中国井下地震观测研究回顾与展望——从井下到东海深井垂直地震台阵

目前我国约有数百个井下地震观测台。井下观测可以避免地表噪声干扰和场地效应,填补在高噪声区域获取高精度地震资料的空白。增加井下观测台站可以弥补地表观测能力的不足,使观测台站的布局更加科学合理,从而也为地震学观测研究开辟新途径。井下台网观测波形有利于准确测定地震参数,建立高精度波速模型,探索地震成因,从而推动地震预报工作。唐山强震就发生在低速体与高速体之间,文安地震前波速出现了可信的地震前兆性降低异常。井下地震仪可观测到地表反射波,对研究地壳精细结构和资源评估均有重要意义。井下观测到的震级、矩震级以及拐角频率均小于地面台站观测结果。江苏东海大陆深井垂直地震台阵井下波形的平均信噪比为70 dB以上,在高噪声背景区可获得高保真度的地震波形,也为研究震源提供更直接的约束条件,有利于高可信度的震源理论研究,以及地震波传播的非线性效应和场地效应的研究,进而提高强地面运动预测的精确度。井下与地面观测的震级差异可能与上层介质的波形非线性增幅效应及波的频率有关,它们拐角频率差异可能与上层介质对不同频率波分量的影响有关。这些差异的成因也具有多重复杂性,有待于深入地科学研究和探索。我国近期将建设更多井下地震观测台站,井下观测网和垂直地震台阵观测研究是创新未来地球物理学发展的重要途径。

井下地震计方位角检测技术应用研究

本文利用波形相关分析法对井下地震计方位角检测精度及一致性进行分析研究.研究中在地表布设地震计进行不同距离、不同频带多套地震计方位角检测对比测试,并在四川泸州、宁夏灵武、陶乐、河南安阳、清丰、陕西定边等6个分别安装井下甚宽频带、宽频带、短周期地震计的台站,进行地表同台址不同频带多套地震计与井下地震计方位角检测及一致性对比测试.根据全球噪声模型1-10s之间存在明显的噪声峰值的特点,对测试数据进行0.2-0.3Hz带通滤波和仿真处理,通过分析得出,对于不同地震计组合,测试地震计方位角检测结果一致性较好,根据地表不同距离、不同频带地震计组合的检测精度和地脉动记录的特点,认为井下地震计方位角检测精度优于4°.

利用同台址地脉动记录检测井下地震计水平向方位角

利用波形相关法对地面同台址多套地震计方位角进行对比分析研究,并在江苏盐城、安徽界首、安徽合肥、安徽阜阳、河南航海5个台进行井下地震计方位角对比检测,同时利用远震P波极性法对地面及井下地震计方位角的检测结果进行验证。结果表明:地面观测台站地震计方位角检测中波形相关法、远震P波极性法与陀螺寻北仪检测结果的偏差分别在0.4°、2.9°以内,井下观测台站地震计方位角检测中波形相关法与远震P波极性法检测结果的偏差在5.5°以内。因此,远震P波极性法及波形相关法均可得到较为满意的检测结果。

井下地震监测的钻井技术

采用井下地震仪可监测到许多地面地震台未记录到的微弱地震波,可减小地面噪声干扰,大大提高震源定位精度。介绍了武汉甚宽频带数字地震监测1井的设计以及钻井和固井的关键技术。在项目实施过程中采用合理的钻井工艺和专门设计的单向注浆装置等技术满足了地震监测井的特殊技术要求。

井下地震计的安装

近年来随着地面监测环境的恶化,深井地震观测成为在沉积层较厚的城市及附近地区地震监测的有效手段,为了保障井下地震的观测精度。通过理论分析和实际经验相结合的方法,详细阐述了井下地震计的安装步骤以及安装过程中的关键技术与注意事项,为以后井下地震计的安装提供了参考依据。

