CO2集中力源的地震波场特征及应用

CO₂震源通过调节泄压头的出气口控制激发方向,实现集中力源的定向激发,克服了传统震源激发方向不可控的难题,然而CO₂集中力源在煤层中激发的三维波场特征尚未揭示。基于此,笔者通过三维数值模拟、物理分析、现场试验对CO₂集中力源进行研究,结果表明:不同集中力源在煤层中激发的地震波场差异显著,通过力学机制分析了均匀模型及煤-岩-煤模型X方向集中力源下多分量不同方向纵波、横波及槽波振幅差异特性,研究了煤层界面对地震波传播的影响机制,进一步解释了煤层内部激发X方向集中力源加载下体波、槽波的波场特征和传播机理。研究发现X方向集中力源在X分量中沿着震源位置的Y方向槽波振幅最强,Y方向集中力源在Y分量中沿着震源位置的X方向槽波振幅最强,Z方向集中力源的Z分量槽波振幅强。因此,X方向集中力源适合回采工作面Love型槽波透射探测,Y方向集中力源适合掘进工作面Love型槽波超前探测,Z方向集中力源适合Rayleigh型槽波勘探。利用X方向集中力源进行了面内透射试验,对多组CO₂集中力源激发多道接收的地震记录进行了槽波能量衰减成像,探钻对比结果验证了CO₂集中力源地震成像结果的可靠性。下一步重点围绕CO₂震源多类型激发条件下的多波多分量地震波场特征开展研究。     

基于广义S变换的煤系断层槽波信号时频分析

介绍了槽波地震勘探是一种利用煤层中传播的槽波对煤层异常构造进行精细探查的有效方法。为分析断层对槽波信号的影响,以用于断层预测及定位,在comsol 5.2中建立了三维煤系地层模型及断层模型,用主频200Hz的雷克子波作为震源激发得到携带断层信息的槽波信号,用广义S变换对信号进行时频分析,得出断层会削减槽波信号的振幅,导致部分频率能量缺失或迁移,当断层断距小于煤厚时对频散曲线影响不大。     

复杂地表条件下震源组合的应用

激发和接收是影响地震野外数据采集质量的2个主要因素,尤其是激发参数的选择直接决定了一个工区施工的成败,在地震地质条件复杂的地区,以炸药为震源的激发方式有时显得无能为力,成为提高地震资料信噪比和分辨率的瓶颈,而可控震源可能要比炸药震源采集到的地震数据质量更好。在分析以往资料的基础上,通过炸药与可控震源的试验对比,依据2种震源各自的应用条件,进行炸药与可控震源组合交替激发,采用正演模型确定的接收参数,取得了良好的地质效果。     

宁东煤田炸药震源和可控震源的研究

宁东煤田某矿区的三维地震勘探,浅表层地震地质条件复杂,采用常规钻机成孔比较困难、成本过高。为完成地质任务,提高地震勘探应用效果,从改善激发条件入手,结合生产实践,对炸药震源和可控震源两种激发源作了对比试验。通过试验点和试验线的资料对比分析,可控震源激发效果优于炸药震源。采用可控震源施工的勘探成果经后期巷道验证,其成果吻合度较高。     

匹配滤波技术在煤田地震资料处理中的应用

滩浅海地区地震勘探常存在2种震源激发和2种检波器交互接收的情况。针对地震子波差异较大的实际问题,对资料处理中子波一致性校正方法的应用技术和流程进行了探讨;处理中,贯彻先补偿后处理的思路,在对子波进行振幅、相位补偿的基础上,通过实现对4种子波频率、相位及振幅一致性校正处理,取得明显成效。     

