Monitoring and Prediction of the Vibration Intensity of Seismic Waves Induced in Underwater Rock by Underwater Drilling and Blasting

All underwater drilling and blasting operations generate seismic waves.However,due to a lack of suitable vibration sensing instruments,most studies on the propagation of seismic waves have been limited to shorelines near construction areas or wharfs,whereas comparatively few studies have beerconducted on the larger seafloor itself.To address this gap,a seafloor vibration sensor system was developed and applied in this study that consists of an autonomous acquisition storage terminal,soft-ware platform,and hole-plugging device that was designed to record the blasting vibration intensities received through submarine rocks at a given measurement point.Additionally,dimensional analyses were used to derive a predictive equation for the strength of blast vibrations that considered the in fluence of the water depth.By combining reliable vibration data obtained using the sensor system in submarine rock and the developed predictive equation,it was determined that the water depth was ar important factor influencing the measured vibration strength.The results using the newly derivedequation were compared to those determined using the Sadowski equation,which is commonly used on land,and it was found that predictions using the derived equation were closer to the experimental values with an average error of less than 10%,representing a significant improvement.Based on these results the developed sensor system and preliminary theoretical basis was deemed suitable for studying the propagation behavior of submarine seismic waves generated by underwater drilling and blasting operations.

A drilling technology guided by well-seismic information integration

The predictions by drilling-related mechanical and geological models are in some degree inaccurate due to non-unique solution of seismic velocity model.To address this problem,a new drilling technology guided by well-seismic information integration is proposed which consists of seismic velocity update of drilled formations,seismic velocity prediction of the formation ahead of drilling bit,and the prediction of geological feature and drilling geological environmental factors ahead of bit.In this technology,real information(velocity,formation and depth)behind the drilling bit and local pre-stack seismic data around the wellbore being drilled are used to correct the primitive seismic velocity field for a re-migration of seismic data and to update geological features and drilling geological environmental factors ahead of the drilling bit.Field application shows that this technology can describe and predict the geological features,drilling geological environmental factors and complex drilling problems ahead of the bit timely and improve the prediction efficiency and accuracy greatly.These new updated results are able to provide scientific basis for optimizing drilling decisions.

The movement age of hidden fault and analysis on width of its effect zone from shallow seismic sounding and drilling data

Field experimental seismic sounding permitted us to obtain optimal shallow seismic reflection sounding parameters.In process of data processing,we obtained a high-qualitative shallow seismic reflection sounding profile by using the techniques such as filtering,edition surgical blanking,prediction deconvolution,fitting static correlation of first arrival time,and velocity analysis.Comprehensive analysis on the information of reflection wave groups along the seismic sounding profile and the stratigraphic and neogeochronological data obtained from many drills near the sounding line reveals that the upper termination of the detected fault zone is located at depth of 75~80 m,in the Middle Pleistocene deposits dated to be about 220 ka BP.The continuity,discontinuity,increasing and decreasing amount of reflection wave groups and change of their configurations,in combination with geological columns of drills,permitted us to know that the width of upper termination of the fault zone is 100 m.It can be inferred from the variation of number of reflection wave groups along the profile that the scarp of hidden fault is 200 m wide and the fault is a synsedimentary active fault in the Early Pleistocene and the early stage of Middle Pleistocene.No tectonic movement,which offset the covering deposits,had occurred since the late stage of Middle Pleistocene.

钻爆法机械化施工隧道随钻地震波超前地质探测技术研究

为适应我国隧道建设机械化、智能化、无人化发展趋势,围绕钻爆法机械化施工隧道,提出以凿岩台车破岩振动为震源的钻爆法机械化施工隧道随钻地震波超前地质探测技术。针对凿岩台车多震源连续激发带来的地震数据波场混叠、有效信息难以识别问题开展相关研究,提出VMD-SVD-RobustICA三臂混合先导信号分离方法与脉冲反褶积-小波域互相关地震记录重构方法,可实现三臂混合先导信号的分离与有效反射信号的提取。工程实践证明,利用凿岩台车搭载式无线高精度探测装备,该技术可初步实现“边钻边探”,降低预报环节对钻爆法机械化施工隧道正常施工带来的影响。最后,明确该技术目前存在的问题及解决思路。

