率间的定量关系。结果表明:(1)与未种植裸坡相比较,种植老芒麦边坡上层(0~10 cm)土体含水率增幅最大为26.53%;种植高羊茅边坡上层(0~10 cm)土体平均密度降幅最大为18.30%;种植垂穂披碱草边坡上层(0~10cm)土体黏聚力附加值最大,且为未种植裸坡的2.75倍。(2)5种类型边坡的电阻率受根系分布和边坡位置因素的共同影响,电阻率随着深度增加逐渐降低。4种草本边坡坡面以下0~20cm处土体电阻率均较裸坡大,该深度为根系分布大致范围。(3)5种边坡土体物理力学性质与电阻率数据之间存在拟合方程式(相关系数R2为0.48~0.77),且通过Pearson相关性分析得到边坡土体黏聚力c与电阻率间的相关性相对最高,相关系数R2为0.765。上述研究结果反映出可通过电阻率层析成像技术反映边坡土体物理力学性质,以及边坡土体中植物根系分布特征,可为研究区及其周边地区采用植物有效防治水土流失、浅层滑坡等灾害提供理论依据和实际指导意义。

基于随钻电阻率测井的天然气水合物赋存类型的识别方法

海洋天然气水合物赋存类型多样,识别赋存类型对精准评价水合物的储层物性及资源量具有重要意义。随钻测井与岩芯联合能定量计算水合物储层特性,但水合物取芯难度大、成本高,大量钻井仅实施了部分取芯或无取芯。环形电阻率与速度联合能识别含水合物层,但研究发现裂隙充填型与孔隙充填型水合物可能都具有高环形电阻率和高纵波速度测井响应,二者联合难以直接识别水合物赋存类型。本文分析了不同源距的电磁波电阻率,通过不同电阻率参数的交会分析,发现在裂隙充填型水合物地层,不同源距的高频电磁波电阻率存在明显的分离,高频相位电阻率中最为显著,而在孔隙充填型水合物地层中,电磁波电阻率耦合较好。通过环形电阻率与电磁波电阻率的联合对比,发现在裂隙充填型水合物地层的电磁波电阻率异常更高,而在孔隙充填型水合物地层,环形电阻率的异常更高。研究认为电磁波电阻率对高角度裂隙的响应更加敏感,能有效识别不同赋存类型的水合物,对于水合物的勘探和评价具有重要意义。

石墨类导电混凝土电阻率及导电机理分析

将石墨类导电相材料代替细骨料制备功能型导电混凝土,可利用通电发热使得混凝土基体升温以达到融雪化冰的目的。电阻率是衡量混凝土导电性能的主要指标,易受到混凝土含水率和外界环境温度等因素的影响。采用石墨、石墨原矿以及石墨尾矿作为导电相制备导电混凝土,研究了3种石墨类导电相混凝土力学性能、不同温度、含水率下石墨类混凝土电阻率演化规律以及微观性能,并分析了石墨类混凝土的导电机理。结果表明,导电相掺量、温度及含水率的增加都使混凝土的电阻率降低,其中导电相的掺入对电阻率降低最为显著。此外,SEM和EDS测试结果发现不同掺量条件下,混凝土基体中碳元素含量明显增加,验证了石墨类材料的加入可促进混凝土的导电性能,但会造成混凝土基体内部出现孔洞和微裂缝,对石墨类混凝土强度产生不利的影响。

