岩石孔隙度测量实验装置设计与测试分析

为提高岩石孔隙度测试结果的精度、优化实验教学效果,该文改进了基于波义耳定律双室法的孔隙度测试仪,并提出提高测试精度的具体措施。选取山西省赵庄矿煤岩、河北省万年矿页岩和煤岩、河南省永城砂岩和煤岩进行测试分析,结果表明装置气密性、温度变化和样品烘干时间是影响孔隙度测试精度的关键因素:孔隙连通性差、孔隙度小的岩石对装置气密性要求更高,需要增加测试时长;实验时环境温度的浮动会对测试值产生影响,需要进行温度校正;煤岩的烘干时间为48 h左右,砂岩、页岩和油页岩的质量达到基本稳定所需要的烘干时间较短。

基于LLE和SVM的地震断层自动识别方法

传统地震资料的断层解释主要依靠解释者的知识和经验,存在工作量大、效率低的问题。基于机器学习的断层识别方法,可以融合已有的地质资料、解释人员的知识和经验,构建高质量的数据集,增加解释的准确率。为了提高机器学习方法断层解释的准确率,构建基于局部线性嵌入(LLE)和支持向量机(SVM)算法的断层识别方法。首先,介绍了LLE和SVM算法的基本原理,说明各算法的计算过程和主要参数;然后建立断层正演模型,分析不同属性的断层响应特征,针对训练数据集中多种地震属性之间的信息冗余,分别通过LLE和主成分分析(PCA)2种算法对地震属性数据进行降维,引入的量化指标计算结果表明LLE算法对于非线性数据体有较好的降维效果;利用西上庄井田6条巷道、5口钻井揭露的11854个已知构造信息的数据点,分别训练SVM,PCA-SVM和LLE-SVM断层识别模型;以准确率A、查全率R、查准率P、F作为模型的衡量标准,对比各模型在工区数据上的预测分类性能;其中,LLE-SVM模型综合表现最佳,查准率可达94.4%,远高于其他模型;最后,利用构建的各模型对整个工区进行预测,并结合实际揭露情况和人机交互解释结果进行分析。综合结果表明,基于LLE和SVM的断层识别方法在去除冗余信息的同时能够有效突出断层响应特征,减少主观人为因素的影响,提高断层解释的效率。

川东北地区下侏罗统自流井组大安寨段陆相页岩脆性特征及其控制因素

以川东北地区下侏罗统自流井组大安寨段页岩层系为研究对象,通过系统开展岩相与矿物组分、动态和静态岩石力学性质以及成岩作用等研究,明确了大安寨段不同夹层类型页岩的脆性特征及其控制因素。结果表明:①大安寨段陆相页岩层系内主要包括黏土质页岩、粉砂质页岩、介壳灰质黏土质页岩和介壳灰岩4种岩石类型,整体表现为高黏土矿物含量、碳酸盐矿物局部富集特征。长英质矿物以陆源碎屑来源为主,有机质丰度与黏土、长英质和碳酸盐矿物含量间相互关系复杂。②页岩脆性受矿物含量、矿物结构及其相互关系共同影响。大安寨段处于中成岩阶段,固结程度较低,长英质矿物对脆性影响弱于碳酸盐矿物。钙质介壳含量的增加导致动、静态岩石力学参数的差异,并降低了岩石破裂及裂缝扩展所需的能量消耗。③大安寨段夹层类型多样,矿物组成与结构复杂。夹层结构均一型页岩动、静态力学参数具有良好正相关性,夹层结构不均一型(介壳夹层)页岩动、静态杨氏弹性模量总体负相关。因此,应充分考虑岩性、夹层类型、岩石力学性质差异性和成岩作用等因素,建立侏罗系陆相页岩脆性与可压裂性评价体系。上述结论对深化复杂夹层类型陆相页岩油气储层脆性认识与地质-工程甜点评价具有重要参考意义。

煤层冲刷带煤厚三维地震预测研究

我国“相对富煤、贫油、少气”的资源禀赋状况决定了煤炭作为我国主体能源的地位短期内不会改变,是短期内不可替代的稳定主体能源(霍超等,2022)。河流冲刷导致煤层遭受冲刷及变形,该地质现象不但直接影响到煤层的储量计算,而且威胁到煤矿的安全开采,因此揭示河流冲刷对煤层影响显得非常重要(张昭等,2022)。地质及地球物理勘探作为当前预测研究河流冲刷最主要的两种方法.

