煤田高密度三维地震勘探观测系统设计

高密度三维地震勘探对煤田小断层和隐蔽性地质体探测具有较高的精度,为煤田安全高效开采提供了可靠地的地质保障。为了将高密度三维地震勘探技术更好地应用于煤田地质勘探,从影响地震原始数据品质的角度出发,研究了煤田高密度三维地震勘探的观测系统设计方法。以淮北矿区的勘探实践为基础,详细论证了高密度三维地震勘探观测系统的覆盖次数、面元大小、偏移距,接收线距、炮检距等主要参数的选择依据和基本原则,从而建立了针对勘探目标体的观测系统。通过统计分析的方法对观测系统进行评价,分析了覆盖次数、偏移距、方位角等面元属性对地震数据质量的影响,为煤田高密度地震勘探的观测系统设计提供了依据和参考。     

煤田数字高密度地震勘探的应用效果探析

以2007年丁集煤矿数字高密度三维地震试验为例,讨论了数字检波器的技术特点及利用数字检波器进行高密度地震勘探的应用方法.在煤田勘探中采用数字检波器单点高密度采集,提高了空间采样率,有效避免空间假频的出现;同时干扰波无假频采样有利于后期信噪分离处理,提高干扰波压制效果.丁集煤田完成的多块数字高密度地震勘探的效果表明:采用单点数字检波器进行高密度地震勘探有利于提高地震资料的保真度和分辨率,有利于煤田小断层、陷落柱和微幅构造的识别和成像,从而降低潜在安全风险,保障煤田的生产安全和提高生产效益.     

煤矿三维地震勘探覆盖次数的定量计算

三维地震勘探是煤矿构造勘探精度最高的方法之一,三维地震的施工质量是影响勘探精度的最重要因素。野外采集每天有数万个检波点和数百个炮点,施工范围广,施工质量的优劣难以及时的做出评价,从监理方的角度设计覆盖次数的定量计算方法,在微机上实现施工面积内覆盖次数的定量计算和图件显示,从而评价施工的合理性,并在野外实际生产中取得了一定的效果。     

深部煤系地质条件地震物理与数值模型研究

针对淮南煤田的地质情况、煤系地层的分布和岩性特征,研究了煤系地层地震物理模型的制作方法,并进行了测试,对地震物理模型进行数据采集与处理,得出地震物理模型的地震响应特征.利用地震数值模拟技术制作了淮南煤系地层地震数值模型,分析研究了不同充填物的孔洞地震响应变化的特征及变化规律.研究结果表明:煤田地震物理模型技术的关键是低速煤层和裂隙带的模拟制作;煤系地层地震物理模型作为指导煤田地震勘探,认识煤田地震波场特征有明显意义.地震探测可以检测孔洞,不同孔洞会引起地震波场绕射和反射特征的明显差异.由于目前国内外地震物理模实验主要还是应用于石油天然气的勘探开发上,而在煤田勘探领域尚不多见,因此本次研究成果具有一定意义.     

东周窑井田多尺度三维地质建模

构建了东周窑井田地质信息库；利用DepthInsight三维建模软件将东周窑井田作为研究对象，采用断层交切处理、“小层建模”、三角网格剖分、截断网格剖分等技术构建了东周窑井田多尺度三维地质模型。井田尺度模型以三维的形式概括性展示井田内的构造，并在此基础上采用克里金算法进行插值计算，预测出山4^#、5^#煤层中火成岩的分布；地震勘探区尺度模型揭示了此区域煤层形态以及构造特征，在此模型的基础上对8402、8403等8个规划工作面进行模拟，实现了地下构造可视化；工作面尺度模型是精度最高的模型，以8100工作面为例探索了工作面高精度三维地质建模及动态更新的方法。     

煤田大倾角向斜地层三维地震勘探技术的研究

"U"型向斜地层地震勘探方法技术的研究是一个十分复杂的课题。主要原因在于相对于常规煤田地震勘探所涉及的地震地质条件更为复杂,无论是油田、煤田常规的地震勘探方法均都不能直接套用,山地大倾角的三维的核心问题是如何解决3D反射面的发散,增加反射面元道集同相叠加,及多反射界面形成的反射波的还原归位问题。而静校正技术和叠前时间偏移成像技术是解决这一问题的关键。从正演模型入手,指出"U"型体反射波的特征、传播路径等。在地震资料处理中存在静校正、提高信噪比和分辨率、准确速度估计和偏移成像等处理难点。     