江苏省测震台网井下地震计方位角检测

为获取江苏省测震台网井下地震计精确方位角,架设地面参考地震计,将其精确指北,并与井下地震计检测结果进行对比,利用相关分析法计算22个深井台站精度较高的方位角。研究结果表明,受多因素制约,井下地震计检测结果普遍偏差较大,部分台站水平向分量几乎反向,如提井,需重新进行方位角检测;地面与井下地震计同频带有利于提高相关性,从而获取高精度检测结果;利用不同频带地震计进行井下地震计方位角检测时,对较宽频带地震计进行仿真处理尤为重要;溧阳2台站新建井下地震计检测结果表明相关分析法可应用于井下地震计方位角检测;尽可能选择台基噪声功率谱密度曲线具有明显波峰频段作为滤波频段,有利于提高地面与井下地震计观测数据相关性,提高方位角检测精度。

井下地震计信号方位角硬件校正方案设计

设计一种井下地震计信号方位角校正方案,直接对地震计的输出进行校正,使数据采集器记录到的数据即为仪器方位角符合要求时的信号。基于MATLAB程序的Simulink仿真工具箱计算结果表明,本文方案可应用于校正井下地震计方位角偏差,具有较高的可行性。

ECLIPS中的井下地震测量技术

井下地震测量是ECLIPS测井系统的主要测量任务之一。ECLIPS(Enhanced ComputerisedLogging and InterPretive Processing System)是美国阿特拉斯测井公司最新研制的5700系列增强型计算机控制测井和解释处理系统。井下地震测量技术具备多种测量功能,先进的采集与记录系统,多种震源的任意选择及直观的菜单驱动图形接口等资料处理能力。在陆上及海上井下地震测量服务方面,在直井及斜井中利用单级和多级接收器进行测量解决勘探和开采问题等都取得了很好的效果。

关于石油井下地震仪器及其检测技术探究

近年来,随着科学技术与电子工业的发展,石油井下勘探取得了巨大的进步,同时,井下勘探手段与技术也呈现出多样化的发展趋势,垂直地震剖面测井仪是较为常用的一种石油井下地震仪器,也取得了很大的转变,已经从单级模拟传输转变为多级数字传输,同时垂直地震剖面勘探方法也已经从单纯求速度转变为高分辨率的二维或三维成像。本篇论文中,笔者以垂直地震剖面测井仪为例,对石油井下地震仪器及其检测技术进行了分析与探讨,以供参考。

井下地震计的P波接收函数正演计算及其稳定性研究——以首都圈地区为例

井下地震计波形记录的P波垂向分量存在频谱极小(spectrum null)现象,导致接收函数的结果不稳定.本文以首都圈地区为例,基于平面波入射的传播矩阵理论,发展了用于计算井下地震计的接收函数正演方法.在此基础上,分析了井下地震计波形垂向分量频谱极小现象,研究其对接收函数稳定性的影响.结果表明,井下地震计波形记录垂向分量的频谱极小开始出现的频率和地震计的埋深相关.该现象可造成反卷积提取的接收函数不稳定,且不稳定情况出现在频谱极小附近的频段,可通过选择合适的高斯因子压制其对接收函数的影响.

JDF-1型井下地震计的设计与应用

为配合中国地震局“首都圈防震减灾示范区系统工程项目”项目的实施,笔者研制了JDF-1型力平衡式反馈拾震器井下地震计,介绍了仪器的主要技术指标、结构特点及在地震观测、工程振动测量中的应用。

空气中声波在井下地震计记录强度的特征分析

基于理论地震图,分别探讨台站埋深、S波速度以及衰减结构对井下地震计噪声强度的影响,发现当台站深度小于参考深度即S波速度与声波速度相等的深度时,声波转换波/P波振幅比随深度变化较小;而当台站深度大于参考深度时,声波转换波/P波振幅比随深度指数下降。利用2015年天津爆炸事件在井下地震计记录的波形,分析井下地震计噪声强度的变化特征,其结果与基于理论地震图的结果一致。

