电阻率测深法在咸淡水界面探测中的应用

通过电阻率测深法探测沧州献县的地下咸淡水界面,首先结合水文地质条件的综合研究,通过小四极测试法对工作区内不同岩性地层做了物性测试;根据地下咸淡水界面两侧存在着明显的电阻率差异这一地球物理前提条件,布置了7条测线,并进行反演和解释,查明了研究区地下0~250 m深度咸淡水分布情况。结果表明,区域内咸淡水分界线近NE走向,其西北区面积约1/3范围为淡水区,分界线东南大片面积略超2/3范围为咸水区;咸水区内有3个面积较小的淡水区,咸水与淡水分界面深度总体呈现西浅、逐渐向东变深的趋势,并存在4个下凹幅度不等、影响面积及特征不同的漏斗区。研究证明电测深方法在地下水勘查、咸淡水界面勘查中具有良好的有效性。

基于压缩感知理论的远震P波数据重建研究

本文将基于压缩感知理论的地震观测数据重建方法用于天然远震事件的P波到时处理之中,基于曲波(curvelet)变换,建立基于L_(1)范数的正则化反演模型,并采用迭代收缩阈值算法(ISTA)求解该模型。针对在内蒙古布设的流动地震台阵记录到的远震波形数据,对其进行稀疏采样,采用稀疏反演重建方法对欠采样数据进行重建,并拾取重建数据的P波到时,之后开展远震P波层析成像进行验证。研究结果表明,远震天然地震观测数据在曲波变换中表现出稀疏性,可利用压缩感知方法实现远震P波数据的完备化处理。基于内蒙古流动地震台阵数据三维P波成像也表明,基于压缩感知的数据重建技术可以提高地震层析成像的分辨率,且压缩感知采集技术在天然地震研究中具有潜在的应用价值。

基于一种注意力机制U-Net的地震数据去噪方法

受野外采集过程中设备和环境等多种因素影响,地震数据中往往存在表面波、鬼波、随机噪声等各种噪声,影响了地震数据处理和解释的可靠性和准确性。近年来,基于人工智能的方法以其计算效率高、数值效果好等优点成为地震数据去噪的研究热点。U型网络(U-Net)是一种经典的卷积神经网络结构,常用于图像分割任务;注意力机制(Attention Mechanism,AM)是一种能够让模型在学习过程中更加关注特定区域或特征的技术。通过在U-Net网络中添加AM模块,构建了一种具有注意力功能的U型网络(AU-Net),并将其运用到地震数据去噪。为解决去噪过程中产生的边界效应,使用膨胀填充的方法对数据进行切分,该方法通用性较高,可以用于其他网络模型。AU-Net和U-Net的去噪试验结果表明:AU-Net网络去噪的效果比U-Net更好,可更好地保留弱信号;同时,通过迁移学习使AU-Net去噪方法更具适应性。

基于Cook距离的阻尼多道奇异谱分析分离绕射波

地震绕射是提升小尺度不规则地质体成像横向分辨率的重要手段。常规地震记录中的绕射波会被能量强的反射波掩盖,因此需要分离出绕射波并成像。阻尼多道奇异谱分析是一种秩约束类的去噪方法,其原理为地震数据经过Hankel变换后做奇异值分解,反射波和绕射波分别对应着数值较大和较小的奇异值。然而该算法依赖人工确定反射波场的秩,不适用于海量地震数据处理。为了克服人工选择奇异值的问题,提出使用Cook距离作为自动计算反射波场秩的解决方案。将Cook距离和阻尼多道奇异谱分析算法相结合以实现反射和绕射波分离。模拟共炮检距道集和叠后实际数据实验表明,该方法能够有效获得高质量绕射波场。

地铁盾构双线隧道地表横向变形特性与预测

地铁盾构双线隧道地表变形因素影响众多,需深入分析其地表变形规律,有效开展变形预测研究。以北京地铁盾构双线隧道实测资料为基础,采用数值模拟方法研究了隧道中心埋深、隧道中心水平间距等对地表横向变形的影响。首次定义了双线隧道的相对间距系数,并建立了地表变形预测公式。研究结果表明:随着隧道中心间距的增加,双线隧道地表沉降槽逐渐由V形(或U形)转变为W形,双隧空间位置关系不同地表变形形态也不同;相对间距系数R_(1),R_(2)可用来描述双线地表变形形态变化;工程实测资料拟合得出地层损失率V_(l)和宽度参数k的统计结果,为地表变形预测参数的取值提供了参考;典型工程案例验证结果表明,地铁盾构双线隧道地表变形预测公式具有很好的适用性。

