当前研究生教学实践中存在的问题与对策——以地震波成像与反演课程为例

研究生课程教学是研究生培养的重要途径,地震波成像与反演是一门介绍地质资源与地质工程专业地震勘探理论与前沿技术进展的课程。在当前国内高校推动研究生教育迈上新台阶的背景下,该文根据近些年的教学实践,总结高校研究生课程教学中存在的一些问题,并认为提升研究生教学成效的对策主要体现在三个方面,即在教学中突出学科专业知识所蕴含的思想、精神、文化等育人元素,增强研究生课程内容的前沿性,同时还要创新教学和考核方式。

针对岩性储层的定量地震波成像

油气地震勘探目标越来越复杂。碎屑岩储层、火山岩储层、碳酸盐岩储层、非常规储层都已成为油气勘探的目标。地震波成像技术由定性的、带限反射系数为成像目标转为定量的、宽带波阻抗为成像目标,这是面对复杂储层勘探时的必然选择。带限反射系数定性地刻画深度域三维空间地下介质几何结构;宽带波阻抗定量地描述深度域三维空间地下介质岩性变化。后者更适于复杂岩性储层的描述。无论是定性的带限反射系数为目标的地震波成像还是定量的宽带波阻抗为目标的地震波成像都是信息不足情形下的参数估计问题。无论叠前地震数据或是与待估计参数有关的先验信息,在复杂构造和(或)复杂岩性变化情形下,都不满足高精度成像的要求。在大数据和机器学习技术已经普及的情况下,定量的、信息融合理念下的地震波成像技术路线也是不可回避的。为此提出了一条针对岩性储层的定量地震波成像技术路线:特征波反演成像(characteristic wave inversion,CWI)+信息融合宽带波阻抗建模(wide band impedance modeling,WBIM)方法技术系列。本质上,它是将FWI宽带波阻抗反演分解成背景速度建模、背景密度建模、线性化的宽带反射系数估计这三个凸性更好的反问题进行求解。关键是我们并没有将宽带波阻抗估计提成一个非线性的反演问题来求解,而是转化成一个信息融合问题,把已有的、认为最好的背景速度建模、背景密度建模、线性化的宽带反射系数估计结果,通过提出和求解一个约束非线性优化问题,重构出宽带波阻抗模型。这样做完全避开了反演求解宽带波阻抗时的不稳定、不收敛问题,同时在此过程中还可以进一步引入其他先验信息,通过将这些先验信息合理地融入到当前已有的反演成像算法中,在信息融合这一步继续提升宽带阻抗建模的精度。这是不同于目前常规波阻抗反演的一种新的宽带波阻抗建模方法技术,建模结果稳定,地质含义更清楚。宽带波阻抗模型各波数带的信息来源清楚,低频(低波数)来自背景波阻抗,高频(高波数)来自高分辨带限反射系数成像。中频成分的补充依赖于背景速度建模和构造成像精度的提高,也依赖于带限反射系数成像包含更充分的低中频信息(期望的带限反射系数是Gauss型的反射系数)。首先分析了定量地震波成像的理论基础;在此基础上,针对面向岩性油藏的定量地震波成像问题提出了定量地震波成像的技术路线(CWI+WBIM);把宽带波阻抗分为低波数带、中波数段、高波数带和超高波数带,分析了不同波数带波阻抗成分(包括背景阻抗和四种类型的带限反射系数(脉冲型反射系数、Gauss型反射系数、期望子波型反射系数、Ricker子波型反射系数)对宽带波阻抗建模的影响,形成了宽带波阻抗建模的技术流程。指出了定量地震波成像的核心不在于低波数背景阻抗建模结果的定量化,而是宽带反射系数成像结果的定量化。实际数据情况下,定量的宽带反射系数的获取首先依赖于保真的地震成像,然后是保真成像结果的频带展宽,最后是用测井反射系数标定地震反射系数的量级。理论数据和实际数据的测试结果证明了所提出的针对岩性储层的定量地震波成像技术的可行性、有效性和实用性。

