天然源槽波勘探的可行性研究

常规炸药震源在高瓦斯矿井受到了十分严格的管制,迫切需要一种新型非炸药震源的槽波勘探方法作为替代。基于此,开展了矿井中天然源槽波勘探方法的可行性实验研究。通过理论分析和数值模拟实验,论证了煤层具备天然源槽波发育的地球物理基础。通过构建“三随机”天然源槽波模型,即震源的空间位置随机、震源初始激发时刻随机和震源的振幅随机,成功实现了天然源槽波的时间域数值模拟实验。采用相移法对天然源槽波数值模拟数据进行了频散谱计算,结果具有明显的频散特征。数值模拟实验结果证明了理论模型中天然源槽波的存在,且基阶和高阶形态均发育。在安徽淮南某煤矿工作面进行实测实验,成功采集到天然源槽波三分量数据,对实测数据进行频散谱计算,结果表明3个分量均具备频散特征,其中X分量频散曲线能量脊较为清晰,达到了验证天然源槽波存在的预期目标。总的来说,数值模拟结果表明天然源槽波的地球物理基础和形成机理是正确的,现场实验结果证明了天然源槽波在煤层中自然存在,该方法在矿井地质勘探中具有可行性和潜力。

HTI型煤层裂缝参数的地震AVOA响应正演模拟

裂缝是控制煤层渗透性的关键因素,关乎着煤层气勘探开发的成败。为此,聚焦HTI型煤层裂缝参数的地震AVOA响应机制开展研究。依次采用Mori-Tanaka模型和Brown-Korringa各向异性流体替换理论模型,计算含垂向干裂缝和流体饱和裂缝煤层的等效弹性模量。基于煤层裂缝的岩石物理表征和HTI型煤层模型的正演模拟,分析裂缝参数的地震响应特征。结果表明:裂缝密度变化引起水平向纵、横波速度和各向异性系数,以及煤层顶界面各向异性梯度项变化显著;水平向纵波速度、各向异性系数ε(v)主要受裂缝孔隙度控制和影响,而横波速度、各向异性系数γ(v)、δ(v)以及煤层顶界面各向异性梯度项对裂缝孔隙度和纵横比变化均敏感;入射角大于0时,随着入射角或裂缝密度增大,煤层顶界面P-P波反射系数和煤层反射复合波最大正振幅方位各向异性增强,且当方位角为0时,裂缝密度变化引起的P-P波反射系数和煤层反射复合波最大正振幅变化显著。因此,分析并厘清HTI型煤层裂缝参数地震AVOA响应机制有助于为煤层裂缝的地震探测提供理论支撑。

利用综合物探方法探察山区河床地质条件

河流河床地下空间地质条件是地下管道等隐伏工程跨河段施工的关键,必须对其下伏岩层条件及其含水性、岩层破碎特征等进行超前探察与判断。基于并行电法探察技术,构建河床地质条件计算模型,利用正反演方法得出河床模型地断面的电性特征,并利用瑞雷面波辅助实施综合探察。通过现场工程应用,综合探察取得了良好的应用效果,试验区内岩层受河流侵蚀比较明显,河流的渗流范围大,宽30 m、深度在20 m左右,测区内破碎带呈条带状分布,范围较大,厚度不一,深度在10~15 m的范围内,物探解释与钻孔揭示地层条件对应一致性好。研究结果表明,综合物探方法能够有效探察山区河床地层的分层性、层厚、分布范围、河流的渗透范围等地质条件,为河床下伏工程施工技术措施制定提供依据。

多道瞬态面波在复杂地形条件下岩层划分中的应用研究

在复杂地表条件下,利用瑞雷面波进行勘探时,需要考虑地形对瑞雷波场传播地影响。针对倾斜地表两层地质模型,通过设计不同展布方向的检波器排列进行瑞雷波信号采集,利用高精度交错网格有限差分法,讨论经过快速傅里叶变换后的地震记录F-V频率谱,通过对比信号频率谱与理论多阶频散曲线,分析在不同地形条件下瑞雷波传播能量的变化特征,并提取叠加频散曲线;运用遗传算法对采集到的地震记录进行基阶与高阶瑞雷波联合反演得到目的层厚与初始模型层厚进行误差对比;并对理论正演初始模型的频散曲线与各地质模型利用F-K法提取的频散曲线进行全局拟合误差计算。分析表明:倾斜地形进行多道瞬态瑞雷面波勘探,相对于下部激发、上部激发会产生高阶频散趋势,因此对下部激发的地震记录进行反演产生的厚度误差相对较小。

