高铁地震数据干涉成像技术初探

高铁运行会引起铁轨的震动,从而产生地震波向地下介质中传播,通过研究该地震波可对高铁沿线的地质情况进行持续监测.与常规地震勘探中的震源相比,高铁地震中的震源较为复杂,为移动震源,而地震干涉技术可以通过地震记录间的相互干涉,消除震源的影响,因此可利用地震干涉技术对高铁地震信号进行处理并成像.本文通过分析研究,总结出地震干涉方法在处理高铁地震数据时的关键技术问题:不同于常规地震干涉中先干涉后叠加的干涉成像方式,高铁地震移动源的特点使得干涉顺序变为先叠加后干涉,由此带入了大量震源串扰噪声;初步提出两种解决高铁地震干涉成像的思路:通过对高铁地震信号的处理,使高铁变相"提速"或"降速",给出了"提速"或"降速"后各自的成像思路,并给出了数据处理的技术设想.

基于时窗能量比和AIC的两步法微震初至自动拾取

传统的微地震数据震源定位算法依赖于波至时间的拾取。由于微地震数据量较大且信噪比较低,手动拾取纵波和横波的波至时间很耗时,且引入的人为误差不易控制。笔者在分析已有方法特点的基础上,给出一种较快捷、准确的两步法微地震初至自动拾取方法。该方法首先使用时窗能量比法识别微震事件并大致确定波至时间,然后使用局部AIC精确拾取波至时间。与常规时窗能量比法相比,该方法减弱了时窗大小对拾取精度的影响;与常规的AIC法相比,由于只在局部使用AIC,避免了在低信噪比情况下AIC会出现多个局部极小从而难以准确拾取的问题,同时也提高了拾取效率。最后通过野外实际微地震数据进行了测试,分析了该方法的性能,验证了该方法的有效性和实用性。

Hankel矩阵滤波在微地震数据处理中的应用

针对微地震信号能量弱、信噪比偏低的问题,将基于Hankel矩阵的滤波算法引入微地震信号处理中,用于衰减微地震信号中的随机噪音,提高微地震事件波至时间的拾取精度;采用Akaike信息准则(AIC)自动选取信号特征值,能适用于微地震事件的实时自动处理。与常规滤波方法相比,该方法在压制噪音的同时保护了微地震信号,其有效性和实用性在模型数据和实际微地震数据测试中得到了验证。

微地震震源定位中目标函数的研究与应用

针对常规微地震震源定位中走时目标函数的多解性问题,基于三分量微地震数据,建立了联合走时和三分量微震数据方位信息的矢量目标函数,把矢量目标函数运用于Geiger定位方法中,得到了改进的Geiger定位法。模型数据测试表明:该方法对震源的方位信息敏感,定位精度更高。

基于分段波形互相关的井下随采地震数据成像

随采地震勘探是以采煤机为震源的被动地震探测技术,由于采煤机是不断移动的、且其激发的是一种连续信号,因此常规数据处理方法无法直接应用。提出分段波形互相关方法,通过将采煤机产生的数据分段,采用互相关方法提取有效信号的走时,然后利用速度层析成像方法对工作面内部和切眼前方进行速度成像。利用波动方程对含异常体的工作面模型进行随采地震数值模拟,反演得到的成像结果和速度模型基本吻合;实际随采地震数据测试中,利用该方法对采煤机震源数据反演得到采动过程中地震波传播速度的成像结果,实现了对工作面内应力异常变化区域的实时动态监测。研究结果表明:基于分段互相关成像方法能解决采煤机震源信号处理问题,满足随采地震勘探技术实时性和稳定性的要求。

微震震源定位新方法——混合差定位法

当微地震事件个数较多时,传统双差定位算法的数据存储量和计算量巨大,难以适应微震震源的定位。提出一种新的微震震源定位算法——混合差定位法。这种算法综合了双差定位算法和Geiger定位法的优点,不仅数据的存储量和计算量大大减小,且与双差定位相比,其定位结果不受初始震源丛的质心位置的影响。模型数据和实际微地震数据测试结果验证了该方法的有效性和实用性。

地震叠前逆时偏移的有效边界存储策略

基于双程波动方程的逆时偏移被认为是目前最好的偏移成像技术,更适合于复杂构造成像.然而,大计算量和大存储量使得逆时偏移的计算成本很高而无法用于大数据量的地震成像.本文分析了目前常用的存储策略,并分别在空间和时间上对存储策略进行了研究:空间上,根据有限差分格式,在边界存储策略的基础上通过修改波场逆向传播的边界条件,提出了有效边界存储策略.该策略可在不增加任何计算量的情况下大幅降低逆时偏移对存储量的需求;在时间上,使用checkpointing技术对有效边界存储策略进行了改进,使叠前逆时偏移在增加少量计算量的情况下进一步降低存储量需求.Marmousi模型测试结果表明了有效边界存储策略的有效性和优越性.

逆时偏移中用Poynting矢量高效地提取角道集

逆时偏移在提高复杂介质的成像质量方面表现出了优越的性能,但逆时偏移对速度精度的要求比较高.共成像点道集是一种非常重要的叠前深度偏移输出,它除了能为深度偏移处理提供速度信息外,还能够提供振幅和相位等信息,为后续的属性解释提供依据.本文提出一种在逆时偏移成像过程中提取角度域共成像点道集的方法,该方法采用矢量波动方程进行波场传播,并用能流密度矢量(Poynting vector)计算反射角,最后应用互相关成像条件输出角度域共成像点道集.该方法简单易于实现,且几乎不需要额外的计算量和存储量,非常适合于进行逆时偏移速度分析,同时提出的角道集也能用于进行AVA等分析.最后通过模型算例和实际数据检验了方法的有效性和优越性.

