巨厚白垩系含水层采动渗透性演化及高位离层积水模型

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作者 乔伟 孟祥胜 +6 位作者 杨眷 李连刚 梁启敬 刘梦楠 陶志和 韩昌民 孔维滕 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1047-1061,共15页

离层水作为一种采动突涌水水源,其突水具有瞬时量大、周期性和突水征兆不明显等特点,危害极大,防控难度极高。以陕西省黄陇煤田永陇矿区招贤煤矿为研究区,针对白垩系含水层开展了长期群孔抽水试验,采用基于同步连续线性估计算法(SimSLE... 离层水作为一种采动突涌水水源,其突水具有瞬时量大、周期性和突水征兆不明显等特点,危害极大,防控难度极高。以陕西省黄陇煤田永陇矿区招贤煤矿为研究区,针对白垩系含水层开展了长期群孔抽水试验,采用基于同步连续线性估计算法(SimSLE)的水力层析反演技术,分析了工作面采动过程中含水层渗透性演化规律,最后通过地下水动力学和数值模拟的方法,建立了考虑真空负压作用的采动覆岩渗透性演化–离层积水模型。结果表明:①采动覆岩巨厚白垩系含水层的渗透性整体呈现先增大后减小的趋势,采空区范围内白垩系含水层渗透系数增长为天然状态下含水层渗透系数的23~392倍,采动影响范围内渗透系数增长为天然状态下含水层渗透系数的1~67倍,在平面上,随着工作面的持续推进,工作面前方的渗透性是依次序逐步演化增大的;②以半无限含水层空间汇点概化模型为基础,推导了真空负压状态下的离层积水理论模型,通过COMSOL数值软件建立了经典稳态问题中的“圆岛模型”,数值计算结果与理论模型偏差较小,说明通过COMSOL数值软件建立的离层积水模型是合理的;③区块渗透性逐一发生演化时,离层积水速率仅有小幅度的提升,直至所有区块渗透性均发生演化后,离层空间的积水速率从14.09 m^(3)/h提升到了98.95 m^(3)/h,提升幅度达84.86 m^(3)/h,同时绝对真空状态下相较于标准大气压进水速率高2.5 m^(3)/h。论文提出的含水层采动渗透性演化–离层积水模型可以为高位离层积水速率的预测和演化提供研究思路。 展开更多

关键词 离层水害 水力层析 渗透性演化 地下水动力学 离层积水模型

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孔弹性介质快慢纵波及横波真振幅矢量波场分离方法

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作者 杨继东 田祎伟 +3 位作者 张鑫 黄建平 郭威 杨永红 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期118-130,共13页

孔弹性介质理论考虑了地下固体基质与孔隙流体的性质,能够比弹性介质理论更加精确地描述地震波在实际介质中的传播情况,但孔弹性介质中存在快纵波、慢纵波以及横波3种基本波型,在传播过程中相互耦合,如果不对其进行分离,会严重降低地震... 孔弹性介质理论考虑了地下固体基质与孔隙流体的性质,能够比弹性介质理论更加精确地描述地震波在实际介质中的传播情况,但孔弹性介质中存在快纵波、慢纵波以及横波3种基本波型,在传播过程中相互耦合,如果不对其进行分离,会严重降低地震成像的质量。提出一种孔弹性介质真振幅矢量波场分离方法,实现快纵波、慢纵波和横波3种基本波形的完全分离。首先引入一个辅助的泊松方程,将耦合的固相和液相双相介质波场分解为真振幅的纵波和横波矢量波场。然后,基于本征值和本征向量分析,使用一种双外积方法将纵波波场分解为快纵波和慢纵波。结果表明:所提方法具有很高的波场分离精度及可靠性;该方法不仅能够完全分离孔弹性介质中的快纵波、慢纵波及横波,获得的快纵波、慢纵波以及横波均为矢量形式,且其振幅、相位与物理单位均与原耦合波场保持一致。 展开更多

