富水裂隙岩体探地雷达信号特性模拟研究

针对探地雷达信号在富水裂隙岩体中的图像与频谱特征,开展了非频散介质与频散介质条件下时域有限差分正演模拟,模拟结果体现了频散介质条件下电磁波在岩体与裂隙水之间的高衰减率、相位差、震荡反射、有限的探测深度以及频散等特性。利用基于连续小波变换的小波尺度谱,把模拟信号同时在时域和频域内分解,显示了频散介质中低频信号产生过程。信号中低频成分逐渐增多,并且表现为从稳定到不稳定状态。与实测富水裂隙砂岩区的探地雷达信号分析对比,解释了探地雷达在富水裂隙岩体中信号特性。     

频谱激电法在铜陵市某滑坡地段滑动面勘探中的应用

基于滑坡的发生常和水的作用有密切的关系,并且滑坡中的电性参数分布和滑坡产生的电场异常都和稳定边坡有明显的不同,用频谱激电法研究滑坡存在良好的地质—地球物理前提。因此,针对勘探区含水地层电阻率和电化学活动性要素进行了分析,并开展了频谱激电法进行滑动面探测的试验研究。综合该地区边坡工程地质岩性特征和频谱激电法提供的物性信息,初步推断该滑坡体平均厚约25m,滑动界面深度在30~40m处,滑动面与岩体结构面之间的关系为顺层滑坡关系,类型属于叠瓦状岩质滑坡。     

岩溶塌陷的地质雷达正演模拟分析

针对各种岩溶发育地带的地球物理特征,构建相应的地电模型,采用时域有限差分法作地质雷达正演模拟。根据电磁波在介质中的传播规律,分析各种岩溶模型情况下所得正演剖面结果的振幅特性,相位特性,频率特性。总结岩溶探测过程中各种构造的地质雷达响应,作为实际工程探测的依据。从而,验证了利用时域有限差分方法作地质雷达正演模拟的可行性,也有助于实际勘探岩溶塌陷灾害隐患的定性到定量的分析。     

基于频谱能量分析的地质雷达探测图像判读

通过人工肉眼对地质雷达探测图像进行判读的方法易受判读人员主观性、经验性影响。为了规避这一不足,提出一种基于Counterlet等高变换和K-Means++均值聚类分析的频谱能量判读方法。以实际公路隧道为依托,经现场探测获取不良地质体的原始探测数据;采用IDSP探测数据分析软件生成原始图像及实施背景去除、滤波等时域、频域预处理以提高信噪比;基于子带分布系数采用Counterlet对预处理后的图像进行分解和重构,并采用K-Means++算法将重构后图像中的频率信息转化为颜色特征;利用MATLAB对颜色特征进行提取并据此建立不良地质体颜色特征样本库,将原始探测图像与样本库进行匹配对比以实现自动判读。结果表明：采用Counterlet等高变换对多方向、多分辨率、多尺度的地质雷达图像进行分解与重构是可行的,曲线边缘逼近效果良好,重构后的图像无信息丢失;K-Means++算法能实现地质雷达灰度图像中能量~频率~色彩的转化,转化后的图像色彩突出、直观;频谱能量的匹配对比能较准确、快速地实现自动判读及较好地规避个体主观性。     

基于弹塑性有限元的深挖路堑碎裂岩质边坡稳定性分析

西部地区地形地质条件复杂,对于岩体破碎、裂隙发育的边坡,前期地勘和试验工作获取到的信息非常有限,难以确定岩体力学参数统计特征。本文结合边坡施工开挖逐步揭示的工程地质信息,建立切合工程地质特征的三维弹塑性有限元模型,模拟边坡开挖过程对工程岩体岩石力学参数进行反分析,对比开挖过程测斜监测获得的位移变形,获得了接近实际情况的最优计算参数,并利用获得的参数分析边坡的稳定性,预测开挖加固效果。结果表明,采用基于弹塑性有限元的边坡稳定性分析是有效可行的,可以计算得出岩体位移场,应力场的变化特征,揭示边坡开挖变形的内在机制。本研究为复杂地质条件下信息化施工设计提供了一种新方法。     

声波在松矿大理岩、白云岩试件中的传播特性

声波测试技术,是向岩体(或岩石)发射一定频率的声波或超声波並研究其在岩体内传播规律的一种测试方法。根据声波在岩体中的传播特性,可以判断岩体的力学性质、确定岩体的强度和动弹性参数、探测硐室及采空区围岩的松动范围、了解岩体中结构面的分布情况及岩体的主应力方向等。声测技术用于探测岩体地质构造已有几十年的历史了。在我国,把声测技术应用于岩体力学也有十多年了。国内外的测试实践证明,由于这种方法具有简便、灵活、迅     

煤层波谱特征与瓦斯含量的试验研究

为研究煤层频谱特征与煤层瓦斯地质参数间相关关系,选取几个典型矿区的主采煤层,采用矿井震波探测技术进行原位煤体震波波谱探测实验．试验结果表明,煤体波谱特征反映了煤层本身的物理力学性质,同一结构的煤层在其5倍厚度的距离内煤壁的主频值相对稳定．主频的变化反应了煤体结构的特征,结构破坏主频明显低移;不同的煤层具有不同的主频,突出煤层具有低主频特征．煤层瓦斯含量与煤层固有主频成较好的线性相关,煤层固有主频值越低,相应煤层瓦斯含量越高．研究结果可为煤与瓦斯突出预测提供新的方法．     