地震波成像揭示云南省的热液活动和成矿环境

采用双差定位层析成像方法揭示S波速度结构,显示大规模低速异常主要集中在10~25km深度的小江断裂带和丽江-小金河断裂带周围;而在川滇块体中南部区域存在一个明显的高速异常,这与峨眉山大型火成岩省分布区域范围一致。根据地质和地球物理资料,推断小江断裂带和丽江-小金河断裂带下的低速异常与来自青藏高原中部的下地壳流动有关。然而,峨眉山地区中部存在明显的高速异常,与峨眉山大型火成岩区一致。峨眉山下方的与地幔柱相关高速异常会阻碍地壳流动,从而使得地壳流被限制在深大断裂带附近。结果还发现多种矿产资源主要集中在大型断层和低速带上,表明下地壳流动和大型深部断层为流体成矿和矿床沉积提供了条件。

基于TRT地震波反射成像的地下铝土矿巷道超前地质预报

地下铝土矿巷道地质条件复杂难预测,不良地质体是掘进施工的重大安全隐患。将TRT(True Reflection Tomography)系统应用到地下矿山巷道的掘进施工中,将能有效改善矿井安全形势。论文对TRT预报原理进行了简要介绍,对地下铝土矿巷道狭窄空间条件下TRT观测方案进行了改进设计,最后结合河南省某铝土矿330中段正在掘进施工的脉外运输平巷的工程案例,对TRT技术在巷道超前地质预报的应用实践进行了详细讨论。结果表明,TRT探测系统能输出指定地质区域的地震波反射的三维层析图像,统计分析得出地震波反射能量分布规律,通过综合数据解译预报掌子面前方某区域存在不良地质构造,巷道开挖实际情况与预报结果吻合较好。TRT技术在地下铝土矿巷道的应用,能有效保障施工安全和进度,具有重要的实践指导意义和显著的经济效益。

地震波逆散射成像技术潜力展望

随着对地下非均匀介质认识的不断深入和计算机能力的不断提高,地震波成像技术不断取得进展,在复杂构造区域,尤其是低信噪比地震资料区,传统的反射波勘探遇到明显挑战。这种情况下,散射地震勘探技术可能是未来技术发展的一种方向,逆散射成像技术将发挥其核心作用,尤其在近地表散射噪声分离、不均匀介质速度分析和复杂构造成像等方面将有所作为。从概念、理论和方法等方面对逆散射成像方法进行介绍,重点展望它在复杂构造成像等方面的潜力,为散射地震勘探的实现提供前期技术储备。

无单元法用于地震波波动方程模拟与成像

波动方程方法是解决地震正反演问题的基本工具之一.无单元法作为一种新兴的偏微分方程数值计算方法,已经在材料力学、热传导等领域取得了显著的成功.由于抛弃了单元的概念及采用滑动最小二乘的拟合方法,使得无单元法具有前处理简单、精度高、独立变量解高次连续等优点.本文首先介绍无单元法求解波动方程的原理,指出影响其精度的主要因素.在算例的基础上详细讨论了无单元法用于实际波动问题的效果,并进一步尝试利用无单元法进行地震波数值模拟和反演成像的研究.模型计算的结果表明,无单元法能够较好的处理地震模拟和成像问题,精度和稳定性是令人满意的.

琼东北及雷州半岛深地震测深剖面Pg波资料处理结果--用地震波前成像和射线数分布分析法

本文用地震波前成像和射线数分布分析法对上世纪80年代在琼东北及雷州半岛地区完成的三条宽角反射/折射地震剖面的Pg波资料进行了处理,得到了三条测线下方的上地壳顶部P波速度结构及基底的空间展布形态特征.结果显示研究区域表现出较复杂的上部地壳结构特征,浅部P波速度结构的高、低速区域分别与地质构造上的一些凸起和凹陷相对应,用射线数分布分析法所显示的基底结构及形态特征与地震剖面穿过区域的地质构造有较好的对应关系,测线穿过的一些断裂下方P波速度结构表现为强烈的横向非均匀性.

基于TRT地震波反射成像的巷道超前地质预报

矿井巷道地质条件复杂,不良地质体已成为威胁巷道掘进施工安全的主因之一。为改善矿井施工安全状况,实现巷道高效掘进,将TRT系统应用到地下矿山巷道掘进超前预报中。结合湖南省某矿8#矿脉760阶段某平巷工程案例,设计了狭窄空间条件下矿井巷道TRT超前探测方案并实地探测,结果表明:TRT6000系统能输出指定地质区域反射地震波的三维层析图像,根据三维空间波场信息解译结果来预报掌子面前方某区域不良地质构造,巷道开挖实际情况较好地验证了超前预报结果。巷道掘进方案根据预报分析结果提出的建议进行及时调整,能有效保障施工安全并提高施工效率。