断层虚位错模式揭示的2022年1月8日青海门源M_(S)6.9地震前的地电阻率变化

选取2022年1月8日青海门源M_(S)6.9地震震中400 km范围内四个地电阻率观测台站的观测精度高、具有稳态年变、震前无显著干扰的地电阻率ρ_(s)观测数据,结合ERA5同化数据集中的多层土壤温度和土壤水分含量,在利用多项式拟合获取各台站(或测道)地电阻率正常年动态的基础上,分析了门源地震前地电阻率的异常变化。结果显示:金银滩台EW测道、武威台NS测道和山丹台EW测道、N45°W测道震前存在超阈值的异常变化,并呈现各向异性特征。基于断层虚位错模式分析了地电阻率异常变化与孕震过程之间的联系,结果表明:金银滩台震前处于压缩区并受到NNE方向的挤压,与主压应变近似正交的EW测道于震前10个月出现负异常;同样位于压缩区的武威台,受到了ENE向的挤压,NS测道的地电阻率在孕震早期(震前13个月)以负异常为主,孕震中晚期(震前3个月)出现了正异常;山丹台,位于膨胀区,受到近似NS向的拉张,与主张应变平行的NS测道未发现异常,但EW测道震前一年地电阻率出现正异常,N45°W测道的地电阻率也在震前半年左右出现超阈值并呈正异常。此外,金银滩台、山丹台和武威台距离门源地震震中的距离分别为92 km,113 km和139 km,相应的地电阻率异常最大变化幅值分别为−3.0σ,2.2σ和−2.1σ。此外,门源地震前地电阻率异常变化的时空特征与岩石实验结果及理论模型一致,也符合震源区应力应变积累程度较高、向外围方向逐渐衰减的分布特征。由此推断,2022年门源M_(S)6.9地震前地电阻率的时空变化可能与区域介质变形及应力变化有关。

恒流源三侧向电阻率测井模块研制及应用

为进一步提高砂岩型铀矿地层电阻率参数在测井解释中的应用效果,尤其是对泥砂泥交互薄层的精细测量与识别,研究了基于OPA547放大器的恒流源三侧向电阻率测井模块,通过设计以OPA547为恒流激励源的数字激励控制电路,实现了正弦激励信号的恒流输出;设计了正弦检测信号的恒流反馈电路,实现恒流源的负反馈稳定输出;设计了交流电压检测电路,实现了交流信号的低通滤波与信号半波整流;最后,在实验室利用标准刻度器进行了研制模块的系数刻度,且在砂岩型铀矿钻孔进行了实际测井应用对比。经对比分析,研制的恒流源三侧向电阻率测井模块能够与砂岩铀矿综合测井中的其他参数组合使用,输出激励电流可调,对岩性及岩性界面具有较高的识别能力,对于交互薄层、钙质夹层等地层岩性变化的响应显示明显。

基于复电阻率的非饱和黄土频谱特性

使用直流电阻率法进行黄土水分监测时,黄土介质中的容性成分会影响结果的准确性。该文以宜川地区黄土为研究对象,基于复电阻率试验和土水特征测定,获取了非饱和黄土基质吸力与复电阻率参数的关系,揭示了其频谱特性变化规律,推导了黄土饱和度与复电阻率公式。研究结果表明:激励频率与复电阻率的幅值和相位呈负相关关系,在频率小于1 000 Hz时黄土的复电阻率的幅值和相位波动较大,超过1 000 Hz时会逐渐趋于稳定;随着基质吸力的升高,黄土的幅值、实部电阻率和虚部电阻率也逐渐增大,其相关性受通电频率的大小影响;黄土电容量与介电常数随基质吸力的升高逐渐减小;利用实部电阻率和虚部电阻率建立了黄土饱和度复电阻率模型,模型可用于黄土水分变化的监测。研究结果为利用黄土的频散特性进行黄土地质灾害监测提供了新的方法和思路。

镓硼共掺对6英寸VGF法锗单晶电阻率均匀性的影响

由于杂质分凝效应,镓掺杂垂直梯度凝固(VGF)法锗单晶的电阻率分布不均匀,理论上利用镓和硼分凝系数的差异,镓硼共掺工艺可以提升锗单晶电阻率均匀性。采用镓硼共掺工艺制备了6英寸(1英寸≈2.54 cm)VGF法锗单晶,对比分析了掺杂工艺对锗单晶电阻率均匀性的影响。当镓和硼杂质浓度分别为5.13×10^(18)cm^(-3)和0.67×10^(18)cm^(-3)时,在等径0~40 mm范围内轴向电阻率不均匀性为4.92%,等径0 mm和40 mm处径向电阻率不均匀性分别为1.63%和0.45%,与镓杂质浓度为5.13×10^(18)cm^(-3)的镓掺杂工艺相比,锗单晶头部的电阻率均匀性明显提升。当硼杂质浓度提高到1.89×10^(18)cm^(-3)时,镓硼共掺锗单晶头部电阻率均匀性变差。结果表明,适量硼掺杂的镓硼共掺工艺可以提升锗单晶头部电阻率均匀性。