关键词 孔弹性介质 矢量波场分离 快慢纵波 本征型分析

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深层地热花岗岩体地震波数值模拟及传播机制 被引量：1

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作者 黄建平 刘英辉 +3 位作者 李伟 张盟勃 王扬州 杨永红 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期63-69,共7页

深层地热资源是一种可再生的、蕴藏巨大能量的清洁能源,但其地球物理响应特征不明确,中深层地热探测成功率较低。为了研究地震波在深层地热岩体中的传播规律与波场特征,建立两种深层地热花岗岩模型,并使用等效交错网格有限差分法实现声... 深层地热资源是一种可再生的、蕴藏巨大能量的清洁能源,但其地球物理响应特征不明确,中深层地热探测成功率较低。为了研究地震波在深层地热岩体中的传播规律与波场特征,建立两种深层地热花岗岩模型,并使用等效交错网格有限差分法实现声波与弹性波的数值模拟。结果表明:地热花岗岩体速度在温度的影响下要高于围岩的,会产生高速屏蔽现象,使得透射波能量变弱,限制了地热岩体下部地震波传播能量;相比于声波,弹性波具有更丰富的波场信息,波型与能量转换使得弹性波地震记录也比声波地震记录复杂。 展开更多

关键词 深层地热岩 地震波传播机制 数值模拟 有限差分模拟

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穿地壳岩浆系统改变岩石圈流变和热结构 被引量：1

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作者 周瑶琪 刘婕 +4 位作者 张鑫 刘朋 周腾飞 李孙义 陈扬 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-12,共12页

以山东东部穿地壳岩浆系统为例,通过研究岩石圈流变结构和热结构,结合已有野外探勘及地球物理数据,对山东东部地壳演变进行还原和解释,并且进一步建立穿地壳岩浆系统的岩浆深部热效应模型,考察岩石圈深部动力学演化机制。初步估算靶区地... 以山东东部穿地壳岩浆系统为例,通过研究岩石圈流变结构和热结构,结合已有野外探勘及地球物理数据,对山东东部地壳演变进行还原和解释,并且进一步建立穿地壳岩浆系统的岩浆深部热效应模型,考察岩石圈深部动力学演化机制。初步估算靶区地温,对山东东部地区超过6 km岩石圈结构及其地热储集体展布进行预测,进一步阐述山东东部深部地热储集体形成理论模型。结果表明:华北克拉通太古宙形成具有稳定刚性的陆壳,花岗岩主要以未变质或浅变质的表壳岩为主;中生代以来受华北克拉通基底不稳定,经历强烈构造-岩浆活动,产生强烈构造变形,岩石圈地幔发生拆沉和置换;晚中生代山东东部由于深部构造活动剧烈,穿地壳岩浆沿大型断裂上涌至喷出地表,伴随热隆效应及同化混染;岩石圈厚度减薄,地幔上涌至上、中地壳,伴随表壳岩熔融,其中富含不相容的放射性元素随岩浆再次上涌,不断向浅部地壳输送生热的放射性元素,从而使得岩石圈热结构及流变结构改变。 展开更多

关键词 穿地壳岩浆系统 岩石圈热结构 岩石圈流变结构 地热能

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面向深部地热岩体的弹性波逆时偏移成像方法

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作者 黄建平 杨秀金 +3 位作者 张鑫 王扬州 陈亮 高建明 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期55-62,共8页

地热能作为一种清洁能源正受到全世界的日益关注,因此对于深部地热岩体的高精度成像格外重要。传统的弹性波逆时偏移方法是利用耦合纵横波直接成像,从而得到耦合波场的成像结果;然而这种方法可能会出现串扰假象,导致成像结果不够清晰;... 地热能作为一种清洁能源正受到全世界的日益关注,因此对于深部地热岩体的高精度成像格外重要。传统的弹性波逆时偏移方法是利用耦合纵横波直接成像,从而得到耦合波场的成像结果;然而这种方法可能会出现串扰假象,导致成像结果不够清晰;为了解决这个问题,采用基于解耦的弹性波方程,实现纵横波场的分离;通过利用内积成像条件,对两个典型的干热岩模型进行数值测试。结果表明,相较于耦合波场成像结果,基于解耦方程分离得到的弹性波成像剖面具有更清晰的同相轴,深部能量更加均衡,该方法能够实现对深部地热岩体的高质量成像。 展开更多