安徽六安井下地震计与地表地震计观测质量对比

将安徽六安2015年安装的2台GL-S60B井下地震计记录数据,分别与在各自井口架设的BBVS-60地表地震计记录数据进行对比,得到了噪声有效值、频谱特征和有效动态范围等,初步获得了井下地震计在六安的运行情况。研究表明,井下地震计观测效果明显优于地面地震计,这对于未来地震台站选址、仪器选型等具有参考意义。

滇东复杂地质条件探地雷达与井下地震综合超前预测小构造

在我国西南地区,地质条件复杂,煤层瓦斯储量丰富,矿井水文地质条件多变,地质预报是保障矿井安全生产的重中之重。为有效探明矿井巷道前方的隐伏构造,仅依靠单一物探方法,受井下探测环境限制,探测效果往往不能满足生产需求。以滇东矿区雨汪煤矿首采工作面为例,结合当前矿井开采工艺,采用探地雷达与井下二维地震相结合的方法,对巷道前方隐伏构造进行综合预测预报研究。在顶板瓦斯抽采巷采用井下二维地震进行底板探测,获取巷道底板下煤层构造赋存信息。利用工作面顶板瓦斯抽采巷和邻近掘进巷道的空间位置关系,结合研究区构造发育规律,将解释构造短距离推理延伸至掘进巷道,作为掘进巷道构造分布预测依据。随后,根据掘进巷道的掘进进尺,在巷道掘井工作面采用探地雷达进行超前探测。对比分析探地雷达与地震数据,修正构造解释位置,排除井下噪音的异常解释。最终生成一个高精度地质模型,指导矿井生产。经研究区揭露验证分析,本研究方法的预测准确率高达90%,且误差小于1 m。

涿县台地面与井下地震观测

本文述及涿县地震台地面摆与井下摆所记地震的对比,发现P波首波到时,地面摆比井下摆滞后0.3秒。记录的地震震级时,地面摆与井下摆有0.7级的偏差。从中发现省台网所定震级,北部与南部地区,有0.5级左右的地区性系统偏差。

舒矿集团七矿井下采空区积水瞬变电磁与井下地震相结合探测技术研究

舒兰矿业(集团)公司七矿位于吉林市龙潭区缸窑镇境内,矿井距缸窑镇约4.0km。该矿原属于吉林市国有地方煤矿,2005年8月23日突降暴雨,造成原缸窑煤矿附近小荒河决堤,河水通过废弃小煤矿立井溃入井下。溃入水量大约在70万m3左右,此时正是企业改制时期,因此而停产。2005年10月25日该矿井被舒兰矿业(集团)公司重组。目前七矿五井已恢复到+30m水平,六井已恢复到-55m水平。但由于附近还有很多小煤矿,其开采情况不清;因此特别需要清楚溃入井下的积水分布情况,为下一步的恢复及为生产提供比较可靠的依据。因此,公司利用瞬变电磁技术及井下地震探测仪对七矿积水分布做物理探测,为井下钻机放水提供技术依据。

浙江省测震观测台网井下地震计方位角检测与校正

选取浙江省测震台网景宁、北仑、南麂岛地震台井下地震计观测数据,采用地震数据波形相关性分析法,与地表地震计同步观测数据进行相关性分析,检测并校正井下地震计方位角,结果发现,3个地震台井下地震计方位角实际偏差分别为82.2°、-22.8°、32.2°。分析认为,井下地震计安装易受线缆应力影响,导致方位角与实际偏差过大,应在应力释放完成后固定地震计,并架设地表地震计进行数据相关性分析,以确定方位角可靠性。

JD-2F型井下地震计

JD2F型井下地震计是在JD2型深井地震仪的基础上,经过进一步的技术改进并引入电子反馈技术而研制成功的。它是为井下地震台的数字化改造而研制的,是JD2型地震仪的替代产品。本文通过对比,重点介绍了它的主要技术指标及结构特点。

井下地震仪的软定向

本文给出了井下地震仪软定向的原理及一般方法,并具体确定了菏泽台井下地震仪的方位;同时,文章对软定向的误差和精度进行了讨论。