环境与工程地球物理

  • 基于有限单元法的堤坝管涌拟流场分析及试验

    熊彬;黄杨;陈汉波;张天宇;梁卓;

    为了深入探究拟流场的电流密度响应特征,更好地服务于病险水库隐患探测和汛期堤坝查险,从分析有限元理论开始,建立不同渗漏通道模型,计算其拟流场电位进而获得电流密度的主要特征,分析不同模型对电流密度的影响。结果表明,电流密度不同分量在渗漏处附近均出现异常特征,在渗漏区域附近,电流密度x分量出现双极性异常,电流密度y分量出现单极值异常,电流密度z分量出现方向相反的异常情况,变化幅度较大。因此,为了更方便、有效地寻找渗漏通道,本文提出应当在水域底部布置若干条沿垂直于堤坝走向的测线测量电流密度z分量,通过分析电流密度z分量异常响应找到疑似渗漏点,为汛期堤防渗漏的快速排查提供理论指导。并实际应用于深圳某水库的堤防渗漏检测,圈定疑似渗漏入水口区域,经过工程验证,证实其为渗漏入水口。

    2023年03期 v.20 297-303页 [查看摘要][在线阅读][下载 994K]
  • 直流电法识别东南沿海咸淡水界面的技术研究

    宋洪伟;尚铭森;夏凡;王维强;刘春雷;桂建业;

    东南沿海地区海岸带沿线近年来受海水入侵导致地下咸水的形成已逐渐危害到人民生活和经济建设。如何划分泉州湾地区咸淡水界面分布情况,圈定咸水区影响范围,成为区域经济发展的一个主要研究课题。本文结合研究区周边环境条件,从地球物理勘查角度分析了泉州湾地区地下咸淡水之间的地球物理特性差异和地下含水结构特点。利用地下含水结构的电阻率、极化率数据与地下水体矿化度指标建立联系,并以此为物探工作前提,选择了激电测深法和超高密度电法等对人文活动产生的游离电场有着很强的抗干扰能力的直流电法,在原有水文地质调查地下水检测矿化度的基础上增加物探辅助工作,弥补了该地区可取样井位较少的缺点,使得测网密度更大,连贯性更好,工作效率、勘查结果有效提升了钻探取样准确率,降低了调查成本。通过电阻率等电性参数间接地划分了咸淡水区域,精准地选取了1号和2号监测孔位置,完成了对该研究区域的咸淡水演化监测体系建立工作,避免了监测孔选取不当带来的损失。

    2023年03期 v.20 304-313页 [查看摘要][在线阅读][下载 1424K]
  • 基于背景噪声记录的某建筑结构健康监测

    廖春奇;秦林鹏;王赟;陈畅;邵泉洋;万文涛;刘劲松;

    建筑物的共振频率是结构健康监测(Structural Health Monitoring, SHM)的重要指标。人们通常认为该指标受地震事件或环境变化影响最大,但很少有人讨论人类活动对它的影响。为了对福建省防灾减灾中心大楼进行结构健康监测,并分析人类活动对建筑物共振频率的影响,通过分析地震背景噪声数据,采用水平垂直谱比法(Horizontal to Vertical Spectral Ratio, HVSR),得出中心大楼地基的场地放大频带为1.5~3.5 Hz的多峰宽频带,大楼顶层的共振放大频带为以1.4 Hz左右为中心的单峰频带。大楼共振放大和场地效应处于同一频带,但放大程度是场地的近10倍。同时,顶层的HVSR谱幅值呈现出与人类活动有关的日变化、周变化特征,即春节、周末和夜间幅值小,工作日的白天幅值大。大楼的共振频率变化呈突变和渐变两个过程。其中,突变表现为:工作日白天,建筑物共振频率集中在1.36 Hz附近,其他时间集中在1.48 Hz附近,是被人类活动影响的体现;渐变表现为:在每天夜间、春节和大部分周末,中心大楼的共振频率不断上升,展现了建筑物共振频率恢复的动态过程。本研究的结果有助于建筑结构健康监测中考虑人类活动对共振频率的影响及共振频率的恢复,并为类似建筑物的健康监测提供参考。

    2023年03期 v.20 314-321页 [查看摘要][在线阅读][下载 1278K]
  • 海洋工程物探勘察中的几种声学假象

    冯湘子;年永吉;