关键词 深部地热岩体 弹性波成像 纵横波分离 逆时偏移

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应用保幅逆散射成像条件的全波场偏移方法 被引量：2

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作者 徐洁 杨继东 +3 位作者 王扬州 黄建平 郭威 杨永红 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期98-109,共12页

地震波传播机制与成像机理逐渐成熟化、系统化,对于多次散射波的处理不再局限于噪声去除,而是将其用于高精度地震成像。不同于基于单次散射的常规成像方法,全波场偏移是一种基于多次散射假设与反演理论的数据驱动成像方法。基于逆散射... 地震波传播机制与成像机理逐渐成熟化、系统化,对于多次散射波的处理不再局限于噪声去除,而是将其用于高精度地震成像。不同于基于单次散射的常规成像方法,全波场偏移是一种基于多次散射假设与反演理论的数据驱动成像方法。基于逆散射成像理论,对现有全波场偏移的成像条件进行改进,发展了一种保幅逆散射成像条件,实现了高精度地震成像。该成像条件是通过对已有的直达波估计与下行格林函数互相关成像条件添加拉普拉斯滤波和照明项,衰减后向散射并补偿深部能量。相较于原有成像条件,改进后的保幅逆散射成像条件对于复杂构造具有更高的成像精度和更强的适应性。数值测试验证了方法的有效性和适用性。 展开更多

关键词 成像条件 全波场偏移 保幅逆散射 多次散射波 成像条件

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巨厚煤层分层开采覆岩“两带”发育探测及破断特征 被引量：1

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作者 张鑫 陈优阔 +6 位作者 孟海伦 覃启发 程香港 黄荣杰 董海瑞 孙文斌 乔伟 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期106-117,共12页

【目的】我国新疆准南煤田煤炭资源丰富,矿井水害严重制约着该区域煤炭安全高效生产。顶板导水裂隙是工作面回采产生的主要导水通道,进行巨厚煤层分层开采条件下顶板导水裂隙发育规律研究尤为关键。【方法】以新疆硫磺沟煤矿(9-15)08工... 【目的】我国新疆准南煤田煤炭资源丰富,矿井水害严重制约着该区域煤炭安全高效生产。顶板导水裂隙是工作面回采产生的主要导水通道,进行巨厚煤层分层开采条件下顶板导水裂隙发育规律研究尤为关键。【方法】以新疆硫磺沟煤矿(9-15)08工作面为研究区,通过地面探查孔、钻孔电窥视等方法,实测不同开采条件下覆岩“两带”发育特征,通过数值模拟,分析多煤层下行式开采导水裂隙带发育规律,分析巨厚煤层分层开采覆岩运移及破断特征,探究覆岩破断结构模式。【结果和结论】结果表明:巨厚煤层分层开采对导水裂隙带的发育有一定抑制作用,由于分层数量增加,覆岩破坏程度逐渐加剧,导致其力学性质降低且裂隙增多,表现出“软弱”层特性,进而抑制导水裂隙带向上发育。此外,巨厚煤层分层开采时覆岩破断结构总体上呈“宏观-大-小”结构,其中,在采动影响范围内,宏观上呈压力拱结构。而由于高、低位岩层岩体垮落和铰接作用,使得高位覆岩呈现高位梁式大结构,而低位岩体受分层叠加开采的影响,垮落带内岩体铰接点的连线整体宏观呈连续的“M”形,呈“M”形铰接小结构。研究结果可为巨厚煤层采场事故形成机制、灾害防控提供理论依据和指导。 展开更多