煤弹性参数的影响因素分析及其AVO响应特征

研究煤弹性参数的影响因素可以揭示煤层AVO响应的物理含义,有利于指导复杂地质条件下的煤层气勘探。以沁水盆地寺河矿区3号煤层的60块煤样为研究对象,根据煤的工业成分分析、矿物成分分析和地层条件下测试结果,基于BET多层吸附理论(The Brunauer-Emmett-Teller theory)和自洽模型构建不同流体饱和的煤层气储层岩石物理模型。主要考虑3种流体饱和情况:1种为完全水饱和,另外2种为不同的含水、吸附气和游离气的多相混合流体。在此基础上,分析煤基质组成、孔隙率和流体饱和情况对煤的弹性参数的综合影响,进一步开展含煤地层在不同孔隙率、不同流体饱和情况下的地震AVO响应特征分析。结果表明:研究区内,煤的孔隙率是引起煤纵横波速度、多相流体饱和煤体积模量变化的主要影响因素,且孔隙率增大引起多相流体饱和煤体积模量的变化较明显;相比于孔隙率,不同煤基质组成对完全水饱和煤体积模量、密度的影响更为显著;不同流体饱和情况引起的煤弹性参数变化相较于孔隙率、煤基质组成小。分析含煤地层的AVO响应特征可以发现,孔隙率与AVO属性呈一定线性关系,含水饱和度与AVO属性呈一定非线性关系;与其他AVO属性相比,横波阻抗属性在不同孔隙率、不同流体饱和情况下的地震AVO响应最为显著。

深度卷积神经网络目标检测算法在煤矿断层检测上的应用

断层解释技术在煤矿安全开采领域起着至关重要的作用。随着神经网络技术的发展,许多基于神经网络算法的智能化地震资料解释处理方案被提出。首先通过对比不同的深度卷积神经网络目标检测算法,选择适合于识别断层的Faster R-CNN目标检测算法;其次建立具有多种地质特征的地震正演模型,分别对AlexNet、残差网络ResNet50和ResNet101三种特征提取网络进行测试,优选得出ResNet101特征提取网络在断层检测方面具有更加优异的表现;最后基于优选的ResNet101特征提取网络和Faster R-CNN目标检测算法构建断层检测模型,对实际地震数据进行断层检测。结果表明:基于深度卷积神经网络的目标检测算法在断层检测上具有很好的泛化能力,提高了断层的解释效率,在实际应用上具有巨大潜力。

煤弹性参数频率的依赖性测试技术

地球物理勘探中,对于弹性参数的获取途径,般有地震勘探,声波测井以及实验室测量三类手段。首先,传统的实验室速度测量是在MHz频率范围内进行的,声波测井在10 k Hz频率范围内进行的,地面地震在0~100 Hz频率范围内进行的。对于常用的弹性参数数据,不同的获取途径之间有着测量频率的区别。当今具有挑战性的探索要求我们利用所有类型的数据进行更好的综合定量解释。

夏店煤矿断层的支持向量机预测研究

近年来夏店煤矿在开采过程中,发现采区内断层特别发育,严重影响了煤矿的高效开采与经济效益。因此亟须通过物探手段来解决当下遇到的困局,不过传统的地震解释周期长,人工多,不能够满足煤矿的迫切需求。不过随着计算机科技的进步,将机器学习技术应用于地震数据解释开始受到关注,例如使用和深度学习方法在弹性波阻抗数据体上,开展地震相分类。

含煤地层灰岩富水性地震频散属性反演研究

煤矿水害问题是严重影响煤炭资源安全开采的主要危害之(张超等,2019)。含煤地层中的灰岩层通常岩溶发育,含水量大,对煤矿开采构成严重威胁(田伟等,2017)。地下水的流动也会使灰岩层岩溶不断发育(樊连杰等,2021)。以往地面勘探工作中,通过钻孔方式揭露含煤地层富水情况。随着三维地震技术以及岩石物理理论方法的发展.

非平衡学习的地震断层识别研究

利用三维地震数据开展断层自动识别研究时发现,基于矿区揭露信息的数据集的构建直接影响了机器学习算法对断层识别的最终效果。在实际工作中,可收集到的已揭露的断层点数量往往远小于非断层点的数量,这导致构建的地震属性数据集是不平衡的。在机器学习领域,解决非平衡数据集分类常用的方法主要有三类,主要包括:基于数据集重构的重采样方法;结合多个学习器对数据进行综合判断的集成学习方法.