煤矿富水体SOTEM响应三维数值模拟研究

采用三维时域有限差分法对三维地电模型的SOTEM响应进行正演计算,发现:(1)采空区或陷落柱上方观测的电场E_x响应衰减曲线在早期高于背景响应,在晚期均低于背景响应;(2)偏移距越小,∂B_(z)/∂t响应信号的相对异常越大,发射源长度的增加能提升信号强度,但同时也会导致相对异常的略微下降;(3)当测线靠近发射源时,采空区或含水陷落柱的∂B_(z)/∂t响应在整体上低于背景值,当测线远离发射源时,采空区或含水陷落柱的∂B_(z)/∂t响应在整体上高于背景值。本文计算结果对于认识SOTEM对煤矿典型富水体的探测能力具有重要意义,为SOTEM装置参数选取及其在煤炭领域的推广应用打下理论基础。

地震背景噪声HVSR法探测雄安地区场地响应和浅层沉积结构

雄安新区建设是国家战略和千年大计,探查与地震灾害密切相关的沉积结构和地震场地响应特征,可为雄安地区的城市抗震设防提供重要依据。但该地区相对缺少与场地条件相关的研究,一些浅部探察结果由于资料覆盖有限,精度不高。文中利用台间距为1km的短周期密集台阵,基于HVSR法处理台阵背景噪声,结果表明:区域内大部分地区场地的放大系数<5,场地放大作用不显著;场地共振频率和沉积层埋深具有明显的分区特征,西部场地共振频率主要为0.8~1.2Hz,沉积厚度较薄,范围为100~160m。中西部场地共振频率主要为0.5~0.8Hz,沉积层厚度较厚,范围为160~210m;三维沉积层模型与钻孔资料、浅层电阻率法的地质解释图基本吻合,沉积层的起伏特征与断裂带分布、地质构造单元均有较好的对应关系,结果表明容西断裂、容东断裂、牛西断裂、牛东断裂、徐水-大城断裂作为雄安地区次级地质构造单元边界,影响了近地表的沉积层结构。文中通过HVSR法得到了雄安地区的场地参数,如沉积层共振频率、场地放大系数,以及高精度的近地表三维沉积层模型。上述结果可为雄安地区今后的地震小区划和抗震设防提供重要参考。

一种自动判定保留的奇异值个数的地震随机噪声压制算法

对于地震数据去噪来说,基于降秩的方法需要将地震数据分成不同的块,然而每个块对应的奇异值个数不同,目前需要人工估计每个块的有效奇异值个数,计算效率低,无法实现产业化。为此,提出一种自动判定保留的奇异值个数的地震随机噪声压制算法——自适应阻尼多道奇异谱分析(ADMSSA)算法。该方法利用Akaike信息准则自动地确定地震信号的奇异值个数,然后基于阻尼多道奇异谱分析(DMSSA)算法去噪。首先介绍了多道奇异谱分析(MSSA)方法的去噪原理,然后给出确定有效奇异值个数的Akaike信息准则和经验方法,经验方法可以验证Akaike信息准则的有效性。去噪过程采用DMSSA方法的框架,在ADMSSA算法中仅需要确定信号的主频范围,就可以自动地去噪。模拟和实际数据实验表明,所提方法能够自动地确定可靠的奇异值个数,并且获得高信噪比的去噪结果,在工业化应用中具有巨大潜力。

磁性源瞬变电磁法零偏移距全期视电阻率计算及其校正方法研究

计算视电阻率是瞬变电磁数据处理与解释工作的主要内容之一。通常由均匀或层状模型计算得到的视电阻率不足以详细表征地下介质分布,具有较强的体积效应和多解性且计算量大。基于此,针对全期视电阻率的优化问题,研究了半球壳层校正方法,实现了快速计算弱多解性的视电阻率,校正结果显示电性分界面更加明显。为实现数据快速处理并得到视电阻率唯一解,首先分析了感应电动势和电阻率之间的单调关系,对比地质情况从而选取感应电动势的单调区间,然后重新构造核函数以适用于二分法,最后计算连续且完整采样时间的视电阻率。为减弱视电阻率的体积效应,建立由均匀半球壳层组成的视电阻率校正模型且介质层数与时道数量一致,然后基于扩散深度表达式推导出视电阻率校正公式,用以校正全期视电阻率最优化算法计算的视电阻率。理论模型和实测数据的处理结果均表明,全期视电阻率最优化算法相对于晚期视电阻率计算方法,能够将有效时道拓展至全时间段,从而可以更加有效地识别浅层介质的垂向分布规律,而且半球壳层校正方法能够有效约束低阻介质体积效应对深度的影响,提高视电阻率的垂向分辨率。