关键词 巨厚煤层 分层开采 导水裂隙带 破断结构 新疆准南煤田

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华北克拉通中生代幔源岩浆岩放射性元素生热率的时空差异与主控因素

8

作者 孟凡超 秦丽媛 +2 位作者 王扬州 刘朋 周瑶琪 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期36-45,共10页

华北克拉通地热资源与中生代岩浆活动关系密切。然而,地热资源的成因、分布与岩浆作用之间的内在联系尚不明确。为研究华北克拉通中生代岩浆活动对地热资源的影响,在厘清中生代幔源岩浆岩期次、岩性、成因和分布的基础上,利用632组幔源... 华北克拉通地热资源与中生代岩浆活动关系密切。然而,地热资源的成因、分布与岩浆作用之间的内在联系尚不明确。为研究华北克拉通中生代岩浆活动对地热资源的影响,在厘清中生代幔源岩浆岩期次、岩性、成因和分布的基础上,利用632组幔源岩浆岩的U、Th、K生热元素数据,计算不同时期岩石放射性生热率,探究华北克拉通中生代幔源岩浆岩放射性生热率时空差异及其主控因素。结果表明:幔源岩浆岩岩石类型是影响生热率的直接因素,霞石正长岩、辉石岩、正长岩和煌斑岩的生热率高于辉长岩、辉绿岩和玄武岩;幔源岩石成因是放射性生热率高低的基础,与伸展构造背景相比,碰撞环境下岩石生热率较高;不同破坏机制下岩石生热率差异较大,热-化学侵蚀岩石圈破坏地区的岩石生热率普遍高于拆沉作用地区。 展开更多

关键词 华北克拉通 中生代 幔源岩浆岩 放射性生热率 地热

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直光纤及螺旋缠绕光纤三维地震响应机制

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作者 时志文 杨继东 +3 位作者 王扬州 黄建平 秦善源 杨永红 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期80-88,共9页

分布式光纤(DAS)测量轴向应变或应变率,其中直光纤接收的是单分量信号,对垂直于光纤入射的波的响应不敏感,螺旋缠绕光纤可接收多分量信号,可以解决上述响应不敏感问题。首先,分析了直光纤及缠绕角分别为35.3°、54.7°的螺旋缠... 分布式光纤(DAS)测量轴向应变或应变率,其中直光纤接收的是单分量信号,对垂直于光纤入射的波的响应不敏感,螺旋缠绕光纤可接收多分量信号,可以解决上述响应不敏感问题。首先,分析了直光纤及缠绕角分别为35.3°、54.7°的螺旋缠绕光纤的P波、SV及SH波的理论轴向应变率响应;其次,利用三维弹性有限差分模拟了轴向应变率响应;然后,在地表、水平井、竖直井布设DAS,利用均匀模型、双层模型及西南页岩气模型模拟直光纤、缠绕角分别为35.3°、54.7°的螺旋缠绕光纤的地震响应,并将DAS轴向应变率响应与常规检波器的速度z分量、压力分量对比。结果表明:①直光纤接收单分量信息,在垂直于光纤方向接收的波的响应较弱,而螺旋缠绕光纤接收多分量信息,因此在垂直于光纤方向接收的波的响应较强;②缠绕角为35.3°的螺旋缠绕光纤地震记录中无S波响应,其波形与常规检波器压力分量相似,在成像中可以利用声波方程成像。 展开更多

关键词 直光纤 螺旋缠绕光纤 缠绕角 轴向应变率响应 有限差分模拟

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面向深层干热岩体的全波形速度反演建模方法

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作者 杨继东 于由财 +3 位作者 刘朋 高建明 黄建平 杨永红 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期70-76,共7页