不同勘探方法对浅层小断距隐伏断裂探测效果

采用浅层地震勘探、钻孔联合剖面勘探、槽探3种方法联合探测临汾盆地郭家庄断裂的空间位置,并研究其活动特征。结果表明,不同探测方法对断层信息的揭示存在很大差异,浅层地震勘探在探测具有一定断距的断层,同时地层存在一定物性差异的情况下能取得理想的效果,且不同的工作参数探测效果不相同;钻孔联合剖面勘探能提高对小断距断层的分辨率,但受地形及地层主观认别等因素的影响,可能会遗漏断距小、标识层薄的断层;槽探能较好地识别地表断层的微小断距,但受施工深度和施工条件影响。3种方法相结合,可以精确确定断裂的空间位置和活动特征。

井漏风险层位钻前智能识别方法研究

井漏是复杂地层钻井工程常遇到的工程难题,呈现出频发性、随机性与持续性等特征,钻前准确预测井漏风险层位对于安全钻井显得尤为重要。传统井漏层位分析偏重于随钻诊断和钻后总结,主要采用工程数据与现场经验相结合的手段,导致分析结果存在滞后性,无法在钻前有效指导钻井工程设计。本文以地震属性体数据和漏失工程数据为基础,在具有典型漏失特征单井选取的基础上,提取过井地震属性体数据,通过时深关系将漏失与地震属性相匹配,并采用随机森林方法甄别优选出与井漏预测相关性强的地震属性体,然后运用机器学习方法中的软投票算法建立集成学习模型,该模型融合了逻辑回归、随机森林和支持向量机3个子模型,实现了多元地震属性体与漏失工程数据之间的非线性映射关系及其对应权重的表征,同时获得基于地震与工程数据融合驱动的漏失风险层位分布概率,实现钻前井漏风险层位三维空间分布预测。研究结果表明,方差、时频衰减、甜点和均方根振幅与井漏的相关性最高,综合上述多种属性体可以实现更为精确的井漏风险预测,而过多增加地震属性数据并不能显著提升预测效果精度,相反还会增加计算成本。与单一机器学习模型相比,集成学习模型由于融合了多个子模型的优点,能够取得更好的预测效果。实际应用效果表明,采用地震属性体进行漏失风险预测,其精度取决于地震数据的采样率,井漏风险层位区域横向预测分辨率约为25 m,纵向预测分辨率约为6m(2ms),预测结果表明横向相比于纵向更为可靠。但由于时深关系的影响,可能导致纵向预测精度的偏移。本研究能够较好的进行钻前漏失预测,为钻前漏失预测提供了一种新的思路,对于指导井位部署、井眼轨道优化以及安全钻井具有重要意义。

龙门山双复杂区表层结构调查方法研究

龙门山山前带地表地质条件复杂,浅表层速度及厚度差异大,给激发、接收和静校正等工作带来较大困难。表层调查工作直接影响到地下介质成像效果。为使该地区进行的地震勘探攻关能够获取准确的静校正量数据,给井深设计提供依据,研究适合该区域的表层调查方法,结合地质剖面、浅震、小层析、地面微测井、钻井取心、高密度电法、三分量共振表层调查方法的工作原理,分别应用不同方法做比对,分析了不同调查方法的应用效果。通过不同表层调查的比对,分析了不同方法的适用范围,为该区选择合适的表层调查方法及方法参数选取提供依据,同时为其他地表复杂区域进行表层调查提供参考。

基于多层次探测研究茅山断裂带北延段空间展布特征及第四纪活动性

本文介绍了从深至浅完成对茅山断裂北延立体式综合探测方法。使用重力场资料解译和大地电磁勘探初步定位断裂,随后通过浅层地震勘探进行精确定位,最后根据跨断点的小间距钻孔联合地质剖面探测法捕获了上断点并研判其第四纪活动性。研究发现:①茅山断裂带继续向北延伸入镇江市区,茅山断裂带北延段切割深度至少延伸至中地壳区域;②茅山断裂带北延段浅部区域表现出正断性质,倾向东,走向北东,视倾角约为60°,视断距约为3~5 m;③钻孔联合地质剖面探测结果显示,断点两侧基岩面落差较小,上覆第四纪地层未发现较大的起伏,未见第四纪有明显活动迹象,综合判断茅山断裂带北延段为前第四纪断裂。本项研究初步表明,茅山断裂在地理空间上可能与江苏陆域历史上两次显著的地震事件存在联系。这一发现为进一步研究该地区的发震构造特征和地震活动规律提供了新的视角,并可能对今后的相关研究有所启发。