    海洋工程物探勘察主要基于各种声学调查设备,通过换能器发射和接收不同频率的声波来获取地层声学反射信息,在实际工程应用中,技术人员会面临多种复杂的作业环境以及各类声学假象,需要技术人员熟知声学假象的产生原理和特征。本文研究了多波束测深资料中圆弧状地形反射、浅地层剖面绕射、电火花剖面三类调查资料中存在的声学假象,分析了波束频率、发射和接收角度、接收范围等因素的影响和限制,及造成声学假象的原因。研究显示,对海底管道、海底沙丘、已建平台等环境均会造成不同影响的声学假象,包括多波束的绕射波、浅地层剖面的绕射波,以及电火花水听器接收到的环境反射。技术人员应提高对海洋工程物探资料声学假象的认识,作业前期应做好工区环境、海底设施、背景资料等研究,在海洋工程勘察的处理和解释过程中综合利用水深地形、海底地貌、地层剖面的相互印证解释,注意辨识绕射、已建设施反射等造成的声学假象。

    2023年03期 v.20 322-329页 [查看摘要][在线阅读][下载 1590K]
  • 基于数值模拟分析的弹性波CT岩溶探测能力研究与应用

    罗术;金俊俊;甄大勇;赵思为;

    岩溶勘探是工程地质勘察中的难点和重点。由于岩溶发育极不规律,并且城市轨道交通建设对岩溶勘察精度提出了更高的要求,使得岩溶勘探面临巨大的挑战。目前,岩溶勘察多采用钻探和物探相结合的勘探方法,其中弹性波CT(Elastic Wave Computerized Tomography)利用初至波走时反演地层速度探测溶洞,相较于其他物探方法,具有更高的精度,但存在“低速色盲”、陡倾层状异常难以探测、小规模溶洞分辨能力有限等问题。本文基于数值模拟分析探究弹性波CT岩溶探测能力,数值模拟分析结果表明:(1)弹性波CT能够有效探测规模大于观测点距的溶洞异常;(2)溶洞异常响应与其规模大小有关,规模越大,速度异常越显著;(3)陡倾层状低速异常速度反演断面表现出“X”型分布特征。为提高岩溶探测精度,建议综合弹性波CT单孔对无约束反演解译结果和钻探资料构建溶洞初始模型,再进行连剖面约束反演。通过将该方法应用于实际岩溶探测,并进行数值模拟对比论证,表明本文提出的反演方法能够有效提高复杂岩溶探测精度。

    2023年03期 v.20 330-336页 [查看摘要][在线阅读][下载 1518K]
  • 基于回线源地—井瞬变电磁法和磁梯度法的非开挖深埋燃气管道精确定位应用研究

    赵智嵘;海宝权;张迎;张琳梅;李跃义;

    管道非开挖技术现已被广泛地应用于城市基础设施建设之中,但设计资料缺失、管理不善等原因致使无法对原有管线进行定位,增加了第三方施工对其造成破坏的可能。非开挖管线埋深大、地质条件复杂,使得常规管线定位技术如管线探测仪、探地雷达法、地震面波法及高密度电法等,极难实现对其精细定位。针对该问题,本文提出一种通过综合应用回线源地—井瞬变电磁法及磁梯度法实现深部管线精细探测的方法,并将其应用于天津地区某深埋燃气管线探测工程之中;通过识别数据曲线的“单峰”顶点特征,最终确定目标管线实测水平位置与设计水平位置偏移约2 m,中心埋深高程为标高-14.37 m(测量极差0.1 m)。实践表明,该方法的提出对提升非开挖深埋铁磁性管道探测效率、减小探测误差具有指导意义。

    2023年03期 v.20 337-343页 [查看摘要][在线阅读][下载 1528K]

资源与能源地球物理

  • 基于直流电阻率方法的地下灌溉水源地调查研究

    许艳;王强;张太平;王薇;王奎峰;张瑞华;张红军;

    为解决枣庄市峨山镇三山村高效农业用地缺乏灌溉水源的问题,采用水文地质调查结合直流电阻率测深的方法对区域内地下灌溉水源地分布情况开展调查研究。前期通过水文地质调查了解区内主要地下含水层岩性及富水特征,在此基础上结合已知井分布位置,确定2处有利的地下水源地部位,在对应位置开展直流电阻率测深。后期结合已知井揭示的地层空间分布特征和直流电阻率方法获取的电阻率曲线数据进行综合分析解译,推断主要富水地层为泥质灰岩地层,发育深度在50~110 m区间,在2处测深点部位进行了钻探验证,揭示含水层为泥质灰岩地层,埋藏深度分布在57.68~100.1 m区间,2眼井涌水量均在50 m~3/h左右,满足了当地灌溉水源的需求,基于直流电阻率方法推断的含水层埋深与钻井揭示的实际情况基本一致,应用效果明显。