Rayleigh型槽波垂直分量探测的应用研究

在目前的槽波地震勘探中,Love型槽波被广泛应用,从施工和数据处理等环节分析发现,Love型槽波在勘探过程中存在一定的局限性,而Rayleigh型槽波的垂直分量(即z分量)相对于Love型槽波具有一定优势,可以运用于槽波勘探。为了研究Rayleigh型槽波比Love型槽波在勘探中的优越性,利用广义Snell定律并经理论计算证明,Rayleigh型槽波在通常情况下是存在的,基阶Rayleigh型槽波z分量的能量在煤层中央位置最强,且不受接收角度的影响,再通过使用二维数值模拟分析,Rayleigh型槽波在煤层中的传播规律以及能量分布规律,发现基阶的Rayleigh型槽波发育良好,煤层中央位置能量最强,与之前理论分析吻合。最后进行了槽波透射勘探和反射勘探的应用试验,数据处理时运用Rayleigh型槽波的处理方法,取得了良好的探测效果。研究结果表明:Rayleigh型槽波通常都存在,因炸药震源激发的弹性波以P波为主,Rayleigh型槽波z分量能量较Love型槽波更强,所以Rayleigh型槽波更适合槽波勘探,具体表现在勘探施工时相对于Love型槽波具有施工效率高,设备轻便的优势,施工时间可以缩短至之前的1/3甚至1/6;在数据处理阶段免去两分量记录旋转操作,简化了流程提高了处理精度。     

槽波透射与反射联合勘探在小构造探测中的应用

为了查明晋煤集团赵庄煤业5316工作面内部的断层及陷落柱分布情况,在该工作面两巷及切眼分别布置了检波器,利用炸药震源的形式,开展了槽波透射与反射联合勘探。结果表明,只要设计的观测系统较为理想,槽波透射法勘探和反射法勘探可以相辅相成,相互提供解释依据,使槽波勘探对小构造的解释精度大幅提升,为煤矿生产提供安全保障。     

槽波反射法勘探在煤矿生产中的应用

槽波是煤层中传播的导波,槽波勘探技术是地震勘探技术的一个范畴,它是将地震勘探技术应用于煤矿井下的矿井物探新技术,槽波勘探技术将地震仪直接安放在煤矿回风顺槽和运输顺槽的巷道中,在煤层中激发和接收地震波来研究煤层中的地质构造问题。槽波勘探技术具有信号能量强、信噪比高、探测距离长、分辨率和精度高等优点,在煤矿隐蔽致灾因素探测方面正发挥越来越重要作用,结合工程案例说明槽波反射法探测断层的应用效果。     

炸药震源与可控震源在同一工区的应用对比

在煤田地震勘探中习惯以炸药为主要激发震源,但在特殊的地震地质条件下,可控震源采集的地震数据要比炸药震源采集的地震数据质量更好。通过炸药震源和可控震源在同一工区施工的对比,分析两种震源各自的应用条件,可以更好的指导地震勘查野外生产。     

可控震源在古汉山井田地震勘探中的应用

通过对古汉山矿井一水平高分辨三维地震勘探激发方式的研究,结合本区浅层地震地质条件,对比了井炮和可控震源的试验情况.从中看出可控震源是在厚砾石层地震勘探中的行之有效的激发方式之一.     

煤田地震勘探的震源参数试验研究

煤田地震勘探探测环境复杂及受周围干扰因素的影响,导致震源使用受到限制,从而制约煤田勘探数据采集的准确性。选取典型的炸药震源、车载可控震源及电火花震源为例,分析震源激发条件、适用条件等,进行激发井深(6m,8m,10m,12m,14m,16m)、震动叠加次数(1次,2次,3次,4次,5次,6次)等试验,优化震源参数,并通过应用实例对比分析试验效果。结果表明：炸药震源对于浅部地层信息反应较少,对深部地层敏感度更高|车载可控震源对于浅部地层和深部地层都有很好的勘探效果,综合效果好,但有时会受制于浅层低速层散射影响|电火花震源对于浅部地层信息反应较少,对较深地层敏感度更高,但是受其激发能量限制,对于深部地层勘探效果相对较差。     

