地震波场最大能量扫描法预测煤层瓦斯的应用研究

煤储层是典型的流固耦合渗流模型的双相介质。固体颗粒与孔隙中流体之间存在相对位移,导致双相介质中地震波能量再分配发生变化。尝试研究了采用三角滤波提取特定频率的地震波属性,再以地震波场最大能量扫描法分别求取给定的低、高频范围内地震波能量的最大值以达到由地震资料直接圈定出瓦斯富集区的目的。实际资料测试结果表明,以双相介质理论为基础,能够相应提高地震资料处理与反演结果的精度与可靠性。     

三维地震勘探技术预测瓦斯的研究成果

就当今地震学和地球物理学理论与应用研究的前沿和难题--地下流体即双相介质理论，研究了煤田地震资料上的地震波场特征，模拟并编制了相应软件对地震资料进行了再处理，有效地解释出了瓦斯富集区，预测结果与已开采的资料数据基本吻合.     

含瓦斯煤体声发射应力波传播规律理论研究

基于含瓦斯煤岩体属于固-气两相孔隙介质,运用经典的弹性动力学理论进行AE信号的传播分析不能准确反映含瓦斯煤层中的传播情况.提出了固-气耦合两相孔隙介质模型,进行了两相介质AE传播理论的初步研究,推导了固-气两相孔隙介质的本构关系和波动方程,对含瓦斯煤层中的AE应力波进行了理论分析.结果表明：含瓦斯煤体双相介质中的横波方程仍然保持单相介质中的传播形式;纵波方程发生明显改变.     

煤储层双相各向同性地震波场模拟

基于二维-二分量弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟,对单相介质原生煤、单相介质构造煤和双相介质的构造煤二维层状模型进行了弹性波场数值模拟,并利用了属性技术对模拟的共炮点记录进行了分析。结果表明:瓦斯突出煤体与煤层气富集煤体跟原生煤存在着明显的差异。当地下煤层中含有瓦斯时,其地震波场特征相对于不含瓦斯时存在明显变化,含瓦斯双相介质对地震波的有效平均频率和相对振幅,特别是积分振幅与时差之积地震属性的影响很大。可以利用地震属性技术研究瓦斯突出煤体与煤层气的富集煤体。     

地震探测瓦斯富集区的定量分析研究

基于双相介质理论,对地震资料采用最大能量扫描法提取出地震波能量信息,得到能够反映流体信息的能量分布图。根据钻孔瓦斯检测值和井下煤样瓦斯检测值与三维地震资料预测的能量值的对比分析找出其相应的关系,定量分析瓦斯富集区的地震波能量值与瓦斯值的关系,为矿方进行地面瓦斯预抽布置钻孔和井下预防瓦斯突出提供地质依据。     

三维地震资料预测瓦斯富集区的应用

目前的地震勘探工作还处在构造勘探阶段,地震勘探取得的地质信息中仅解释了其中的快纵波的反射波场特征,而慢纵波的能量信息没能利用。基于双相介质理论的地震资料处理与反演技术,采用数字滤波的方法提取地震波能量信息,找到了地震波能量信息与煤层瓦斯之间的内在联系,取得能够反映瓦斯富集区的能量信息结果图,经实际应用对比效果明显。利用现有的三维地震勘探资料作进一步的反演处理为煤矿提供瓦斯富集区研究具有应用价值。     

基于旋转交错网格的双相各向异性介质二维三分量波场模拟

基于Biot双相介质模型,推导了双相TTI介质二维三分量一阶速度-应力弹性波方程,采用旋转交错网格(RSG)技术建立了各向异性孔隙介质波动方程的二维三分量高精度有限差分格式(FDTD),并引入不分裂卷积完全匹配层(CPML)作为吸收边界条件。为了验证算法可行性,对均匀双相TTI介质中的弹性波场进行了模拟。结果表明：使用旋转交错网格有限差分技术能够模拟出双相TTI介质中存在的快横波、慢横波、快纵波和慢纵波;双相各向异性介质中存在明显的横波分裂、波前面尖角和三分叉现象;不分裂卷积完全匹配层对边界反射的吸收效果较好。通过对比传统交错网格(SSG)和旋转交错网格有限差分技术,证明了旋转交错网格有限差分算法稳定性较强,精度较高,是一种实用的地震波场数值模拟方法。     

顺北5号带“断溶体油藏”的双相介质模型特征

顺北5号带“断溶体油藏”是近年来所发现的一种新型油气藏,发育断裂控制的裂缝洞穴型储层,储集体类型包括灰岩断裂面、溶洞、溶孔和裂缝。根据断溶体油藏的钻、测、录等资料,通过地震正演模型、速度—孔隙度模型以及实际地震响应,多角度论述了断溶体油藏的双相介质模型特征,并建立了一套“断溶体油藏”的地震评价标准,为区分断溶体油藏的类型评价提供了新的地震思路。     

用波动理论分析结构的水平地震反应

基于结构侧向位移的剪切波动方程，提出分析多层剪切型结构水平地震反应的新方法。首先在层局部坐标中建立波动方程，对其作傅氏变换，得到频域内位移和剪力关于层状态向量的方程；然后依据层界面的位移协调条件和力平衡条件建立传递矩阵联系各层的状态向量；最后由边界条件求解状态向量，并利用傅氏逆变换得到结构的位移和剪力。算例分析表明此方法比模态叠加法更精确、应用更简便。     

基于损伤理论的多孔介质动力解析

介绍了多孔介质连续化方法和连续介质损伤力学研究的一般方法，采用宏，细观相连接的损伤模型，描述了多孔介质的骨架刚度和流体通道演变过程，在连续介质力学守恒定律的基础上，推出了非饱和土的动力方程，进而，可方便地退化为饱和多孔介质的动力方程和一维固结构方程。图3，参11。     

Dispersion effect of velocities on the evaluation of material elasticity

The author employs the Kjartansson absorption model to prove that intrinsic dispersion of seismic wave velocities in absorbing media is a basic factor responsible for the differences between elastic rock parameters measured dynamically and statically. Dispersion of Young’s modulus predicted by this model for a frequency range from millihertz to tens of kilohertz matches well the experimental data obtained for polyvinyl chloride plastic used as a test material in the study case.     