高密度电阻率法在复杂岩溶地区的应用研究

岩溶地区多存在塌陷安全隐患,严重影响工程建设及使用安全,因此准确探测岩溶的形态特征及填充性质在工程勘察中尤为重要。近年来,高密度电阻率法因其适应性强、采集效率高和显示直观的特点,已经成为岩溶探测的有效手段。本文引入反射系数K剖面法,通过分析其原理及发展,对比了与传统软件RES2DINV的处理效果。并以西南地区某机场工程为例,采用高密度电阻率法中不同装置类型、不同电极距对地下岩溶发育情况进行探测,通过对比分析得到适合该场区的探测方法和参数,同时结合钻孔资料进行综合解释,弥补由点到面的不足。通过本文的实践和验证,高密度电阻率法在复杂地形条件下探测岩溶发育有很好的反映,且斯伦贝谢装置的识别效果比温纳装置更佳,反射系数K剖面法处理后的剖面对岩溶形态特征刻画得更为清晰,为工程的后期勘察和资料处理以及防治措施提供了技术支撑,对于岩溶地区的地质勘察具有良好的应用和参考价值。

基于微电阻率成像测井的深煤层顶板封盖性评价方法及应用

深煤层游离气含量高,资源量丰富,是天然气增储上产的重要潜力资源。顶板封盖条件是影响深煤层含气性,特别是游离气含量的重要因素。基于微电阻率成像测井技术,系统开展鄂尔多斯盆地东缘某煤层气开发区顶板岩性识别,建立了煤层顶板岩性和裂缝识别图版,分析了地应力方向,提出了有利的顶板组合类型。研究结果表明:①综合常规测井资料和电成像测井特征,可以基于静态电成像图有效区分砾岩、砂岩和泥岩等10类岩性,对应不同的伽马和声波时差测井结果,研究区煤层顶板以泥岩为主,砂岩次之;②煤层顶板裂缝主要发育有高导缝与诱导缝,高导缝显示为正弦曲线,包括张开缝和泥质充填缝,诱导缝呈现为羽状或雁行状排列,可以用于判断应力方向;③结合顶板岩性厚度、裂缝发育情况等,可划分出封盖性不同的3类煤层顶板组合,其中I类顶板电成像图像一般呈亮色且裂缝发育少,II类顶板发育较多裂隙,III类顶板图像显示裂隙切割且图像不清晰;④基于此划分了3类顶板组合条件的分布,研究区以I和II类为主,具备良好封盖性。研究明确了不同岩性在电成像测井上的显示特征,提出了基于微电阻率成像测井的深煤层顶板封盖性评价方法,可有效支撑深部煤层气甜点区带优选和井位部署。

基于深度残差网络的随钻方位电磁波电阻率测井反演方法

随钻方位电磁波电阻率测井可以提供丰富的地下信息,帮助完成储层位置确定和边界探测等任务,但常用的基于物理方程的迭代反演方法计算效率较低,在实时地质导向中受到诸多限制。为此,提出了一种基于深度残差网络的随钻方位电磁波电阻率测井资料智能反演方法。该方法将残差块中的卷积层和池化层替换为全连接层,并使用多头注意力机制来理解输入数据的关联性,以解决非线性回归问题;通过评估模型深度和宽度,并使用贝叶斯超参数调优算法找到随钻电磁波电阻率反演方法中最优的超参数,以提高反演模型的性能。该方法在模型试验中的平均准确率达到98.5%;在实际测井资料的平均准确率达到97.2%,单点反演时间约为0.01 s。研究表明,随钻方位电磁波电阻率测井反演方法能够快速准确地反演测井资料。