随着勘探深度增加,地震信号衰减严重,常规速度建模方法精度较低,无法满足深层干热岩体高精度勘探的需求。为提高速度建模的精度,采用全波形反演方法,但受局部优化算法的限制,其应用存在收敛速度慢、反演深度浅以及容易陷入局部极值等问... 随着勘探深度增加,地震信号衰减严重,常规速度建模方法精度较低,无法满足深层干热岩体高精度勘探的需求。为提高速度建模的精度,采用全波形反演方法,但受局部优化算法的限制,其应用存在收敛速度慢、反演深度浅以及容易陷入局部极值等问题。为此,对梯度应用预条件处理和平滑处理,并使用共轭梯度优化算法,以解决地下照明不均匀问题,提高反演深度、精度和收敛速度。同时,为缓解局部极小值问题,引入局部相似性全波形反演方法来更新初始模型,并对构建的干热岩模型进行数值测试。结果表明:即使在初始模型极不准确的情况下,该方法仍能避免周波跳跃的不利影响,实现稳健的迭代更新;该方法能够显著增加反演深度和精度,并且对高速岩体有较好的刻画,最终能获得浅、中、深全层系高精度速度模型;提出的全波形反演方法为深层高温花岗岩体的勘探提供了一个切实可行的建模流程。 展开更多

关键词 干热岩 高温花岗岩体 全波形反演 深层速度建模 局部相似性

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透射槽波技术在煤田勘探中的应用研究

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作者 张鑫 韩建光 +2 位作者 牛云飞 徐世业 徐安全 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1587-1594,共8页

槽波地震勘探技术可以有效探查煤层中小断层、陷落柱等地质异常体,在探测精度和距离上明显优于其他煤矿井下勘探方法。透射法作为基本的槽波地震探测方法,具有简单灵活、探测范围大、准确率高等优势。采用透射槽波方法对实际煤矿工作面... 槽波地震勘探技术可以有效探查煤层中小断层、陷落柱等地质异常体,在探测精度和距离上明显优于其他煤矿井下勘探方法。透射法作为基本的槽波地震探测方法,具有简单灵活、探测范围大、准确率高等优势。采用透射槽波方法对实际煤矿工作面内断层构造进行探测研究,通过滤波、频散分析、波场及速度分析、能量分析以及透射CT成像等关键技术对实际透射槽波数据进行精细处理,获得准确的透射槽波成像剖面。根据槽波在煤层中受到断层阻断或遇到煤层破碎时其能量将急剧降低的特征,利用透射槽波能量CT剖面,并结合实际揭露情况,解释出12条可靠断层。通过实际煤层工作面透射槽波勘探方法测试,验证了透射槽波方法的有效性以及在煤田断层等构造探测中的实用价值。 展开更多

关键词 透射槽波 频散 断层解释 能量分析 透射CT成像

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被动源地震干涉成像技术在煤田采空区探测中的应用研究

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作者 张鑫 孙文斌 +2 位作者 章强新 韩建光 牛云飞 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1899-1905,共7页

地震干涉方法能够从背景或环境噪声中提取有效信息并应用于地下地质构造成像。通过对煤田采空区产生的被动源地震信号进行干涉成像可以定位出采空区的范围。笔者等基于被动源干涉成像原理,采用被动源地震干涉方法进行震源定位研究。通... 地震干涉方法能够从背景或环境噪声中提取有效信息并应用于地下地质构造成像。通过对煤田采空区产生的被动源地震信号进行干涉成像可以定位出采空区的范围。笔者等基于被动源干涉成像原理,采用被动源地震干涉方法进行震源定位研究。通过对不同界面数值模型进行被动源干涉成像测试,验证了方法的准确性,而且测试结果表明被动源干涉成像横向分辨率高于纵向分辨率,不同的偏移速度对纵向位置影响较大,但对横向位置定位几乎没有影响。最后将其应用于实际煤田的采空区定位,成像结果与实际情况相符,验证了笔者等提出的被动源地震干涉成像方法的有效性以及在实际煤田采空区探测应用中实用性。 展开更多

关键词 被动源 干涉成像 采空区 煤田

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