煤层气储层岩石物理建模与脆性正演分析

煤层气储层煤岩具有定的脆性,容易出现裂缝和破碎,这对于煤层气的开采和生产会产生定的影响和挑战。同时,煤层气具有‘低孔低渗’的特点,实现煤层气的开采依赖于对煤层气储层的水力压裂,脆性是水力压裂至关重要的指标。脆性是岩层的种属性,大量研究者采用不同方法表征评价岩石的脆性,有基于岩石强度、硬度、压痕、破裂面、应力—应变、矿物组分和力学参数等多种脆性评价方法。

利用衰减特征预测鄂尔多斯盆地Ycw煤矿直罗组砂岩富水性

地震波在孔隙介质中存在衰减现象,而利用其中的衰减现象基本特征,进行煤系地层富水性预测的研究鲜有报道,主要原因是对孔隙介质的衰减特征体现方式、衰减特征评价体系等方面缺乏较为深入的研究,且评价体系的有效性未得到验证。基于衰减特征在地震频谱上的基本性质,提出一种理论上切实可行的富水评价指标。基于数值模拟对富水评价指标的有效性进行验证,并应用该指标对煤层顶板富水性较强的Ycw区煤系地层中直罗组砂岩的富水性进行预测。结果表明:所研究的基于衰减特征预测的直罗组砂岩富水性案例能为煤矿安全开采提供参考。

地震波阻抗反演预测采区孔隙度方法

分析了基于W yllie时间平均方程的孔隙度求取方法,通过分析反演原理对比不同波阻抗反演的适用条件,并给出应用实例.结果表明:对于缺乏测井资料的采区,含水层厚度较大时,采用相对保幅,正确偏移成像的地震数据进行递推反演,能反映出目的层孔隙度的变化规律;对于有测井资料的采区,测井约束反演综合利用纵向上高分辨率的测井资料和横向上高密度的地震资料,能获得薄层的孔隙度分布规律;波阻抗值增大时,孔隙度值单调递减.

基于楔形模型分析煤厚与地震振幅属性关系

为实现通过地震振幅属性预测煤层厚度,采用交错网格有限差分方法建立楔形模型,研究结果表明:楔形厚度小于楔形地震波波长的1/4时,顶界面反射波波形随着楔形厚度的增大而逐渐与底界面波形分开,不仅有顶底干涉,还有楔形内部的层间多次波干涉,这是引起地震振幅属性变化的原因,振幅属性与楔形厚度主要是负相关的关系。楔形厚度大于楔形地震波波长的1/4时,煤层顶底板界面的反射波波形完全分开。通过地震振幅属性预测寺河煤矿煤层厚度可知,矿区西采区中部向斜轴部煤层较厚,勘探区西部煤层相对较薄,煤层厚度与振幅包络为负相关,与楔形模型分析结果一致。

基于主成分分析和最近邻算法的断层识别研究

断层是影响煤矿安全的致灾地质因素,查明断层特征是煤矿三维地震勘探的主要目的之一。常规断层解释中采用的人机交互解释方法,其可靠性在一定程度上取决于解释者的经验。为提高断层解释精度,提出一种基于主成分分析和最近邻算法来检测沿目标层断层分布的方法。首先,选择峰峰矿区羊东煤矿作为研究区域,从矿区高精度处理后获得的三维地震数据中提取10个地震属性;然后,采用主成分分析法(PCA)将上述10个地震属性整合为6个综合属性;同时,将属性信息与从矿区15口井和3条巷道确定的139个点的断层信息相结合,构建已知数据信息;在该数据信息的基础上,分别组建出数据集1和数据集2两种数据集,2种数据集的训练集与测试集的比分别为9∶1和3∶7。利用这些数据集以及十折交叉验证的方法,开展基于最近邻算法(kNN)的断层识别准确率测试,数据集1的测试准确率为87.75%,数据集2的测试准确率为71.63%;这表明训练数据量越大,断层识别准确率越高,从而也说明高密度三维地震在该方法的应用中存在一定优势。在对kNN模型的分类性能进行测试时,使用通过PCA进行降维处理的数据作为输入,计算出的分类准确率分别为89.23%和73.79%;这是因为PCA降低了原始输入特征的维数,从而减少了所需的计算量并提高了这些特征的表征能力。综合结果表明,结合PCA和kNN方法可以有效地识别断层分布,减少主观人为因素的影响,提高断层解释的效率。