    2023年03期 v.20 344-350页 [查看摘要][在线阅读][下载 1601K]
  • 深度域属性分析技术在煤矿小断层识别中的应用研究

    罗忠琴;袁伟娜;刘鹏;孙宇菲;

    现今,叠前深度偏移技术越来越广泛地被应用于煤田地震资料处理中,叠前深度偏移获得的深度域地震数据如何进行资料解释,以获得可靠的地震地质成果,也有待于更加深入研究以及更加广泛地试验。地震属性作为描述地层结构、构造异常的重要特征量,一直以来为地震资料的解释提供了重要的依据。本文主要围绕深度域地震属性分析展开探讨,并通过深度域属性与时间域属性对比分析,认为:(1)相干体属性、方差体属性、曲率体属性对于较大断层响应敏感,蚂蚁体属性对于小断层响应更加敏感;(2)基于叠前深度偏移深度域地震数据体对地下构造真实形态的反映,直接对深度域数据体进行属性分析相较于时间域属性分析具有更强的压噪能力,对断层反应更加精准,在构造复杂区域,深度域属性分析的优势更加明显;(3)深度域多属性融合分析可以降低噪声的干扰,提高信噪比,明显清晰复杂构造区域断层分布,有助于降低小断层漏解释的概率,减低小断层解释平面位置的偏离,有助于提高小断层解释的效率与精度。本次研究以淮南丁集矿某采区13-1煤为例,以巷道揭露资料为依据,验证了叠前深度偏移深度域属性分析的优势与可靠性,为今后的深度域地震资料小构造解释工作提供一定的指导。

    2023年03期 v.20 351-357页 [查看摘要][在线阅读][下载 1738K]
  • CSAMT法在柴凯湖北砂岩型铀矿砂体探测中的应用研究

    王逢涛;郗昭;张东;许强平;

    青海省乌兰县柴凯湖北位于柴达木盆地东北缘,区内已发现有套合较好的砂岩型铀矿点和铀异常带,具备较大的铀矿找矿潜力。广泛分布于该区中新统—渐新统干柴沟组地层的砂体是层间氧化带型砂岩铀矿成矿的有利部位,查明该目的层地下分布及砂体展布特征对于进一步的找矿突破具有关键意义。然而研究区多为第四系覆盖且沉积较厚,迫切需要高分辨率的深部地球物理勘探方法。通过在研究区内开展5条NE10.8°走向的可控源音频大地电磁测深(Contrlled Source Audio Frequency Magnetotelluric Method, CSAMT)平行剖面测量,取得了以下主要成果:(1)精细刻画了区内1.4 km以浅的地层结构和断裂构造空间展布特征,得到已知钻探资料验证;(2)基本查明了区内基底和干柴沟组目的层埋深情况、砂体展布特征;(3)依据埋深浅、砂体厚等划分原则,进一步圈定了L1线1.0 km~2.1 km、L2线1.0 km~2.6 km、L3线1.6 km~4.2 km、L4线1.0 km~3.3 km及L5线1.0 km~2.3 km五处铀成矿有利区。研究成果验证了CSAMT法在研究区砂岩型铀矿勘查中的有效性,为下一步的钻探工作指明了重点方向,也对相近地区具有重要的借鉴意义。

    2023年03期 v.20 358-364页 [查看摘要][在线阅读][下载 1632K]

方法研究·信息处理·仪器研制

  • 基于GNSS/UWB的隐蔽区域反向无缝定位方法

    张奇;骆元鹏;刘佳莹;吴岘;茹毅;

    传统全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)定位方法在复杂多变的隐蔽区域难以完成亚米级的定位,且定位会在信号遮挡的情况下中断。随着融合算法以及新型定位硬件系统的出现,结合GNSS多元传感器组合的形式弥补了单GNSS在隐蔽区域定位精度的缺陷。然而组合定位算法将消耗大量计算资源,且实现快速、实时的定位需要增加硬件成本,这些约束条件使其难满足实际生活中的定位需求。针对上述问题,本文基于超宽带(Ultra Wide Band, UWB)定位技术,与GNSS定位技术形成GNSS/UWB的组合形式,弥补GNSS在隐蔽区域定位的不足,并提出了一种反向解算的方法来提升定位效率。由于反向解算的方法将繁重的计算任务部署在服务端,而移动终端只充当信号接收/发送器,因此该方法也可减少定位成本,具有应用价值。本文实验表明,本方法定位精度在30 cm以内,且平均响应时间为0.25 s以内,满足高精度实时无缝定位的需要。

