基于密集台阵地震背景噪声成像预测煤矿瓦斯分布

瓦斯突出是一种常见的煤矿动力灾害现象,随着煤矿矿井开采深度的增加,煤层瓦斯含量、压力都呈上升趋势,发生煤与瓦斯突出的危险性加大.传统的瓦斯测量方法只能测量局部离散点瓦斯含量,难以从矿井及采区尺度对瓦斯含量进行预测.因此需要寻求一种能够在采区及工作面布设前预测煤层瓦斯富集程度的高效地球物理方法.背景噪声成像方法已经在城市地下空间、矿产资源等近地表成像中得到广泛的运用.本文将该方法首次应用到阳泉寺家庄煤矿井田区域,采用96个台站记录的连续背景噪声数据,通过互相关方法获得了台站对之间的瑞利面波经验格林函数,并进一步提取了 5 Hz～1.4 s的基阶瑞利面波的群速度和相速度频散曲线.本研究首先通过区域的平均频散曲线获得该区域的平均一维横波速度结构作为三维反演的初始模型;其次,利用基于射线追踪的面波频散直接成像方法获得研究区1.0 km以浅的三维横波速度结构;最后,结合获得的三维速度结构,以及岩石物理实验获得的瓦斯含量与地震波速度的经验关系,预测了寺家庄井田15号煤的瓦斯含量,预测的瓦斯含量与实际巷道揭露的瓦斯含量具有较好的一致性.本研究成果表明,对于煤矿瓦斯分布预测来说,背景噪声成像方法是一种潜在有效的全新的技术形式.     

台阵和噪声源分布对微动成像的影响及其在盐矿溶腔探测中的应用

随着节点地震仪的发展,被动源地震成像方法在不同尺度的地下结构成像中得到了越来越广泛的应用.对于小尺度浅地表成像,因高频噪声源时空分布不均,一般采用基于台阵平均的方法,即所谓的微动成像方法提取高频被动源面波频散数据,但是不同类型的台阵一定程度上也会受到噪声源分布不均匀的影响.本文以水溶型盐矿溶腔探测为例,通过实测数据较为系统地分析了不同台阵的响应函数及其对噪声源方向不均匀性的适应能力.研究发现,当噪声源分布不均时,三角形台阵可以获得更可靠的频散数据,但对应的数据采集效率较低,而其他类型的台阵虽然布设相对简便,但是提取的相速度与真实速度存在较大的误差.当线性台阵和噪声源方位一致时,可以提取与三角形台阵一致甚至更好的频散数据.在这个基础上,我们分别采用三角形台阵和考虑噪声源的线性台阵在湘衡盐矿开展了两条剖面的数据采集,并利用适应性更好的扩展空间自相关方法(ESPAC)计算面波频散数据.最后,利用蒙特卡洛方法生成的随机初始模型进行了频散数据反演,获得研究区600 m以浅的横波速度结构,并刻画了盐溶腔的发育位置和空间分布形态.     

利用全波形匹配方法确定水力压裂诱发地震震源机制

准确确定水力压裂诱发地震的震源机制对于描述裂缝破裂类型以及工区地应力状态十分重要.本文采用全波形匹配的方法确定诱发地震震源机制解，在拟合波形的同时对实际数据P波初动极性和纵横波振幅比也进行匹配，并在此基础上发展了一种基于邻域算法分级优化确定震源机制解的新方法.新方法的优势在于它对解具有更强的约束，并且能够解决现有方法中存在的权值系数选择问题.合成数据测试结果表明新方法能够得到可靠的震源机制解.本文将该方法应用于国内某页岩气田水力压裂诱发地震监测数据，反演结果表明诱发地震的震源类型以走滑破裂为主，表明该地区的最大水平主应力大于垂直主应力.     

自然伽马拟声波曲线构建技术探讨

声波测井曲线在地震反演中起着约束和控制模型反演的作用,当其不能反映地层岩性变化时,通常会将现有的非声波测井曲线按照一定的经验公式或统计方法来重构新的声波曲线。但是,这些拟声波曲线构建技术并没有考虑到地层岩石孔隙及孔隙中流体的影响。在考虑到岩石孔隙和孔隙中流体的情况下,拟声波曲线构建技术可以先利用岩石基质的声波速度与自然伽马之间的关系来重构具有声波量纲的新曲线,然后结合原声波曲线中能够反映背景速度的低频信息,构建出新的声波曲线。该方法在鄂尔多斯盆地镇泾地区取得了不错的应用效果。     

基于VMD的随掘地震超前探测信号谱白化方法研究

随掘地震超前探测震源具有连续、非可控的特点,需要使用互相关技术将连续震源记录转换为等效脉冲震源记录以获取有效反射信号。但随掘地震超前探测信号往往包含一些能量较强且频带较窄的优势频率成分,使得互相关处理会引入较严重的干扰。为此,本文提出将基于变分模态分解（VMD）的希尔伯特谱白化方法应用于随掘地震超前探测信号。该方法首先利用VMD将地震信号分解为若干个本征模态函数（IMF）,再对各IMF应用希尔伯特变换进行时频分解,最后使用白化滤波器对其希尔伯特谱进行谱白化。数值模拟结果表明基于VMD的希尔伯特谱白化方法能够在保持各道信号一致性的同时均衡信号的不同频率成分,有效压制互相关结果中的虚假同相轴,加快主峰旁瓣衰减。将本文方法应用于安徽淮北杨庄煤矿某巷道实际数据,成功探测了掌子面前方存在的断层构造,表明该方法具有较好的实用性。