利用相关域小波变换进行SWD资料预处理

随钻地震(SWD)的波场十分复杂,对钻头有效信号和地表机械干扰成分的分析是SWD重要的资料预处理步骤.本文利用有效信号和噪声带有周期性或时延差异等时间结构特征,引入相关域小波变换进行SWD信号检测和分析.有效信号在钻柱内往复多次传播,因而带有严格的周期性,泥浆泵等机械发出的噪声也是周期性的,这些成分在自相关域内可以得到很好的凸显.SWD波场的各种成分,由于到达各个接收道的时延不同,在互相关域的特定时延处也能够得到凸显,利用小波变换对这些在相关域内得到凸显的成分进行多分辨分析,能够获得优势频率范围、周期、衰减等主要特征.根据这些信息,设计出合理的SWD处理方法,初步得到了有效信号的直达波.数据试处理结果表明,相关域小波变换是随钻地震的一个有效的预处理方法.

Seismic analysis of the active character of the Taihang Mountain piedmont fault

The Taihang Mountain piedmont fault is a large-scale structure zone in north and east China which cross Beijing,with the NE-NNE extent spans approximately 620 km.It is very important to determine the fault zone activity due to the close relation of active structures and earthquakes.Regarding the fault activity,there are three different opinions：1） it is a large deep fault zone;2） it is an active fault zone and an earthquake structure belt;and 3） it is not an earthquake structure belt.In order to ascertain the active character of the fault,the deep tectonic setting and the activity since the Quaternary were investigated using recent seismic and drilling data to make a joint interpretation.The investigation results show that the Taihang Mountain piedmont fault is not a large lithospheric fault because the early middle Pleistocene（Q（P2）） layers are offset by the fault and the late middle Pleistocene（Q（P2）） and late Pleistocene layers are not offset by the fault.We determine that the Taihang Mountain piedmont fault in the area is not an active fault and is also not a large lithospheric fault.This study result provides important geological and geophysical data for city planning and construction in Hebei province and, especially,has great significance for seismic hazard assessment of the capital area.

Deep-large faults controlling on the distribution of the venting gas hydrate system in the middle of the Qiongdongnan Basin, South China Sea

Many locations with concentrated hydrates at vents have confirmed the presence of abundant thermogenic gas in the middle of the Qiongdongnan Basin(QDNB).However,the impact of deep structures on gasbearing fluids migration and gas hydrates distribution in tectonically inactive regions is still unclear.In this study,the authors apply high-resolution 3D seismic and logging while drilling(LWD)data from the middle of the QDNB to investigate the influence of deep-large faults on gas chimneys and preferred gasescape pipes.The findings reveal the following:(1)Two significant deep-large faults,F1 and F2,developed on the edge of the Songnan Low Uplift,control the dominant migration of thermogenic hydrocarbons and determine the initial locations of gas chimneys.(2)The formation of gas chimneys is likely related to fault activation and reactivation.Gas chimney 1 is primarily arises from convergent fluid migration resulting from the intersection of the two faults,while the gas chimney 2 benefits from a steeper fault plane and shorter migration distance of fault F2.(3)Most gas-escape pipes are situated near the apex of the two faults.Their reactivations facilitate free gas flow into the GHSZ and contribute to the formation of fracture‐filling hydrates.