    2023年03期 v.20 365-373页 [查看摘要][在线阅读][下载 1672K]
  • 开平凹陷10-11复杂构造带低信噪比区地震成像技术研究

    蒋亚洲;钟明睿;王新领;

    开平凹陷为已证实潜在富生烃洼陷,开平10-11构造带为主洼内具有隆起背景的复杂断裂构造带,为油气运移有利指向区,现有资料古近系中深层复杂构造带地震成像效果差,已发现油气的含油范围以及潜在的剩余潜力较难落实。提高古近系中深层目标构造的成像品质是本文的核心工作,针对现有资料的实际问题采用以下三项关键技术:(1)多次波联合建模曲波域匹配衰减技术;(2)构造约束百分比速度扫描解释技术;(3)高斯射线束叠前深度偏移技术。通过以上方法的组合应用有效提高了中深层成像的分辨率及信噪比。实际资料应用表明,重处理之后中深层高陡构造和断裂带区构造界面形态清楚、断点清晰,目标区域信噪比提升了40%,为该构造带的进一步精细勘探评价提供了可靠的资料。

    2023年03期 v.20 374-382页 [查看摘要][在线阅读][下载 2646K]
  • 基于卷积字典学习网络的地震数据重建

    岳静楠;李志明;

    地震数据重建是地震资料处理的重要步骤。经典的字典学习方法将地震数据分解为重叠的数据块,并独立地计算所有块的稀疏表示,忽略了块之间的相关性。基于卷积字典学习的方法使用线性滤波器替代字典,具有更好的自适应稀疏表示能力。但相应算法的优化涉及卷积运算,求解复杂度较高。另外,重建性能也依赖手动参数的选择。深度学习方法在大量缺失/完整的训练数据驱动下,可以智能、高效地实现缺失地震数据重建。本文结合卷积字典学习和深度学习的优点,提出基于卷积字典学习网络(Convolutional Dictionary Learning Network, CDLNet)的地震数据重建方法,将卷积字典学习方法嵌入到深度神经网络框架中。该方法不仅可以取得更准确、高效的重建结果,而且在卷积字典学习模型和迭代收缩阈值算法(Iterative Shrinkage Thresholding Algorithm, ISTA)的指导下,训练的网络也具有一定的意义。通过仿真和真实数据实验显示,和Unet深度学习方法相比,重建数据的信噪比提高了2~3 dB;和DDTF(Data-Driven Tight Frame, DDTF)字典学习方法相比,信噪比提高了2~4 dB。

    2023年03期 v.20 383-392页 [查看摘要][在线阅读][下载 2095K]
  • 基于卷积和Transformer联合网络的地震数据插值

    郭元奇;李志明;

    地震数据插值是地震数据处理的关键步骤,旨在高精度地恢复出缺失地震数据,提升地震数据信噪比。近年来,基于卷积神经网络的插值方法发展迅速,该方法基于数据驱动,通过搭建卷积神经网络恢复缺失数据。卷积神经网络依赖卷积提取地震数据特征,然而由于受到卷积核局部感受野的限制,卷积运算只能捕捉地震数据局部信息,限制了网络的插值性能。因此本文提出了基于卷积和Transformer联合网络的地震数据插值方法,该方法通过引入Transformer,构建卷积和Transformer融合模块提取地震数据特征,旨在捕捉地震数据更多的细节信息,提升地震数据插值性能。通过仿真数据实验和真实数据实验显示,和基于Unet网络的插值方法相比,本文方法具有更好的插值性能,能够恢复地震数据更多纹理细节,插值结果的信噪比提升了2~3 dB。

    2023年03期 v.20 393-401页 [查看摘要][在线阅读][下载 2089K]
  • 基于全连接张量网络分解的五维地震数据重建

    许月娇;徐婉婷;陈兴荣;