基于小波分解重构方法提取煤层反射槽波信号

槽波地震勘探具有探测距离大、抗电干扰能力强的特点。但是由于槽波本身的频散特性,以及井下复杂的激发接收条件,多种类型的纵波和横波及噪声叠加在一起,原始槽波信号难以识别。常规的处理方法是根据理论频散曲线设计频率域窄带滤波的方式提取槽波埃里震相。为了提高反射槽波成像的信噪比,通过对原始信号进行小波分解进行多尺度分析,重构提取有效槽波信号的方法进行处理。实际应用结果表明,小波分解重构方法提高了反射槽波成像的信噪比。     

可控震源技术在大南湖矿区三维地震勘探中的应用

荒漠戈壁地区的大南湖矿区由于潜水面较深、钻机成孔难度大、激发岩性差，经常造成炸药震源无法在理想的层位激发，激发能量散失严重，导致单炮记录中面波、多次波等干扰波发育。此外，荒漠戈壁地区对地震波传播的吸收衰减，使地震资料的信噪比和分辨率明显较差。相比之下，可控震源能够针对不同的表、浅、深层地震地质条件随时调整野外数据采集参数，从而提高数据采集质量。详细分析了大南湖矿区地震地质条件及试验参数的选，从而证明了可控震源技术运用于类似区域三维地震勘探的合理性和可靠性。     

基于地震槽波透反射法的煤厚与断层联合勘探技术研究

为减少断层和煤厚变化对工作面正常生产和瓦斯治理带来的影响，对新田煤矿1901工作面进行了地震槽波透射、反射联合勘探，通过透射法CT成像和反射法共中心点叠加及时深转换等手段，取得了诸多成果，可为矿井生产和瓦斯治理提供依据。研究表明，探测距离对透射、反射槽波提取均会产生一定影响，3.4 m左右稳定煤层槽波提取有效距离最短为90～110 m; 1901工作面共划分2个煤厚大于3.8 m和1个煤厚小于3 m的区域，稳定煤层会降低槽波的分辨率；F_1401-5断层和F_1401-4断层向工作面内延伸长度分别为76 m和67 m。     

煤矿陷落柱槽波探查技术及应用

陷落柱是岩溶空顶塌陷的产物,也是影响矿井采掘衔接和安全生产的重要因素之一。为了提前查明陷落柱的赋存特征,避免工作面回采过程中无计划揭露陷落柱带来的人员伤亡和财产损失,针对典型矿井,制定标准煤岩样,展开室内试验分析,并选择合理的工程现场,展开槽波地震透射法和反射法勘探,最终,结合槽波速度法和能量法分析圈定陷落柱范围,通过探采成果对比研究该方法对陷落柱精准探查的适用性。结果表明:槽波透射法速度分析中,陷落柱的槽波速度与其裂隙发育情况和胶结程度密切相关,异常值难以准确界定;槽波透射法能量分析中,陷落柱的槽波振幅值衰减严重,可以依据衰减系数和相应计算方法,准确圈定陷落柱的发育范围;如果陷落柱与煤体交界面完好,与煤层夹角适合,槽波反射法速度分析可以准确划定陷落柱的边界。因此,槽波地震勘探对陷落柱构造的探测效果良好,能够有效指导矿井的安全生产。     

基于三维数值模拟的复杂构造地区槽波精细探测研究

为了查明六家煤矿E1N₄6-7工作面构造分布和煤厚变化情况,保证矿井安全生产,根据E1N₄6-7工作面实际地质特征开展了三维数值模拟工作,在分析工作面槽波及频散特征的基础上开展了工作面透射槽波研究。研究结果表明,采用交错网格有限差分GPU并行法对基于实际地质特征的三维多岩层断裂模型实施弹性波场数值模拟,可揭示落差3 m断层的槽波能量变化;采用“全息采集”方式布设观测系统,可最大限度地接收有效槽波信号。透射槽波探测结果显示,E1N₄6-7工作面共存在3处断层和1处煤厚变薄区,共4处地质异常。工作面回采实际揭露情况与此次槽波探测结果吻合良好,验证了该方法的可靠性。研究为精细探测构造复杂地区的微小断层奠定了基础。     