地震波层析成像检测防渗系统缺陷研究

文章介绍地震波层析成像原理,在工程检测中使用钻孔布置方式,系统梳理数据采集关键过程和资料综合分析方法,判断缺陷位置的经验;比较准确地查找防渗系统的渗漏点,实现无损伤查找基础防渗系统的缺陷。通过水电工程上成像成果与监测成果的对比分析,验证地震波层析成像的正确性。

三维地震波层析成像技术在隧道超前地质预报中的应用

超前地质预报是隧道施工中不可或缺的必要步骤,是降低施工过程地质灾害发生、减少灾害损失的重要手段.三维地震波层析成像技术是利用地震波反射原理,采用地震层析成像及全息岩土成像技术的新型超前地质预报技术,在国内应用较少.文中介绍了三维地震波层析成像技术的工作原理及方法,并结合工程地质类比法,对新建大瑞铁路尖山岭隧道进行了超前地质预报.研究结果表明,三维地震波层析成像技术对隧道超前地质预报效果良好,准确率达到90%.

地铁地下工程中应用地震波CT技术探测孤石的参数选择

目的:地震波CT(计算机辅助层析成像)技术中,采用的不同探测参数(钻孔间距、检波点距、激发点距),对地铁工程中地下孤石探测结果的精确度有直接的影响,需要合理选择探测参数。方法:阐述了地震波CT技术的基本原理,以福州地铁1号线某车站的工程实际为例,在相同的探测条件下采用3种钻孔间距(4.6 m、10.4 m及15.0 m)进行地震波CT探测,并对比分析探测结果。在此基础上,在钻孔间距分别为14.5 m和10.5 m两种工况下,选取了4种检波点距和检波点距的组合方式,对探测结果进行了对比分析。结果及结论:选用较小钻孔间距(取值为4.6 m及10.4 m)时更能精确地反映地下孤石的分布形态及具体分布位置。选用较大钻孔间距(取值为15.0 m)时探测得到的地下孤石分布范围与实际分布情况相比偏大,且形态特征较模糊。与激发点距与检波点距取值较大(二者均取2.0 m)相比,取值较小时(二者均取0.5 m或1.0 m)地下孤石的探测分辨率更高。地震波CT合理的参数取值为:钻孔间距取10.0 m,激发点距和检波点距均取1.0 m。

地震波层析成像探测技术与水平定向钻拉管技术在地下障碍物探测中的应用

顶管施工属于非开挖施工方法,是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术,该项技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题,在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。但是,在顶管施工过程中一旦遇到地下障碍物,将导致顶管顶力突然增大,顶管顶进方向偏离设计轴线,严重影响顶管施工的顺利进行。福州市某污水顶管施工需要穿越河道,通过前期资料收集发现,河道两侧可能存在护岸抛石等地下障碍物。为了查明护岸抛石的分布情况,综合应用了地震波层析成像探测技术与水平定向钻拉管技术进行探测,既为后期顶管施工的顺利进行提供了参考依据,又降低了探测成本,提高了探测效率。

富水断层破碎带隧道超前预报的地震波三维层析成像应用研究

富水断层破碎带的超前预报是隧道施工地质超前预报的重要内容之一,依托某在建隧道工程,通过现场测试试验,研究了地震波三维层析成像方法的应用技术,总结了现场测试的基本步骤、富水断层破碎带的地质解释判别特征,成果对于富水断层破碎带隧道超前预报具有参考意义。

华北地区Lg尾波衰减研究——Lg尾波Q_0地震成像

利用单台记录叠加频谱比法测量出的华北地区 5 6 0余条单台传播路径上平均Lg尾波Q0 值数据 (Q0 是1Hz的Q值 ) ,采用随机褶积模型和奇异值分解法 ,重建该地区地壳中Q0 的横向变化 .结果表明 ,华北地区地壳中Lg尾波Q0 值分布具有显著的横向不均匀性 ,这种不均匀性与地质构造明显相关 ,块隆区具有较高的Q0 值 ,例如 ,燕山造山带、太行山块隆、鲁西隆起 ;华北平原区表现为低Q0 值分布 ,例如冀中坳陷、黄骅坳陷、济阳坳陷 ,二者界限分明 .结合研究区内的大地热值分布研究表明 ,低Q0 值区大都处于高热流区 ,这可能是地壳内热物质的活动有关 .虽然华北地区Lg尾波Q0 值高、低分区明显 ,但是 ,从总体上应该属于低Q0 值异常区 ,也就是说 ,该区的地壳是高地震波衰减区 ,这可能是该地区受太平洋板块和欧亚板块的相互作用而使地壳减薄 。