基于层次聚类多道奇异谱分析的地震数据同时重建与去噪方法

高信噪比、高保真度和高分辨率地震数据是获得地下结构清晰成像的前提。在地震数据采集过程中,不利地形、坏道等因素造成地震数据不满足采样定理,需重建以获得完备的地震数据。多道奇异谱分析法是一种常用的地震数据重建与去噪方法,其关键是对划分的每个数据块确定有效奇异值个数。该参数需根据不同的数据特征判定,但目前的人工选择方法需花费大量人力和计算资源。针对每个数据块,基于频率域多道奇异谱分析框架,分析奇异值的离散点曲线和谱的规律,提出层次聚类法自动识别有效信号对应的奇异值个数,提高地震数据去噪效果和重建质量。对经过块Hankel矩阵奇异值分解得到的奇异值序列,采用层次聚类法进行聚类,得到各频率的有效奇异值个数;再对有效频率内求取的奇异值个数求最大,获得数据块的有效奇异值个数;在阻尼多道奇异谱分析同时重建和去噪的框架下,进而提出一种改进的多道奇异谱分析(MSSA)方法以实现地震数据的同时重建和去噪。对模拟地震数据与实际地震资料进行测试,结果表明基于层次聚类的多道奇异谱分析法在同时重建和去噪方面具有优越性,能避免人工选择有效的奇异值个数,减小地震数据处理工作量,对大规模地震数据的重建与去噪具有现实意义。

一种基于双调和样条插值的完全非规则地震数据重建

在地震勘探过程中,由于地形、环境等影响,采集到的地震数据常常是不规则且不完整的,这会对后续地震数据的处理造成不良影响,因此地震数据重建是一个常用的处理手段。目前已经发展了多种地震数据重建方法,大部分的地震数据的重建工作都是建立在一个规则网格上进行,而对于完全非规则地震数据的重建研究较少。本文基于双调和样条插值的方法提出了一种非规则地震数据重建方法,通过求取一个能够通过n个点的双调和样条函数,将残缺的且非规则的地震数据插值到规则的网格中,从而得到完整的地震数据。本文进一步提出了分块插值的思想,在插值之前将每一时间或频率切片进行分块,对每一块分别进行插值。此方法改善了插值对内存需求过大的弊端,并极大的提高了计算效率。通过合成地震数据进行测试,实验证明了提出的双调和样条插值方法的插值效果。

高速地表环境下的主动源面波勘探研究

高频(≥2 Hz)瑞雷面波的相速度频散特征已经被广泛用于确定浅地表横波速度,但仅反演几十Hz以内的相速度频散难以约束地表最浅部(譬如,<0.2 m深度)的横波速度.此外,频散反演中不准确的表层横波速度亦会导致更深部横波速度反演结果的偏差.实际中,无论城市混凝土浇筑的马路或者铁路坚硬的道床都在地表呈现为显著高横波速度异常(>1000 m/s)的薄层,此类地表环境下频散反演的结果可能会产生较大的偏差.相较于瑞雷面波频散,相同频率的瑞雷面波水平-垂直振幅比(H/V)对横波速度的敏感深度明显更浅.基于此,本文提出了一种基于主动源多道地震记录准确提取高频瑞雷面波H/V并联合反演瑞雷面波相速度频散和H/V的方法.本文通过高速地表理论模型的研究,表明引入H/V的联合反演显著改善了地表及更深部的横波速度的反演精度.该方法对高速地表条件下的城市道路检测及铁路路基病害识别具有重要工程意义.

露天矿边坡滚石运动轨迹的统计研究——以内蒙古某矿山为例

有效、准确地估算露天矿边坡滚石运动轨迹,对滚石防护及保障矿山安全生产具有重要意义。该文以内蒙古某露天矿采场边坡为例,采用RocFall软件对滚石运动轨迹开展模拟研究,获得了采场坡脚台阶坡面、顶部及整个采场边坡的滚石运动轨迹及位置分布的统计规律,并为防护滚石提出了建议。研究结果表明:坡脚台阶坡面、顶部滚石的最终位置距坡脚的最大距离不超过18 m;整个边坡坡面滚石的运动范围可划分为四个区间,滚石最终位置距坡脚的最大距离不超过9 m;现有安全平台可有效防护滚石。本研究为该矿山的滚石防护提供了理论依据,也可为同类工程提供参考借鉴。

一种基于压缩感知理论的浅层地震高效采集方法

基于压缩感知理论的地震数据采集方法能够减少野外工作时间,节约采集成本,提高地震勘探的效率,对于降低地震勘探的成本具有重要的应用前景.压缩感知采集方法可以随机的布设检波器,因而能够节约采集仪器和减少野外施工时间,对于节点式地震仪的采集能够明显提高采集效率.压缩感知地震数据采集相关技术包括野外观测系统设计和地震数据重建两项技术,地震数据重建的质量依赖于观测系统的设计,在相同采样数据量的情况下,如果采样方式不合适,则重建出来的数据的信噪比相差很大,因此压缩感知的关键是设计合适的采样方式.本文基于压缩感知理论,提出一种边缘保持分段随机采样,该方法能够灵活的划分段数和每段内的采样个数,由于边缘数据的缺失对重建质量有很大的影响,因此该方法保留了边缘的检波器.数据实验表明,这种数据采集方式比随机采样和分段随机采样有更好的重建效果,并且重建数据的偏移和完整采集数据的偏移结果更加接近;通过浅层地震勘探真实数据的模拟采样证明了压缩感知理论可以应用于浅层地震勘探,本文提出的采样方法在浅层地震勘探中具有重要潜力.