金属基复合材料结构深层脱黏缺陷超声检测中检测频率的选取

从平面波在多层介质中的反射和透射规律出发,研究了超声波在金属基复合材料结构中的传播特性,根据波动方程,推导出金属基复合材料结构深层脱黏缺陷检测时最佳的超声波频率。实验结果表明,在检测频率选取适当的情况下,超声波在金属基体中发生全透射,可以到达深层界面,保证回波信号中包含深层界面的缺陷信息。     

改进离散S变换算法及其在槽波信号提取中的应用研究

采用调整离散频率域高斯窗函数离散变量取值的方法对传统离散S变换算法进行改进。通过对比分析传统和改进两种离散S变换算法的槽波地震数据时频谱,验证了改进离散S变换算法保持了离散频率域高斯窗函数的对称性,实现了负频率时频谱不再失真并与正频率时频谱对称的效果。对比分析数值模拟槽波地震数据和实测槽波地震数据的两种离散S变换槽波信号提取的应用效果,表明相对于传统离散S变换,改进离散S变换时频谱中槽波信号在时频域的分布与原槽波信号在时频域的实际分布较为一致,对改进离散S变换时频谱进行槽波信号时频域滤波和反S变换可以实现对槽波信号的保幅提取。     

弹性波透地通信分层大地信道的多径特性

通过分析弹性波在平行地层中传播的界面反射及衰减特性,得到了分层均匀介质中弹性波信号传播的多径信道模型,导出了多径延迟与各层的厚度以及层内弹性波纵波的传播速度的关系,以及多径/直达信号比(R MD)的近似算式,同时也探讨了因层间反射导致的多径衰落情况。在神华集团上湾煤矿煤层及围岩钻孔资料基础上建立地层模型并进行了仿真,结果表明：在直达信号正常情况下,多径信号的幅度较直达信号低20 dB以上,多径干扰基本可以忽略,此时即使传输信号带宽大于信道相关带宽B c,由多径导致的衰落仍然是近似平坦的;如果直达信号被遮蔽(比正常值低20 dB以上),信号呈明显频率选择性衰落,衰落深度约15 dB。仿真结果还说明使用直接序列扩频的透地通信,较高的码速率有利于抑制多径效应。     

频谱分析技术在煤体结构探测中的应用

为了掌握井下煤层采掘工作面的煤体结构特征,有效预防采动后产生的煤层瓦斯动力灾害,采用了现场声波探测方法对工作面煤体进行了探测,对采集的波形数据进行了频谱分析和波速分析。数据表明,煤体声波的频谱主频值分布特征、波速分布特征和煤体的结构特征有很好的对应关系:如果煤体结构完整,且强度较高,则主频值分布基本不变化,且主频值在100 Hz以上;如果煤体结构破碎,且强度较低,则主频值分布变化大,且主频值在100 Hz以下。研究结果表明,利用声波探测中的频谱分析技术,能够有效判别煤体的结构特征,为煤层瓦斯动力灾害的预测预防提供了新的技术手段。     

振动场中散体介质波的传播规律

非理想散体介质显现出非匀质性、各向异性和层状分布等特点 ,且有气、液、固三相 ,其波的传播比较复杂。当应变值ε <1× 10 - 4 时 ,散体介质为弹性介质 ,据此分析并给出了各向同性散体介质中弹性波的波动方程、传播速度和波动能量的表达式 ,以及横观各向同性介质中弹性波的波动方程和能量透过系数表达式 ,并通过试验验证了能量衰减与分层介质密度有关。此外 ,根据瑞利波由P波和S波振动叠加而成的特点 ,分析了无限半空间各向同性介质和横观各向同性介质中瑞利波的传播特性 ;又由于勒夫波由SH波经多次全反射加强干涉产生 ,研究表明其运动特性与散体厚度和剪切波速度等因素有关     

频率域极化滤波在槽波信号处理中的应用

槽波记录的信噪比通常较低,常规去噪方法难以适用于具有频散特性的槽波数据。利用槽波信号与干扰波在偏振方向和偏振度上的不同,将频率域极化滤波用于槽波记录的噪声压制,并改进频率域的极化滤波权函数;利用多窗谱分析求取频率域槽波与干扰波的偏振系数,设计极化滤波器,在频率域实现噪声的压制;改进极化滤波权函数,减小噪声与有效信号之间的系数过渡,增强极化滤波对背景噪声的压制。同时,根据初至前的背景噪声求取噪声的谱密度矩阵,在偏振系数求取前消除噪声对有效信号的影响,从而提高有效信号偏振系数的准确性。实际三分量槽波数据处理结果表明:该方法对信噪比较低的槽波记录具有较为明显的去噪效果。     

VTI介质中准P波方程的数值解法

为克服常规弹性波动方程正演结果的局限，研究了具有垂直对称轴的横向各向同性（VTI）介质中准P波方程的数值解法.首先从VTI介质中准P波方程出发，采用任意偶数阶精度有限差分算子构造了准P波方程数值求解的高阶有限差分格式，给出了其稳定性条件和边界条件的计算方法.为提高数值求解精度，引入通量校正算法压制数值频散，将震源置于各向同性介质内以消除准P波方程的误差解，在此基础上建立了VTI介质中准P波方程正演的数学模型.