近距离冲击地压煤层开采遗留煤柱与断层复合影响下冲击危险性研究

我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,该遗留煤柱导致的应力集中区与断层围岩附近的应力异常区产生的复合作用对工作面开采产生巨大影响。本文以陕西彬长大佛寺煤矿40201工作面为研究对象,理论分析了上煤层遗留煤柱和断层复合作用对下部冲击地压煤层开采时冲击危险性的影响,采用地震波层析成像技术和微震监测技术,分别探明了遗留煤柱和断层复合作用下工作面围岩静载荷、动载荷分布规律。研究结果表明:煤层中的断层破碎带在上覆遗留煤柱作用下产生的静载荷集中区域会向断层两盘远处转移,使得断层更易发生滑移失稳;在遗留煤柱和断层的复合作用下,工作面“见方”区域来压早于理论预测结果,且来压强度增大;工作面动载显现以遗留煤柱下区域为主,遗留煤柱的存在增大了工作面超前支承压力的影响范围。本文研究可对类似条件下的冲击地压煤层开采提供一些借鉴。

山东地区地壳速度与中强地震的关系

利用山东区域地震数字台网提供的数据,通过三维层析成像方法结合山东地质构造实际情况,对山东区域进行联合走时反演地壳速度结构,获得该区分辨率较高的三维速度结构图像。结果表明:不同深度上的速度分布反映出山东地区深部构造的某些重要信息,为进一步研究该区的活动构造及地震参数计算提供科学依据。在地壳速度结构与中强地震活动的关系上,再次显示出中强震多发生在速度结构高速单元与低速单元的过渡带附近,说明中强震的孕育与震源区周围介质的不均匀性有关。

地震CT在五强溪船闸砼质量测试中的应用

五强溪船闸,是五强溪水利枢纽的重要建筑物之一。它对于保证正常发电顺利通航,起着重要的作用。竣工验收时,为了检查砼浇筑质量,我所物探组于1994年10月～12月对船闸抽样进行了地震波层析成像的测试工作。1 测试断面布置测试时共选取15个断面,包括二、三、四闸首段,一、二、三闸室段的左右闸墙及底板,布局较均匀,基本上能反映船闸的整体情况。测试断面为二维平面,在不同的方位上切剖砼块,通过CT反演后,可以观察到砼块内部的情况。除3-5RZ09,2-4RZ10,1-4RZ11外,均为规则矩形面。有记录图示(图1)。测试面布置时已尽量避开廓道、洞室、闸井等空区,故所测数据及处理结果应为钢筋与砼的平均效应。15个测试面的位置请参见表1。

2003年国际地球物理大会对于地球断面成像和灾害预测的某些论述(英文)

目的: 通过2003年国际地球物理大会(IUGG)了解国际上关于地球断面成像和灾害预测的某些主流的信息,向读者提供前缘信息。 资料和方法:本文所概括和摘录的信息来自 2003 IUGG Program & Abstracts 光盘, 选择其与本刊密切有关的内容供交流。结论:火山喷发与洪水的预测可以为预测地震有所借鉴;对于地下物理参数的三维探测,成像演示,其分辨率的增加会引起预报模型发生质的变化,利用高精度的三维速度结构以改进火山的预测工作。

TST技术在岩溶地区隧道超前预报中的应用

顶效隧道位于岩溶发育地区,地质构造复杂,岩体破碎,对超前预报技术的要求高,风险较大。目前国内外应用的隧道超前预报技术多数都存在着技术缺陷,不能区分不同方向的地震回波,不能准确地确定掌子面前方围岩的波速,不能正确地进行纵横波分离等问题,影响到预报的可靠性和准确性。为了确保施工安全,减少和避免地质灾害发生,顶效隧道超前预报中采用了TST技术。应用结果表明,TST技术采用空间阵列系统和速度扫描技术有效地解决了掌子面前方围岩速度分布问题,提高了构造定位精度;应用二维方向滤波技术有效地消除了上下、左右的侧向回波和面波干扰,成功提取了前方回波用于超前预报,避免了虚报误报,解决了复杂地质条件下的超前预报问题。