三轴压缩下含瓦斯煤体电阻率响应的实验研究

目的受载含瓦斯煤体变形破裂过程中电阻率的变化规律是电阻率法预测预报煤与瓦斯突出发生的理论基础。因此,研究三轴压缩条件下含瓦斯煤体破裂过程中电阻率的变化规律十分必要。方法自主研发一套测试低频条件下受载含瓦斯煤体变形破坏过程中电阻率的实验系统,测试三轴压缩条件下含瓦斯煤体电阻率的变化规律,对实验结果进行分析和解释。结果结果表明:(1)受载含瓦斯煤体的电阻率变化与所受应力存在显著的对应关系,型煤的电阻率变化规律与应力的对应关系要优于原煤的,对应力降低比较敏感;(2)受载型煤的电阻率变化规律为先上升后下降型和下降型,受载原煤的电阻率变化规律仅有下降型;(3)从原煤和型煤的物理力学以及受载过程中的变形破坏类型、受载含瓦斯煤体变形破坏过程中的煤体结构变化情况、煤的孔隙结构以及导电类型3方面分析解释受载含瓦斯煤体的电阻率变化情况;(4)对受载含瓦斯型煤电阻率变化曲线出现的2种类型进行科学合理的解释。结论研究成果可为电阻率法预测预报煤与瓦斯突出的发生提供技术支撑。

水下抛石电阻率特性试验研究

研究旨在利用电阻率技术解决水下抛石坝(隐蔽性工程)隐患探测和质量评价等关键问题。采用四电极法分析了水下抛石在不同供电电压和空隙率条件下的电阻率特性,并建立了电阻率与水下抛石空隙率的经验公式。结果表明:水下抛石电阻率随供电电压(10~60 V)升高呈先衰减后逐渐趋于稳定的变化特征,且供电电压高于30 V时电阻率衰减程度显著降低;水下抛石电阻率随空隙率的增加逐渐减小并趋于稳定(两者间的关系可用递减型幂函数表征),且不同供电电压下电阻率随空隙率的变化规律与此类似;分别选用幂函数、指数函数及对数函数拟合电阻率与空隙率关系,发现幂函数拟合误差最小,考虑供电电压影响最终建立了水下抛石电阻率与空隙率的经验公式;进一步通过水下抛石坝模型试验验证了经验公式的可靠性。该经验公式可有效描述水下抛石分布的密实程度,从而快速识别水下抛石坝内部隐患。

走航式电阻率法探测平原水库库底砂体效果分析及应用

平原水库库底沉积层中的砂体会对水库运行以及穿过库底地下空间工程建设的安全造成不可忽视的影响,一种快速且准确识别库底砂体空间位置的探测手段可为破解以上问题提供技术支持。本文以位于黄河流域的济南鹊山水库为研究区,基于数值模拟与原位探测结果,分析评价了走航式电阻率法识别平原水库库底砂体的最优装置参数和能力,并将所得结论在原位探测中应用、验证。研究结果表明,选用通用走航探测航速(航速2.5 m/s)对平原水库(水深6 m)进行探测时,走航式电阻率法对埋深浅(埋深<30 m)、厚度大(厚度>6 m)的砂体有较好的理论分辨能力。对于薄层深埋砂体(厚度<2 m,埋深>10 m)则难以识别;砂体探测顶、底界位置与实际顶、底界位置间的偏移距离与砂体顶界埋深、砂体长度呈正相关关系。砂体厚度增大会提高不同顶界埋深条件下砂体界面偏移距离差异,偏移距离正相关于深埋砂体厚度,负相关于浅埋砂体厚度;建立了修正原位探测结果并识别砂体的方法。基于原位探测结果所识别的砂体形态并不精确,其厚度普遍厚于实际砂体厚度约0~3 m。厚度小于3 m的薄砂体则难以被该方法识别。

单轴压缩垃圾液污染黄土电阻率特征试验研究

为研究不同含水率、垃圾渗滤液浓度的原状污染黄土电阻率与压缩特征之间的关联,人工配置垃圾渗滤液对黄土进行预污染,制备了不同含水率、不同污染液浓度侵扰的黄土试样,并基于Fukue提出的固结仪-电阻率试验原理进行室内试验,分析了不同含水率和渗滤液浓度对电阻率的影响,进一步探讨了各含水率下不同污染试样压缩系数与电阻率特征值之间的定量关系。结果表明:污染液侵入后会导致土体电阻率急剧降低,不同污染浓度试样间电阻率的差值较小;低含水率时电阻率对水分的响应度更高,随含水率升高,响应度开始降低;在0~100 kPa应力下,电阻率出现骤降,当应力增加至100 kPa后,电阻率逐渐稳定;以垃圾渗滤液含水状态为中间变量,进一步拟合了压缩系数与电阻率特征值之间的关系,其呈现出指数递减趋势;最后提出不同孔隙水化学溶液下的利用电阻率特征值评价黄土受垃圾渗滤液污染程度影响的工程分级评价建议。