井巷直流电法三维超前探测数值模拟

井巷掘进过程中,不良地质条件(如破碎带、软弱夹层、断层构造、陷落柱和采空区等)常给生产和安全带来严重影响,因此必须对其进行超前预测与预报。井巷直流电阻率法对岩层富水反应敏感,目前已广泛应用于井巷探测中。但受井巷条件限制,现有方法技术在数据采集、有效信息捕获以及后期数据处理等诸多方面仍存在不足,因此积极开展井巷三维电阻率法超前探测技术研究具有较强的理论和实践价值。针对巷道前方不同地质体特征,通过物理模型实验对不同地电模型进行数值模拟,其结果表明,该技术对煤岩层掘进巷道前方富水性探测准确率高,对地质构造辅助判别也有一定的指导意义。     

受酸腐蚀岩体强度分布特征研究

岩体是一种非均质的地质体,其所包含的节理、裂隙等软弱结构面具有较大的随机性,受酸腐蚀岩体的力学参数也表现出较大的离散性.通过研究酸蚀岩体强度试验数据的概率分布特征,论证了酸蚀岩体强度整体概率分布符合二参数weibull函数,并提出用weibull形状参数反映酸蚀岩体的非均匀程度的方法;探讨酸蚀岩体强度试验数据的空间分布特征,绘制了酸蚀岩体的强度平面等值线图,预测了高腐蚀岩体的位置和强度分区边界等工程信息,为岩体软弱结构面的确定提供依据.     

负折射率介质的电磁特性参数研究

为了研究负折射率介质的负折射率效应,构造了2种H型的单元结构.基于等效均匀介质理论,对2种H型的单元结构进行了分析.得到了这2种结构呈现负折射率效应时的电磁特性参数,包括相对波阻抗、折射率、相对介电常数和相对磁导率.比较得到的2组参数,发现透射率和负折射率频率区间的大小是在负折射率介质构造过程中需要同时考虑的2个方面.     

Focal mechanism caused by fracture or burst of a coal pillar

As a regional, real-time and dynamic method, microseismic monitoring technology is quite an appropriate technology for forecasting geological hazards, such as rock bursts, mine tremors, coal and gas outbursts and can even be used to prevent or at least reduce these disasters. The study of the focal mechanisms of different seismic sources is the prerequisite and basis for forecasting rock burst by microseismic monitoring technology. Based on the analysis on the mechanism and fracture course of coal pillars where rock bursts occur mostly, the equivalent point source model of the seismicity caused by a coal pillar was created. Given the model, the seismic displacement equation of a coal pillar was analyzed and the seismic mechanism was pointed out by seismic wave theory. The course of the fracture of the coal pillar was simulated closely in the laboratory and the equivalent microseismic signals of the fractures of the coal pillar were acquired using a TDS-6 experimental system. The results show that, by the pressure and friction of a medium near the seismic source, both a compression wave and a shear wave will be emitted and shear fracture will be induced at the moment of breakage. The results can be used to provide an academic basis to forecast and prevent rock bursts or tremors in a coal pillar.     

煤矿采区三维地震勘探资料的反演及其岩性解译实例

测井能提供地下介质较准确的岩性参数和具有较高的垂向分辨率,但只局限于井的附近,而地震勘探有较密的横向采样,对岩性的横向变化敏感。利用三维地震资料具有大面积密集采集信息的优势,从平面和立体角度研究煤层厚度及顶底板的岩性变化,推断煤系地层岩性在平面上的变化情况,大大提高三维地震资料的纵、横向分辨率及对地质问题的研究程度。本文介绍了Strata反演软件的原理和流程,通过实际煤矿采区地震勘探资料的处理与资料分析,在大量统计的基础上建立了不同岩性与波阻抗之间的解释标准,说明了在岩性描述中的应用与成果。     

Multi-parameter numerical simulation of dynamic monitoring of rock deformation in deep mining

The level of deformation development of surrounding rocks is a vital predictor to evaluate impending coal mine disasters and it is important to establish accurate measurements of the deformed status to ensure coal mine safety. Traditional deformation monitoring methods are mostly based on single parameter, in this paper, multiple approaches are integrated: firstly, both electric and elastic models are established,from which electric field distribution and seismic wave recording are calculated and finally, the resistivity profiles and source position information are determined using inversion methods, from which then the deformation and failure of mine floor are evaluated. According to the inversion results of both electric and seismic field signals, multiple-parameter dynamic monitoring of surrounding rock deformation in deep mine can be performed. The methodology is validated using numerical simulation results which shows that the multi-parameter dynamic monitoring methods have better results for surrounding rock deformation in deep mine monitoring than single parameter methods.     