粤东河源盆地的深部构造、沉积序列与盆地演化

粤东河源盆地是东南沿海规模较大的晚中生代—新生代陆相盆地之一,发育有较为完整的晚白垩世—新近纪地层。研究该盆地的深部构造、控盆断裂、沉积序列和盆地的形成发展,对于认识东南沿海晚中生代—新近纪的大地构造演化有重要意义。通过对野外地质调查、地球物理反射剖面和约两千米的地质科学钻探等数据资料的综合研究,查明了河源盆地为中生代—新生代沉积断陷盆地,地层结构清晰,沉积基底为早古生代地层,并建立了该盆地晚白垩世—新近纪的三阶段沉积序列;该盆地发育渐新世的火山岩,揭示了控盆边界断裂及内部构造发育特征,暗示了原型盆地的破坏发生于晚新生代:即盆地南北两侧紫金—博罗逆冲断层和河源断裂带在晚古近纪—新近纪强烈地改造了原型盆地;基于以上认识,初步恢复了河源盆地的形成演化历史,构建了河源盆地沉积序列-构造演化模式。

邯东断裂浅部特征及第四纪活动性分析

邯东断裂为太行山山前断裂以东的一条隐伏断裂,是华北平原坳陷区内邯郸凹陷的东界断裂,位于邯郸东部新区规划建设范围内。研究其空间分布特征和活动性对于地震危险性评价及城区重大工程项目选址具有重要意义。本文采用浅层地震勘探、钻孔联合剖面探测和年代学测试方法,对邯东断裂的展布特征及第四纪活动性进行系统研究,共布设跨断裂浅层地震勘探测线6条、钻孔联合地质剖面3条。综合分析表明,邯东断裂为一条近NNE-SSE走向的高角度正断层,倾向W,视倾角约50°~75°。断裂上断点埋深南浅北深,最新活动时代为中更新世晚期。中更新世早期,南段与北段相比较为活跃。

松辽盆地海力锦铀矿床含矿地层岩石弹性参数特征研究

当前,地震勘探技术在砂岩型铀矿勘查中主要用于查明地层展布、构造和砂体等成矿环境要素,而在分辨地层岩石是否含矿等铀矿信息直接获取方面尚存在欠缺。砂岩型铀矿含矿砂体与围岩的弹性参数差异是开展含矿砂体地震识别技术研究的基础,针对松辽盆地海力锦铀矿床的含矿地层,采集三口钻井的岩心,在实验室采用“线切割+全程样品防护”方式制获岩心样品,通过“量积法+超声脉冲透射法”开展测量,获取钻井岩心样品的纵波速度、横波速度和密度等弹性参数,并计算钻井岩心的纵波阻抗和横波阻抗,在此基础上开展海力锦铀矿床含矿地层岩石的弹性参数特征研究。研究结果表明:在含矿层深度范围内,岩石弹性参数差异主要受岩石岩性影响,而受深度变化的影响可忽略不计;地层岩石不同岩性的速度、密度和波阻抗等弹性参数存在差异,特别是含矿中砂岩的密度和速度参数与围岩存在一定差异,可根据密度和纵波速度差异识别含矿中砂岩,并给出相应的技术方案,为开展岩石岩性及含矿砂体的地震精细识别研究提供依据。

郑州市隐伏构造精细探测技术应用研究

隐伏构造格架空间形态主要由深部孕震环境分析及浅部浅层定位等多组合方法进行精细探测,研究目标区断裂构造活动时代。深部空间特征主要由大地电磁测深与深反射地震推断解释,浅层空间特征由浅层地震勘探与地质钻孔联合勘探,地层年代主要通过地层岩性、沉积颜色、光释光测年等,综合分析研究确定地层错段的最新时代。本文以郑州市某隐伏构造活动性探测与评价为研究基础,通过组合方法探明地下埋藏的隐伏活断层,揭示其精确空间位置、活动时间,判定该构造为第四系早中期的隐伏断裂,为城市评估活断层危险性和危害性提供了依据,并对其他城市隐伏区活动断层探测有一定的借鉴意义。

煤矿井下随掘地震速度分析方法研究

地震波的速度参数贯穿于地震数据的采集、处理和解释的整个过程,速度参数的准确与否决定了最终解释结果的可靠性。煤矿井下随掘地震监测是一种连续采集地震数据的勘探方法,其接收到的数据量巨大,海量的数据量若采用人工处理的方式则无法实现随掘监测的实时性与数据处理的自动化。常规地震数据通过采用交互速度分析的方式得到地震波速度,而随掘地震数据的信噪比较低,没有明显可识别的同相轴。因此,常规地震数据处理采用的交互速度分析方式难以应用于随掘地震数据的处理。介绍了一种煤矿井下随掘地震速度分析方法,以实现随掘速度分析的自动化为目标,探索并研究了速度分析中叠加及相关振幅的不同算法,优选了适用于随掘地震数据的速度分析算法,将不同的叠加及相关振幅算法应用于随掘数据,取得了较好的处理效果,对实际生产中随掘地震数据速度分析提供了一定的借鉴。