构造煤地球物理响应特征及成因分析——以晋城矿区赵庄煤矿为例

研究构造煤的分布规律对煤层气的勘探开发及煤矿的安全生产有非常重要的意义。以晋城矿区赵庄煤矿为研究对象,首先通过分析含煤地层测井响应特征,圈定构造煤垂向展布;然后通过波阻抗反演圈定构造煤的横向展布;最后结合地质构造、顶底板岩性及夹矸等地质因素对构造煤的分布特征进行简要分析。结果表明,构造煤在密度、纵波速度、视电阻率和自然伽马测井曲线上有明显的变化特征,尤其是密度和纵波速度曲线幅值有大幅度的下降,因此可以综合利用这4种测井曲线对构造煤进行定厚;波阻抗反演表明研究区内构造煤主要分布在煤层的中下部,夹矸对构造煤的形成起控制作用,区内夹矸主要分布在煤层中下部,与构造煤的发育部位一致;区内构造煤主要分布在向斜的轴部附近和断层大量发育的部位。

基于弹性波阻抗理论的构造煤预测方法研究

从弹性波阻抗基础理论出发,通过对不同煤体结构的模型计算和分析,探讨弹性波阻抗对煤体结构变化的敏感性,发现与利用Whitcombe方法进行归一化与未做归一化,其弹性波阻抗都表现为随着角度的增大对煤体结构变化的敏感性下降。研究表明,纵、横波速度之比(υ_p/υ_s)及泊松比(σ)随煤体破坏程度的增大而增大,具有很好的相关性。通过纵、横波速度之比的平方与泊松比的乘积[(υ_p/υ_s)~2×σ](G属性)能够很好的区分煤体结构。可采用基于弹性波阻抗反演的方法来提取G属性。以寺河煤矿西二盘为例,利用测井曲线计算和分析了各个钻孔中3~#、9~#和15~#煤层的G属性值,最终把G=2.5的区域划分为构造煤发育区域。

沁水盆地寺河矿3~#煤层弹性参数与吸附能力的关系

以寺河矿3~#煤层为研究对象,开展煤的工业分析、高压等温吸附试验和超声速度测试等工作。通过分析煤的物质组成、煤的弹性参数和煤的甲烷吸附能力三者之间的关系,研究煤的弹性参数与甲烷吸附能力的关系。结果表明:(1)煤的甲烷吸附能力与煤的波阻抗、弹性模量(体积模量K、剪切模量μ、杨氏模量E)、纵横波速度和体密度呈负相关关系:即煤岩强度越弱,煤岩的兰氏体积越大,甲烷吸附能力越强;杨氏模量、剪切模量和纵波阻抗与兰氏体积的相关性依次升高。(2)煤的弹性参数与煤对甲烷吸附能力存在负相关关系的内在控制机理是:煤中孔隙度越大、煤的矿物越少、有机质越多,对应着更低的弹性强度,也对应着更大的兰氏体积,即更大的吸附能力。其中,煤的物质组成作为煤层甲烷的直接吸附场所,同时也是连接煤岩弹性参数与煤岩甲烷吸附能力的桥梁。研究成果可以为煤层气有利富集区预测提供岩石物理指导。

浅谈地震勘探课程本科生教学方法

地震勘探课程具有知识覆盖面广、知识交叉、知识块独立的特征,被认为是一门难度较大的课程,本文通过分析教与学的辩证关系,并结合地震勘探课程的特征和教学中存在的问题,提出了提高地震勘探课程的本科生教学方法:不仅重视传统上的直接式教学方法,并融合开发式的教学方法,给出部分例子,从课堂效果的无形调控角度出发,提出了该课程成绩应由出勤、课堂、平时作业、实习四部分组成,并增加平时作业、实习部分的成绩比例。

煤层地质构造对煤岩渗透率影响研究

基于寺河矿区地质资料,以寺河矿12个煤样为研究对象,利用实验方法定量分析讨论构造曲率对孔隙度的影响,以及两者对煤岩渗透率综合控制关系,并定性描述了不同构造样式对孔隙度和渗透率的影响。结果表明,煤层构造曲率对煤岩的孔隙度具有一定的控制作用,孔隙度的变化对正构造曲率值更加敏感;正负构造主曲率值对煤岩渗透率的影响程度不同,在背斜处即构造曲率负值时,构造曲率对渗透率的影响不大;构造曲率正值时,构造曲率以中等为好,过高或过低都不利于煤岩渗透率提高;煤岩的渗透率与其孔隙度具有较强的相关性,无论背斜还是向斜,煤岩的渗透率均随着孔隙度的增加而增大。