可控震源在山区地震勘探中的应用

在山区开展地震勘探,由于其地表地震地质条件复杂,普通的炸药激发通常很难进行。而可控震源采用精确的相位测量技术和输出力控制技术,具有灵活的多种扫描方式、完备的质量控制功能和自检功能,针对不同的地表地质条件,选择有利的激发方式和参数,能取得较好的勘探效果。     

透射槽波探测技术在同煤塔山矿的应用研究

同煤塔山矿煤层为特厚煤层，地质条件复杂，断层是制约安全高效开采的主要地质因素之一，如何查清回采工作面断层的分布情况是亟需解决的难题。基于槽波地震探测原理，采用槽波透射法，通过特厚煤层槽波探测断层的数值模拟，研究了在特厚煤层中槽波波场响应特征及探测断层断距的精度，并在工作面进行了实际应用。研究结果表明：基于实际模型的顶底板岩性与煤层物性差异明显，槽波发育较好；18 m厚煤层槽波主频为80 Hz，埃里相速度为1 000～1 100 m/s，对模型数据进行60～100 Hz的带限滤波，通过成像，槽波可以探测断距为5 m以上的断层；结合回采情况，同煤塔山矿宜采用透射槽波地震探测技术对构造进行探查，槽波解释成果可为矿井安全高效智能化开采提供可靠的地质保障。     

含断层煤层反射槽波数值模拟及响应特征研究

槽波勘探是煤矿井下勘探的重要手段,其借助槽波在煤层中传播具有能量强,传播距离远等优点,实现采煤工作面断层或其他地质异常体的探测。透射槽波勘探研究较为成熟,已在煤矿生产中得到广泛应用。近年来,反射槽波逐渐得到关注,利用反射槽波预测断层落差是今后槽波勘探的研究方向,其理论依据研究并不充分。为了明确反射槽波能量特征与断层落差间的关系,建立6个不同落差的断层模型(断层落差分别为煤层厚度的1/8、1/4、1/2、3/4、1倍、2倍),设计反射槽波勘探观测系统,基于高阶交错网格有限差分算法进行数值模拟,通过提取6个不同模型的反射槽波振幅信息,分析反射槽波能量随偏移距以及断层落差的变化特征,并分析带通滤波对反射槽波能量分布的影响。分析结果表明:断层落差小于1倍煤厚,随着落差增加,反射槽波能量逐渐增加;断层落差继续增加,反射槽波能量逐渐降低;断层落差不同,其对应的反射槽波能量随偏移距的变化趋势一致,但断层落差大于3/4煤厚时,远近偏移距反射能量出现显著差异; 100～150 Hz和150～200 Hz带通滤波分别对断层落差小于1/2煤厚和大于3/4倍煤厚的反射槽波能量影响显著。因此,基于反射槽波能量分布特征进行断层落差探测,理论依据充足,具有实际应用价值。     

N2/CO2混合气注入对页岩力学特性影响规律研究

工业废气经脱硫注氨处理后,气体主要成分为N₂/CO₂。基于减少能源消耗,利用页岩储层有效封存CO₂的思想,开展N₂/CO₂混合气注入对页岩力学特性影响规律研究。以四川省龙马溪组黑色露头页岩为试验研究对象,开展恒温恒压条件下,不同浓度配比N₂/CO₂混合气注入页岩试验,利用单轴压缩试验和巴西劈裂试验,分析N₂/CO₂混合气中CO₂浓度对于页岩力学特性的影响。研究结果表明：页岩试件经N₂/CO₂二元混合气浸泡后,混合气中随CO₂浓度的增加和相变,试件孔隙增长率呈现先增大后减小趋势,孔隙增长率为34.91%～110.6%;页岩试件的强度和泊松比先降低后增大,弹性模量先增大后降低,单轴抗压强度损失率为37.5%～69.1%,抗拉强度损失率为35.3%～85.4%,弹性模量增幅37.5%～54.7%,泊松比损失率为...