遗传算法在不同厚度煤层地震反演中的研究及实现

针对煤矿生产中的薄煤层开采和不等厚煤层等问题,设计不等厚薄煤层交互模型,采用褶积理论模型合成人工地震记录,然后采用基于VC++及MATLAB的遗传算法反演技术进行了不等厚薄煤层交互模型反演能力的探讨,考虑了噪声、煤层厚度、煤层间距、误差、子波、主频及目标函数的设定等因素的影响.验证了在煤田地质条件下,煤田地震反演识别薄煤层是可能的和可靠的,在此基础上就煤田地震反演方法的关键因素进行分析,以提高地震反演的精度以及效率.     

高密度三维地震勘探技术在半沙漠区的应用

由于半沙漠区地表松散,沙层厚度大等问题,常规二维地震勘探的精度不能达到解释效果。本次采用高密度三维地震勘探技术对陕北侏罗纪煤田榆神矿区小保当井田进行地震勘探,并联合CGG、Promax和绿山等地震资料处理软件对其进行分析,有效地提高了半沙漠地区地质构造的成像精度,为矿井建设提供准确依据。     

双程声波方程叠前逆时深度偏移及其并行算法

从双程声波方程出发,在交错网格空间中推导了地震波逆时延拓的高阶有限差分算子,依据最佳匹配层的方程分裂思路得到了一阶声波方程的最佳匹配层（PML）吸收边界条件及其高阶差分格式。利用炮点波场对上、下行波互相关后的逆时偏移结果进行振幅校正,补偿了深层能量。在上述成果的基础上实现了声波方程的叠前逆时深度偏移。偏移算法的脉冲响应表明：逆时偏移算子具有良好的陡倾角地层成像能力与深层能量补偿能力。研究了基于消息传递接口（MPI）的声波方程逆时偏移并行算法,给出了适于并行求解的计算空间划分方法,实现了双程声波方程逆时偏移的粗粒度并行运算,有效地提高了双程声波方程逆时偏移的计算效率。算法对Marmousi模型理论数据的偏移成像得到了满意效果     

淮南煤系地层地震物理模型研究

针对淮南煤田的地质情况--煤系地层的分布和岩性特征,研究了煤系地层地震地质模型的制作方法与弹性测试,对地震物理模型进行数据采集与处理,得出地震物理模型的地震响应特征。研究结果表明：煤田地震物理模型技术的关键是低速煤层和裂隙带的模拟制作;煤系地层地震物理模型可以指导煤田地震勘探、认识煤田地震波场特征。     

地震逆时偏移成像条件在巷道中应用对比及噪声压制策略

为了保障矿山巷道（隧道）等地下工程在复杂的地质条件下安全高效开挖,需要采用有效而准确的超前预报技术来提前探明开挖面前方的地质情况。在各类超前预报技术中,地震波反射法是最主流的方法之一,其最大的优点是探测距离远、界面识别效果好。逆时偏移（Reverse-time Migration,RTM）是一种基于地震波反射信息对地质结构进行精确刻画的先进成像理论,将其用于矿山巷道（隧道）地震波超前预报可以大幅提升探测精度。在逆时偏移过程中,特别是在矿山巷道复杂的观测环境下,成像条件的选择以及低频噪声的压制策略是保证最终成像质量的关键。以地震波逆时偏移理论为基础,构建了3种典型巷道不良地质体模型,对几种常用的逆时偏移成像条件以及低频噪声压制方法进行了对比分析。结果表明：基于Poynting矢量去噪的互相关成像条件是最适用于矿山巷道（隧道）地震波逆时偏移的成像条件。分析结果为逆时偏移成像在矿山巷道（隧道）地震波超前探测中的实际应用奠定了基础。     