    三维地震数据采集方位已达到了五维(5-Dimension, 5D)。相比于常规的三维(3-Dimension, 3D)重建,5D重建能够充分利用高维数据中不同方位角、偏移距等的相关特性以及更多的空间信息特点,更准确地预测缺失道。基于阻尼降秩(Damped Rank Reduction, DRR)等的矩阵降秩方法对由5D数据频率切片构成的块Hankel矩阵进行多次奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD),计算效率较低。基于高阶正交迭代(High Order Orthogonal Iteration, HOOI)等的张量降秩方法对频率切片4D张量进行降秩重建,但是在强噪声和高缺失情况下重建精度不高。本文采用全连接张量网络(Fully Connected Tensor Network, FCTN)分解方法对5D数据重建,将频率切片4D张量分解成低维度张量收缩的形式。该方法无需SVD运算,而且更精确的张量分解形式可以得到更高精度的重建结果。仿真和真实地震数据实验结果表明:相比于HOOI方法,重建数据的信噪比提高了约8~9 dB;相比于DRR方法,重建数据的信噪比提高了约6~7 dB。

    2023年03期 v.20 402-410页 [查看摘要][在线阅读][下载 2040K]
  • 广州市区浅层横波速度六分量地震探测试验

    郭高源;李维;张壹;王赟;曹瑜珈;张丁凡;

    理论上,通过平移与旋转运动联合观测的六分量地震记录,在单物理点上即可实现浅层横波速度结构的反演。本文主要目的为结合正演模拟设计六分量面波数据处理的流程,并将此单物理点方法应用至广州市区所采集的数据当中。本次研究在正演模拟的阶段中,通过时频域滤波方法实现了基阶面波数据的提纯,设计了使用单物理点的六分量数据实现浅层横波速度结构反演的流程;在实际应用阶段,通过数据的波形和偏振分析,介绍了甲烷气爆震源激发下的六分量波场特征,并分析出基阶面波所在的时频区域,结合时频域滤波、基阶面波相速度反演得到了试验区的横波速度结构。其结果与区域地质调查结果有较好的对应性,说明此六分量地震观测方法在工程地震领域的应用是可行的。

    2023年03期 v.20 411-420页 [查看摘要][在线阅读][下载 2574K]
  • 针对横向速度变化模型的不同地震成像方法对比研究

    徐梦婕;杨力;

    时间域偏移成像和深度域偏移成像是常用的地震成像手段,不同的成像方法对复杂模型适用性不同。为了研究不同成像方法对横向速度变化模型的成像能力优劣,首先建立包括横向速度缓慢变化的起伏层和横向速度剧烈变化的复杂模型,其次,利用有限差分方法进行声波正演模拟,然后分别采用Kirchhoff叠前时间直射线偏移、Kirchhoff叠前时间弯曲射线偏移、叠前共炮分步傅里叶深度偏移、叠前傅里叶有限差分深度偏移、叠前共炮集45°至90°有限差分偏移、叠前共炮相移加插值深度偏移方法完成对应的偏移成像处理。成像结果表明,前2种时间偏移成像方法对低倾角具有成像能力,但存在位移问题,角度越大,位移越严重;后4种深度偏移方法均能对倾角小于等于30°界面实现准确成像,当目标界面倾角等于45°时,除叠前共炮相移加插值深度偏移外,其他方法成像结果均出现同相轴保幅性差。综合考虑连续性和保幅性两方面因素,叠前共炮相移加插值深度偏移是本文成像能力最优的偏移方法。

    2023年03期 v.20 421-426页 [查看摘要][在线阅读][下载 1731K]
  • 基于通道注意力机制的智能地质填图

    陶从咏;郭晓宁;于玉帅;许笑玮;张世晖;周文孝;骆满生;朱云海;徐亚东;

    进入新世纪,科技的发展造就了大数据的爆发式增长,这为基于深度学习方法来研究地质学问题奠定了基础。卷积神经网络已被用于地质填图,但卷积操作关注的是数据空间维度的特征信息,无法建模不同通道维度之间的依赖关系。为了发掘不同通道的输入数据和特征图之间的关联性,提升智能地质填图的效果,本文在全卷积神经网络Unet中引入通道注意力模块——挤压—激励模块(Squeeze and Excitation Block, SE Block),提出了一种新网络SE—Unet,并将该网络应用于湖南省鲤鱼塘地区的1∶5万智能地质填图。实验结果表明,相比于Unet, SE—Unet智能地质填图的总体精确度由81.58%提高到了83.72%,可视化结果显示,两种原来难以识别的地质单元被大致识别出来。这验证了通道注意力机制能够提升网络的学习和表征能力,也说明了本方法对于提升智能地质填图效果的可行性与有效性。

    2023年03期 v.20 427-436页 [查看摘要][在线阅读][下载 2160K]
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