基于微震监测的深埋煤层顶板导水裂隙带发育特征

导水裂隙带发育高度是矿井水害预测的重要技术参数之一。以彬长矿区文家坡煤矿4103工作面为研究对象,利用井–地联合微震监测技术对顶板导水裂隙带发育特征进行研究。研究结果表明:深埋煤层开采时,微震事件超前工作面回采位置发育,超前影响角最大为35°,最小为28°;断层的存在降低了覆岩稳定性,相较于正常基岩,更易在回采影响下发生应力集中和破坏;断层加大了微震事件发生的超前距,而采空区则使微震事件的高密度区向其所在部位发生偏移,加剧覆岩破坏程度,增大导水裂隙带发育高度;垂向上,4103工作面监测区内的微震事件高密度区域主要集中在高程+400^+520 m,结合微震事件数量和能量分布特征,判定4103工作面垮落带发育高度为50 m,垮采比13.16,导水裂隙带发育高度为117 m,裂采比为30.79。该成果可为彬长矿区类似煤矿深埋煤层顶板导水裂隙带发育高度研究及顶板水防治提供重要依据。

非地质类专业“地球科学概论”教学模式探讨

“地球科学概论”是地球科学教学体系中的先导性课程,是一门面向地质类及相关专业本科生,集素质教育、地质思维和培养兴趣于一体的以理论为主的自然科学基础课程。以西安科技大学非地质类专业所开设的通识教育必修课“地球科学概论”课程为例,分析了该课程目前教学中存在的问题,结合基于爱课程和腾讯课堂的混合式线上教学体会,明确了适合非地质类专业的“地球科学概论”课程综合教学模式,以达到提高课程教学效果和培养具有地球观的创新型人才目标。

煤层中断层的透射槽波定量响应特征

影响煤炭开采的隐蔽致灾地质因素主要包括:断层、陷落柱、煤层厚度突变以及应力集中区等。准确、定量地查明这些地质异常体,可为安全高效回采提供地质保障,这也是我国煤矿高产高效地质保障系统的核心内容。煤矿安全高效开采,迫切要求能够超前、定量查明小断层、煤层厚度变化、陷落柱、地应力集中区、瓦斯富集带、裂隙发育带等隐蔽致灾地质因素。煤矿井下槽波地震探测技术已在采煤工作面内部隐伏构造探测方面取得了良好的地质效果,但是该技术尚无法实现断层“三要素”(断距、倾角、倾向)的定量判识和煤厚的直接测量,急需开展相关研究以攻克这一技术瓶颈难题。从数值模拟的角度,分析不同煤厚、不同断距的断层分别对Rayleigh透射槽波和Love透射槽波的频散性及能量的影响,进而研究断层断距与透射槽波能量衰减之间的定量关系。研究结果表明:①垂直断层不会影响槽波的频散特征,只对槽波的能量有明显的影响;②模拟显示,即便断层断距大于煤厚,仍然会有相当的槽波能量通过,特别是长波长分量;③在槽波波长与煤厚相近时,相同规格化断距的断层对槽波的衰减量不随槽波波长变化,且Love槽波和Rayleigh槽波衰减量几乎相同;④采用等效Q描述断层对槽波能量的衰减影响时,规格化断距σ与Q呈倒数关系。研究成果可为透射槽波的断层断距定量探测提供理论支持,但此成果仅仅是基于理论模拟得出的,其用于实际勘探时仍需要进一步研究,下一步将研究如何在实际数据中应用本文提出的断距定量关系式实现断层断距的定量探测。

采煤工作面随采地震探测技术研究进展——以贵州岩脚矿12701工作面为例

随着煤矿从自动化开采向智能化开采发展,煤炭地质保障系统正在迈入精准智能探测新阶段。近十多年来,矿井槽波地震勘探技术在煤矿采掘阶段探测煤层内断层、薄煤带、陷落柱等隐蔽致灾体方面效果显著,但槽波地震探测技术在应用过程中依然存在一些问题:炸药震源应用受限,施工时对煤矿生产活动有一定影响,一致性静态探测无法实现对煤岩动力灾害的监测。随采地震以采煤机作为震源,实现对采煤工作面内静态地质构造高精度探测和开采动力灾害的监测预警,为采煤工作面的地质透明化、开采智能化提供数据支撑。该技术也逐渐成为煤矿井下地震勘探的研究热点。以贵州岩脚煤矿12701智能工作面随采地震的试验为例,介绍随采地震在采集系统设备、采集方案、采集软件和处理软件架构设计、数据处理方法和流程等方面的最新研究进展,并讨论分析探测成果。这些成果表明:①从获得的随采地震干涉记录来看,采煤机截割震动作为随采地震的震源是适合的,可以获得高信噪比的虚拟炮集记录;②设计的随采地震采集系统、观测系统、采集处理软件架构和随采地震数据处理流程是合理可行的,能够满足随采地震实时、自动、大数据量等要求,整体运行稳定性良好;③随采地震能够探测采煤工作面的静态构造和应力动态变化,可为未来工作面透明化动态地质建模、回采过程中煤岩动力灾害监测预警提供数据和技术支持。

Love型槽波透射记录的频域合成算法

利用射线追踪对网格化的二维模型进行走时计算,在频率域对Love型透射槽波记录进行了合成。在考虑了频散、吸收衰减等对波场振幅、相位影响的基础上,对含薄煤带模型的透射槽波理论记录进行了频域合成,并进行了波场特征分析。结果表明：频域合成的槽波透射记录在时间、频散特征、能量等属性上与理论分析一致,且与三维弹性波波动方程模拟的基阶Love型槽波波场特征相似,但频域合成算法的计算速度快1~2个数量级。