Cranny density parameters and porosity measured by elastic wave method in quasi-isotropic cranny rock masses

According to the characteristic of elastic waves propagation in medium and the application of elastic waves method in rock mass engineering, the cranny mass with random crannies was regarded as quasi-isotropic cranny mass. In accordance with the rock rupture mechanics, principle of energy balance and Castiglano＇s theorem, the relationship of effective dynamic parameters of elasticity （E, v, G） and cranny density parameters or porosity was put forward. On this basis, through the theory of elastic waves propagation in isotropic medium, the relationship between the elastic wave velocity and cranny density parameters and porosity was set up. The theoretical research results show that, in this kind of cranny rock masses, there is nonlinear relationships between the effective dynamic parameters of elasticity and wave velocities and the cranny density parameter or porosity; and with the increase of cranny density parameter or porosity of cranny rock masses, the effective dynamic modulus and the elastic wave velocities of cranny rock masses will decrease; and at the same time, when the cranny density parameter or porosity is very small, the effective dynamic modulus of elasticity and the elastic wave velocities change with the cranny density parameter, which can explain the sensitivity of effective elastic parameters and elastic wave velocities to cranny rock masses.     

速度倒转与含油气关系分析

地震波速度是地球物理勘探和开发中不可缺少的一项重要参数。随着地震勘探技术的不断提高和发展,许多新方法的不断出现及在地球物理勘探中的应用．地震速度起着越来越重要的作用。地震波的速度受许多因素的影响,这些影响因素一方面给地震解释带来了副作用,另一方面它也为识别和发现油气提供了参考依据。本文通过对叠前地震速度谱信息的分析,在排除了多次波等因素对速度谱上极值点的影响后,发现该区速度谱上出现的速度突然减小,这种现象在横向上有一定的延续性,这一特征与含油气的砂体密切相关。在对雅克拉地区三道桥三维工区的叠前速度谱精细解释中,发现在S53井周围的速度谱上存在速度倒转现象．经过分析这一现象正好处于S53井的含油气层段,从而证实了该特征与含油气地层有着密切关系。     

Particle swarm optimization and its application to seismic inversion of igneous rocks

In order to improve the fine structure inversion ability of igneous rocks for the exploration of underlying strata, based on particle swarm optimization(PSO), we have developed a method for seismic wave impedance inversion. Through numerical simulation, we tested the effects of different algorithm parameters and different model parameterization methods on PSO wave impedance inversion, and analyzed the characteristics of PSO method. Under the conclusions drawn from numerical simulation, we propose the scheme of combining a cross-moving strategy based on a divided block model and high-frequency filtering technology for PSO inversion. By analyzing the inversion results of a wedge model of a pitchout coal seam and a coal coking model with igneous rock intrusion, we discuss the vertical and horizontal resolution, stability and reliability of PSO inversion. Based on the actual seismic and logging data from an igneous area, by taking a seismic profile through wells as an example, we discuss the characteristics of three inversion methods, including model-based wave impedance inversion, multi-attribute seismic inversion based on probabilistic neural network(PNN) and wave impedance inversion based on PSO.And we draw the conclusion that the inversion based on PSO method has a better result for this igneous area.     

裂缝介质地震波场特征正演模拟分析

通过对含裂缝构造地质模型正演模拟发现,在裂缝带处,地震反射波场特征参数（振幅、衰减系数、频率和速度等）不但与地层中裂缝密度、裂缝中充填物的速度和密度有关,而且与裂缝的走向有关。含裂缝构造储层介质的各向异性对地震波场特征有明显的影响,并且对反射地震波能量的衰减影响大于对速度的影响。对于含裂缝介质来说,在研究含裂缝介质的各向异性时,利用地震波振幅变化比利用速度变化更可靠。     

地震波CT技术在煤矿采空区探测中的应用

大连董家沟煤矿地下存在多处采空区,因建设治理需要,采用地震波CT技术对其进行采空区分布状况探测。通过探测,结合收集的其他资料,共圈定董家沟煤矿研究区域内地下34处异常区域,经钻孔验证准确率高达87.5%,取得了很好的效果。     

巷道前方地质构造MSP法超前探测技术与应用研究

巷道前方地质构造超前探测是地下工程施工的技术关键和技术难题,利用地震反射波探测技术,采用巷道多次覆盖观测系统采集地震数据,通过能量合成与分解、波场分离、偏移叠加等处理技术,形成矿井地震波超前探测技术(Mine Seismic Prediction即MSP技术),在巷道迎头空间进行全方位的数据采集与处理,可获得巷道探测方向的各种有效的反射波组,该波组与前方的地质界面具有很好的对应性。数值模拟、室内超声波实验与现场探测实验表明,MSP探测技术可以解决巷道前方300m以内的各种地质构造预报。     

三维地震在绿色开采中的作用和发展

三维地震是煤矿采区首选的地球物理勘探方法，它为“绿色开采”中的“地质环境”提供科学依据，随着煤炭资源开发向纵、深发展，要求提供更多、更细的工程地质、灾害地质信息，这促使三维地震应由构造勘探向岩性勘探、由浅部向深部、由单波向多波发展；资料处理和解释由叠后偏移向叠前偏移及全三维可视化、网络计算系统发展。