基于钻孔土层参数的黄金开采地质特征三维模拟

为了解决黄金开采过程中由于数据不足和参数偏差等不确定因素导致的地质特征分析难度大的问题,提出一种基于钻孔土层参数的黄金开采地质特征三维模拟方法,以改进资源储量估算的准确性。采用钻探设备获取钻孔土层信息,并利用距离反比加权差值法优化钻孔土层参数,建立包含地质参数的数据库。基于这些参数,可以使用Surpac软件来构建具有地下空间的三维模型,生成黄金开采区不同地质特征。实验测试结果显示：该钻孔土层参数能够构建较为理想的黄金开采区地下空间三维模型,同时还能模拟出地下空间黄金开采不同深度的地质特征,划分出研究区域的断裂带以及金矿分布、侵入岩位置,准确估算出金矿储量,误差值在2%以内。所提出的基于钻孔土层参数的黄金开采地质特征三维模拟方法具有较高的可行性和准确性。该研究方法的应用可以提高黄金开采区地质特征分析的准确性和可信度,有助于更好地理解研究区域的地质环境,为黄金开采过程中的决策制定提供准确的地质数据支持。     

无人机倾斜摄影技术在矿山地质勘查中的应用

为准确捕捉矿山地质与环境情况,提出无人机倾斜摄影技术在矿山地质勘查中的应用。以河南省某石灰岩矿山区域作为研究对象,通过搭载四镜头倾斜相机的多旋翼无人机,采集研究区域的矿山地质数据。运用Photoscan软件处理矿山地质图像数据,生成密集点云以及研究区域地物剖面线。将剖面线导入3D Mine软件中,构建研究区域的三维模型,反映矿山地质情况与问题,实现矿山地质勘查。实验结果表明,该方法能够准确捕捉矿山地质与环境情况,且所勘查结果与实际环境结果吻合,勘查准确性较高。     

基于无人机航测技术的露天矿山爆堆形态分析

露天矿山爆堆形态是爆破效果评价的重要组成部分。为了精准高效地评价台阶爆破的爆堆形态,明确相应的评价指标,采用了灵活性好的低空多旋翼小型无人机航测技术。以大宝山露天多金属矿山铁门 661 m 平台爆区为例,根据采场空间布局及精度要求,设置相对航高为 100 m,五向航摄模式下的旁向和航向重叠率均为 80%,爆区周边布设了 4 个像控点,采用 Smart3D 软件生成了台阶爆前爆后两期的三维可视化实景模型。三维模型误差较小,像控点高程中值误差为 2. 79 cm,均满足航测精度要求。通过 IData 软件进行点云和高程信息提取,得到了爆堆空间分布形态及尺寸参数,爆区拉裂范围较大且表面块度分区现象明显,认为与孔网参数设计、地质条件等有关。工程实践表明:无人机航测在爆堆形态分析方面具备一定的可行性,为台阶爆破效果分析提供了新思路。     

矿井多波多分量地震方法与试验

多波多分量地震勘探近些年发展迅速,但其在矿井地震中的研究与应用仍不足。矿井全空间效应下波场复杂,在可激发出的体波、煤层槽波、巷道面波与声波等中的有效波与干扰波成分随成像波型选择而改变;同时来自空间多方向的地震波混叠,无方向性的成像难免会出现假象,影响矿井地震勘探的精度。为有效利用不同类型波进行成像,提出基于地震波偏振特性的矿井多波多分量地震方法。此方法利用三分量地震记录,通过时窗自适应的极化分析方法获取准确极化特征参数,避免了因时窗选取不准确而造成极化参数错误的问题;其在散射原理基础上构建的极化滤波函数包含偏振因子和方向因子,可随成像点空间位置及成像的波型的变化而实时更新;偏振因子利用信号的偏振系数可压制非线性干扰波,达到提取纵横波及勒夫型槽波等线性极化波的作用,提高矿井地震信号的信噪比;方向因子根据成像点空间位置与特定波型的振动方向的空间关系,不仅可分离振动方向不同的波(如纵波与横波),还能获取空间任一点的地震波信号,从而实现针对空间任一位置的多波偏移成像。现场试验表明:在岩巷中可分别进行纵波和横波的成像,两者相互验证,提高了探测准确度,同时其探测区域空间位置不受地震测线的约束,可实现测线范围外的地震探测,解决矿井地震勘探施工空间受限的问题;在煤巷中可分别进行槽波与体波的成像,解决槽波反射探测距离受限的难题,故在槽波勘探中建议采用三分量接收,理想情况下,采用煤层三分量和顶板三分量同时接收,形成槽波、体波六分量记录,作为槽波、体波联合勘探的基础数据。     