三维地震速度建模技术在川南页岩气随钻地质导向中的应用

四川盆地川南地区地质构造复杂,地层变形强度不一,精细三维地震速度建模难度较大。以往地震速度建模更多侧重于深层目的层水平段的迭代校正,但丛式平台井在浅层非目的层段复杂工况(气侵、溢流、漏失、掉块等)频频发生,严重影响了钻井时效和施工安全,亟需建立深、浅层兼顾的精细地震速度模型进行时深转换。基于三维时间域地震数据,通过精细人工合成地震记录标定,结合层位数据和井数据,建立初始地震速度模型,并参考实钻邻井数据设置虚拟控制井,采用最小曲率插值和反距离加权插值相结合的方法,对初始地震速度模型进行优化,可快速实现深、浅层同时迭代校正,最终得到符合构造沉积特征的精细三维地震速度模型。在川南地区现场随钻地质导向过程中应用校正后的三维地震速度模型可以及时、准确地为钻井工程提供全层系风险预警和地质导向建议,效果显著,可推广应用。

工程地质勘察钻孔参数的随钻智能测量系统

工程地质钻探在地基基础勘察中起到关键作用,对于评估场地和地基的稳定性至关重要。为了确保工程勘察钻孔地质资料的质量,提出了一种钻孔参数智能测量系统。该系统可感知、判断钻机的工作状态;确定钻机的平面位置;确定钻柱的长度;大致判断土层强度的变化。该智能测量系统可有效监测和控制钻孔地质资料的质量,为工程勘察提供可靠的技术支持。

南海深水少井区浅层气储层地震预测技术及应用

为应对南海深水区浅层/超浅层气藏勘探中因测井资料匮乏且可靠性低而导致的岩石物理建模、地震识别及储层预测的难题,针对该区域的地质特点,笔者构建了疏松浅层岩石物理模型,建立了地震响应识别模板,提出了少井区地震反演低频模型的构建方法,有效获取了浅层储层弹性参数。利用岩石物理模板,科学预测了储层含气性。结果表明,南海深水区浅层气藏的纵波速度受含气饱和度显著影响,但饱和度超过10%后影响减弱。浅层气层的纵波阻抗和密度较低,低阻抗区域指示潜在气藏,但在饱和度预测时准确性有限,纵横波速度比识别游离气具有较好的效果。

华北平原中南部聊城-兰考断裂的第四纪晚期活动性探测——兼论1937年菏泽7.0级地震发震机制

华北平原是中国人口最多、经济最为发达的地区之一,也是受地震灾害影响最为严重的地区之一。对于该地区断裂活动性和大地震发震机制的研究有利于探索板内地震的发震规律、减轻地震灾害所造成的损失。聊城-兰考断裂是华北平原中南部一条重要的隐伏深大断裂。结合浅层地震勘探、钻孔勘探和第四纪测年方法,对聊城-兰考断裂的活动性进行了精细的研究。坝城寺钻孔揭示聊城-兰考断裂南段错断了全新统底界,为全新世早期活动断裂,揭露出该断裂晚更新世以来造成了4次古地震事件,单次事件的垂直位错为1.2±0.2~3.7±0.2 m。根据钻孔揭示的地层落差计算出该断裂晚更新世早期的平均垂直滑动速率约为0.1±0.05 mm/a,晚更新世晚期—全新世中期的平均滑动速率为0.35±0.04 mm/a。根据1937年菏泽7.0级和6(3/4)级地震的等震线和地表破裂分布特征认为,小留-解元集断裂和东明-成武断裂为该地震的发震断裂;聊城-兰考断裂对于该地区应力的积累、地震的发生具有很好的控制和约束作用,为区域控震构造。