利用并行电阻率法探测隧道施工地质条件

近年来,隧道建设数量与规模不断加大。隧道掘进所面临地质条件的复杂化,极大地增加了现场施工的难度和危险性。其中,掘进前方地层的岩溶构造问题是严重影响工程安全的主要难题之一。利用阵列式并行电法测试技术,结合隧道地质条件,开展隧道前方地质条件的超前探测与研究。结果表明,测试方法能够有效圈定岩溶发育区、确定岩层富水情况,实现对溶洞、塌方等异常区域的快速定位与判断。技术研究为隧道岩溶地质条件安全施工提供一种新的技术保障,其对隧道工程建设有着重要的应用价值。

瞬态面波法在岩土风化分层中的应用

瞬态面波法在浅层岩土体分层中得到了较为广泛的应用,但对分层特征判定需得到深入研究。利用瑞雷面波在不均匀介质中的频散特性,采用瞬态面波分析技术对浅层风化层进行探测,通过重复激震试验确定特定场地条件下面波法的最佳探测深度,结合区域岩层风化面波速度特征进行相速度划分与评价。结果表明,测区整体风化层厚度约为20m,地层覆盖较为均匀,部分地区残积层较厚,岩土层的分带特征明显,结合钻孔资料表明该方法在研究区的探查效果良好。

多道瞬态面波法在岩溶注浆质量检测中的应用

采用高精度有限差分法对水平三层均质地质模型和含溶洞地质模型进行正演模拟,对正演数据进行F-K频散计算,综合对比面波单炮记录与频散谱的差异,表明溶洞的存在对频散特征的影响较大。在注浆场区采用滚动采集方式进行瑞雷波数据采集,对所得地震记录进行频散分析,并经过处理得到二维横波速度剖面。根据钻孔岩性资料以及基岩面起伏情况,分析横波速度水平与竖直方向的变化特征,对场地岩溶注浆异常区域进行识别和判断。数值模拟与应用实例表明,多道瞬态瑞雷波法对溶洞较为敏感,所提供岩溶异常范围较准确。

多道面波勘探排列参数的影响研究——以双层凸起地质模型为例

多道瞬态面波法(MASW)获取地层剪切波速度方便快捷,目前已广泛应用在工程勘探领域,特别是在复杂地形条件下的应用逐步增多;针对复杂地形条件下,数据采集至关重要,其中排列参数选择是一个重要因素,以双层凸起地质模型为例,通过对不同偏移距和道间距的排列系统进行高精度有限差分数值模拟研究;对比分析数据频率谱,讨论不同偏移距与道间距对瑞雷波频散分辨率特征的影响,为现场数据采集提供理论指导;结果表明:在一定数量的通道数和横向分辨率允许的情况下,大道间距是优选,偏移距尽量大以避免近场效应。

应用面波法在混凝土表面测试条件下调查基岩特征

瑞雷面波检测方法作为一种较新型的公路工程质量检测技术,利用其频散特性,可对地下浅层地质信息进行科学、快速、准确地测试,在工程勘察中得到广泛应用。但目前存在诸多以混凝土表面且下覆软土层的测试条件来探查基岩的深度及其岩溶特征,可借鉴的资料及经验相对较少。文章通过对多道瞬态瑞雷波方法技术阐述,结合工程实例,讨论了混凝土下覆软土层条件下,利用面波法对铁路路基基岩面深度及岩溶赋存情况进行探查,结果表明多道瞬态瑞雷波法是一种高效适用的浅层工程物探方法。

利用电性参数监测巷道围岩变形模型试验研究

巷道开挖后围岩会发生变形形成相应的松动圈层,使用过程中需要进行动态监测其变形特征。论文利用电阻率测试方法,结合岩石介质变形过程中电性参数改变进行分析,判断其变形与破坏特征。通过相似模拟实验,构建测试系统进行监测,其结果表明,电阻率法能够有效表征围岩变形状况,可在巷道围岩监测中发挥作用。

伪随机震源面波法频谱特征及其勘探深度分析

多道面波分析勘探法在工程场地安全评价中应用广泛,主要有人工源和天然源两种方法,但人工源法具有勘探深度相对较小的缺陷;天然源法其数据采集周期长现场操作便捷性差.文章通过引入伪随机震源作为面波勘探震源,希望能够在较短的采样周期内获取质量较高的频散能量谱.对获得的面波数据记录分别使用适合主动源法的F-K法以及适用于被动源法的SPAC法获取相应频散谱,并将伪随机震源的频散谱与同场地、同排列条件下人工源和天然源面波数据结果对比,认为:(1)运用SPAC法进行伪随机震源面波法频散分析所得到的频散谱收敛性较高;(2)伪随机震源面波法能够弥补人工源面波法勘探深度较小的缺点,相对于天然源面波法能够兼顾浅层高频区域,且现场操作简单、工作效率更高,适宜于不同地质条件的场地应用评价.