基于VMD的地电阻率自适应长期变与年变化提取方法

基于VMD技术,结合地电阻率观测数据固有的数字信号特征,通过分析VMD分解后每层IMF分量的中心频率,研究能够提取地电阻率长趋势变化和年周期变化的VMD算法。结果表明,通过判断VMD分解后第2层IMF分量为年变化的方法,可以给出合理的分解层数K;自适应VMD分解有利于震前地电阻率异常识别,尤其是在地电阻率长趋势变化转折时间的确定以及破年变变化的识别方面。

高密度电阻率法对水库大坝探伤应用实践分析

高密度电阻率法利用计算机数字模拟技术通过对被测断面可进行高密度布点,从而对地电断面进行实时测量,判定土体及岩层的地质赋存情况,为工程质量控制提供依据。本文以高密度电阻率法在某应急水库探伤中的应用为例,阐述该方法在水利工程中的实践与应用。从应用效果看,本次电法布置的三条测线各测线电阻率在剖面图上分布较均匀,物性分层明显,下部土体呈现高阻,土层密实,未见较为明显异常。通过实施高密度电阻率法,大大提高了无损检测的智慧化及自动化水平。

氧化钙改性赤泥固化黄土的电阻率特性及机理

【目的】研究CaO改性赤泥固化黄土的电阻率特性。【方法】对不同CaO和赤泥掺量以及养护龄期条件下的电阻率进行测试,分析了电阻率的变化趋势。另外,测试了不同条件下试样的XRD、SEM、EDS和孔隙度、孔喉分布率,通过分析微观指标的差异揭示了电阻率的变化机理。【结果】研究结果表明:随着CaO和赤泥的增加,电阻率呈现降低的趋势;与水泥固化土相比,CaO改性赤泥固化土孔隙水中的导电离子在离子种类和离子浓度两方面都有所增加,这导致孔隙水的导电性增加;而CaO改性赤泥固化土的孔隙度和孔喉分布率差别不大,所以试块内部的导电通路差别不大。随着养护龄期的增加,电阻率整体呈现出对数增长的趋势;水泥固化土中的导电离子因参与反应逐渐减少;CaO改性赤泥固化土中过量的CaO未参与反应,导致孔隙水中的导电离子持续存在,因此养护龄期大于28 d时孔隙水的导电性降低幅度有限;另外,由于固化土的孔隙度和孔喉分布率均有所增加,且试块处于非饱和状态,故其内部断路增多导致导电通路减少,致使电阻率随着龄期的增加而变大。

水盐含量及电阻率对盐渍土抗剪强度的影响

为了研究盐渍土的水盐含量及电阻率对其抗剪强度的影响,对长岭县的盐渍土进行室内试验,测量了不同深度土壤的含水率、含盐量、电阻率和抗剪强度,研究了电阻率和抗剪强度与含水率含盐量的关系。结果表明:盐渍土的电阻率随含盐量和含水率的增加而逐渐降低;经三轴剪切试验可得,内摩擦角和黏聚力均随含盐量的增加而减小,与含水率呈负相关;盐渍土的抗剪强度与电阻率之间具有良好的线性关系,抗剪强度随电阻率的增大而逐渐增大,构建盐渍土抗剪强度与电阻率之间的相关拟合公式,对实际工程应用有理论参考意义。

井下油基泥浆电阻率和介电常数测量方法与测量探头设计

随着油气勘探的发展,油基泥浆应用越来越广泛,适用于油基泥浆环境的电成像仪器也获得了大量应用。油基泥浆电阻率与介电常数对电成像仪器的测量影响很大,需要利用探头附近油基泥浆电阻率和介电常数数据对成像测量结果进行补偿。介绍了一种实时测量井下油基泥浆电阻率与介电常数的方法及其探头的设计,利用发射电极、接收电极及充满在环形间隙的油基泥浆形成同轴圆柱电容器,建立油基泥浆电阻率与电容器等效电阻的定量关系及油基泥浆介电常数与电容的定量关系,从而确定油基泥浆电阻率与介电常数。该技术为补偿油基泥浆对电成像测量数据的影响提供了理论依据和技术支持。