十进制遗传算法在水文地质参数识别中的应用

以Theis模型为例,讨论了十进制遗传算法在水地质参数识别中的应用,应用实例计算表明,该方法和传统的配线法与高斯牛顿法相比,具有更好的克腚性和更高的精度,与二进制遗传算法比较,采用十进制编码表示较为自然,容易引入相关领域知识,对于大部分数值优化问题,特别是求解说不得和杂优化问题,十进制编码算法效率高。     

各向异性地层深度域速度建模

提出了一种新的方法来更新纵波和转换波的深度域速度模型。该方法基于矢量波波场延拓的弹性波叠前深度偏移得到的共成像点的剩余曲率分析(RCA)。在共成像点道集上进行速度更新,并将偏移速度与真实速度的差异参数化,通过拾取能量团的方式估计真实速度。同样的方法也可用于更新各向异性参数。推导了成像深度与各向异性参数关系的方程,并利用模型各向异性和真各向异性的相关参数更新了横向各向同性介质（VTI）的各向异性参数。在实际应用中,采用分层剥离法逐层更新速度,通过剩余时差反演各向异性参数。利用合成地震资料和实际工区模型资料进行验证,验证了偏移速度更新方法和各向异性参数分析方法的可行性和准确性。     

金沙江其宗水电站上坝址深厚覆盖层钻进工艺探讨

其宗水电站属峡谷区修建的高坝、大库,最大坝高达358 m左右。深厚覆盖层的钻探取样是了解其成因及工程地质特性的必需手段,也是水电水利工程地质勘察工作的重要手段。由于覆盖层厚度大,组成物质分选性差,给钻探取心工作带来了困难。而取心质量直接关系到工程地质勘察资料的准确和详实。通过特殊钻具及SM植物胶钻井液的运用,提高了深厚覆盖层取心质量。结合其宗水电站的工程实例,对该地区深厚覆盖层钻进与取心工艺进行了探讨。     

高瓦斯矿井采煤工作面瓦斯地质分级评价方法与实践

瓦斯灾害是制约我国煤矿安全生产的主要灾害类型,在当前煤炭精准开采背景下,如何在工作面尺度实现瓦斯地质分级评价与风险精准识别,成为保障高瓦斯矿井安全、高效生产的关键。韩城矿区位于鄂尔多斯盆地东南缘渭北石炭—二叠纪煤田,构造条件复杂,瓦斯含量高且瓦斯动力现象频发,但工作面尺度瓦斯地质及致灾风险缺乏精细研究,对实际生产指导性不足。基于此,本文立足韩城矿区瓦斯地质条件,基于适用性与可行性原则优选煤层埋深、厚度、煤体结构、构造变形、绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量共6个参数作为基本指标,厘定其分级评价阈值标准;基于多层次模糊数学评价原理,提出了包括评价参数体系确立与分级、隶属函数与权重确定、数学模型构建、地质成图与分区评价等流程的工作面瓦斯地质分级评价方法。在此基础上,以桑树坪矿4321回采工作面为例,对其进行网格剖分,耦合单因素地质指标计算瓦斯地质分级评价指数,结果显示该工作面瓦斯地质条件差异显著,可划分为Ⅰ型有利区、Ⅱ型相对有利区、Ⅲ型相对不利区和Ⅳ型不利区,分区结果与实际地质条件具有较好的一致性,煤层构造变形及煤体结构破碎是制约工作面安全回采的主要地质因素。建立的工作面多层次模糊数学瓦斯地质分级评价方法符合当前煤炭精准、安全开采的现实需求,对其他高瓦斯矿井和构造煤区瓦斯地质保障具有借鉴意义。     

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。