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煤矿隐蔽致灾地质体地震绕射波探测方法
赵惊涛, 彭苏萍, 陈宗南, 柳倩男
2022, 7(1): 1-8.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.001
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小尺度断层和陷落柱等隐蔽致灾地质体破坏煤层的连续性,易诱发瓦斯突出和采空区突水等事故,严重威胁煤矿生产安全。传统地震勘探方法以反射波为主,对隐蔽致灾地质体分辨率有限。本文提出基于曲波稀疏变换和平面波分解的多参数稀疏优化绕射波分离方法,能够解决在地震波场相交和相切情况下绕射波分离问题,并且分离的绕射波具有波形一致性和完整性。三维数值模拟测试结果表明,该方法能够有效消除强反射波对弱信号的屏蔽作用,分离出完整的绕射波/散射波,提高断层断点和散射点成像精度,其中极性反转成像特征可用于区分不同类型小尺度地质构造。山西阳泉煤业二矿九采扩区实际数据应用证实,本文提出的方法能够有效去除煤层强反射信息屏蔽作用,叠加剖面中绕射波的双曲形态可以质控绕射波分离可靠性。在利用绕射波成像资料解释时,结合反射波场成像结果提供的宏观地质背景,可更好揭示隐蔽致灾地质体,两者相辅相成。绕射波成像对陷落柱的边界形态和内部结构刻画更为清晰,对小尺度断裂的展布规律描述更准确,是一种高分辨率的地震波成像方法,在隐蔽致灾地质体探测上具有很大潜力,一定程度上为我国煤矿安全高效开采提供技术支撑。
矿区生态环境定量遥感监测评价技术框架与应用
李军, 彭苏萍, 张成业, 杨飞, 桑潇
2022, 7(1): 9-25, 88.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.002
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摘要:
为了践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念,平衡矿产开发与生态环境保护,迫切需要对矿区生态环境开展动态监测并进行科学评价。本文立足于矿区生态环境场景的特点,在剖析矿区生态环境要素的时空变化特征及其差异性、矿区开采修复活动对生态环境要素影响机制及各要素协同演变规律基础上,为满足新时期矿区生态环境监测与评价的要求,构建了矿区生态环境定量遥感监测与评价的“数据-监测-评价-应用”技术框架。该框架充分利用以遥感影像数据为主体的矿区多源大数据,发挥人工智能与定量遥感等技术手段的优势,以高频次、大面积、长时间、多要素协同、定量反演的方式对矿区生态环境要素进行监测和质量评价,可应用于矿区开采活动监测、矿区生态环境诊断、预警和修复效果评估等方面。最后,介绍了技术框架的两个应用实例,展示了该技术框架的有效性与应用方式。
基于波形聚类分析的微地震事件成像研究
李德伟, 杨瑞召, 孟令彬
2022, 7(1): 26-33.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.003
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微地震数据的质量极大地影响震源定位结果的准确性,尤其在地面微地震数据中P波、S波初至不明显或难以识别的低信噪比信号,基于初至拾取的定位方法往往具有较大误差。由于诱发地震的震源机制不同,不同检波器接收到的信号特征也不尽相同,这些因素都会对微地震事件准确定位造成一定的影响。本文提出一种基于聚类分析的微地震数据优选方法,以提高微地震事件振幅叠加定位的成像质量。首先,通过聚类分析计算各数据道之间的欧式距离,通过聚类图去除距离较大和较小的数据道,即去除信号特征不明显或噪声干扰严重数据道; 其次,对各道信号进行互相关计算,提取信号特征相关性强数据道,去除P波特征不明显的数据道; 最后,对筛选数据道进行振幅叠加定位。与原始数据道的定位结果对比表明,微地震聚类分析定位效果更加聚焦,最大震源点位置更加清晰,定位结果得到明显改善。
库车坳陷北部构造带断裂活动及油气成藏意义
赵光杰, 李贤庆, 刘满仓, 董才源, 李谨, 刘洋, 肖中尧
2022, 7(1): 34-44.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.004
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库车坳陷北部构造带断裂活动时间长且多期次叠加,对油气成藏作用产生重要影响。通过生长指数剖面法、典型剖面伸展(压缩)率法、构造平衡剖面法3种方法联合,研究了库车坳陷北部构造带断裂的发育特征、活动时期及其油气成藏意义。结果表明:库车坳陷北部构造带断裂主要发育早期逆冲断层、晚期逆冲断层和长期活动断层3种类型; 断裂活动时期有5期,分别为古近纪(E)、新近纪吉迪克组沉积期(N1j)、康村组沉积期(N1k)、库车组沉积期(N2k)、第四纪(Q),其中N1j、N1k、N2k为断裂活动的关键时期; 断裂活动会导致克孜勒努尔组(J2kz)烃源岩沉积厚度变大,有利于构造、岩性等多类型圈闭的形成; 断裂活动期(N1j、N1k、N2k)与烃源岩的主生排烃期(E、N1j、N1k、N2k)匹配关系良好; 断裂活动有利于依南2和吐东2油气藏的生成和聚集,也会使依南4井和依深4井油气逸散,导致成藏保存条件被破坏。研究结果对分析该区油气藏成藏过程具有重要意义。
渤海湾盆地歧口凹陷滨海-港西断层垂向封堵性评价研究
张雨健, 王延斌
2022, 7(1): 45-54.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.005
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为实现对断层垂向封堵性的定量化评价,本文以歧口凹陷滨海-港西断层为例,依据钻井、测井、三维地震等相关资料,建立了基于侧向封堵系数的地质模型。通过计算断层的侧向断-储排替压差,并将断层周边钻井侧向封堵能力强弱与表征垂向封堵的泥岩涂抹法相耦合,得出滨海-港西断层临界泥岩涂抹系数值为6.2,依此定量化的评价得出滨海-港西断层上古生界地层垂向封堵性,并加以验证。结果表明:滨海-港西断层上古生界整体垂向封堵性好,北西段与中段部分区段垂向封堵性差。研究结果对构造背景复杂的研究区油气勘探具有指导与借鉴意义。
煤层气井低产原因及二次改造技术应用分析
李勇, 胡海涛, 王延斌, 韩文龙, 吴翔, 吴鹏, 刘度
2022, 7(1): 55-70.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.006
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摘要:
我国多数煤层气储层低孔低渗、构造煤发育,储层改造效果难以保障,单井产气量和采收率低。选择高效的储层改造和增产技术,提高低效井产量,是当前煤层气产业发展的关键任务。本文系统剖析“地质储层条件、工程施工改造和排采管理控制”影响的低产原因,分析煤层气井二次改造相关技术及应用效果,为不同类型低效井针对性改造提供建议。煤层气井可二次改造的低产原因主要包括压裂裂缝扩展不足、裂缝/管柱煤粉堵塞和压降面积受限等,改造中需考虑煤体结构分布、初次裂缝形态、储层渗透性、产气产水量变化、排采及控制设备适用性等因素。二次改造技术分为物理法、化学法、微生物法和其他方法,物理法中二次水力压裂、间接压裂和无水压裂技术以及化学法中酸化增透和泡沫酸洗技术运用较广泛。二次改造应根据地质条件、初次改造效果、工程排采情况选择针对性技术,避免储层再次伤害,以实现有效改造,提高煤层气单井和井网产气量。
鄂尔多斯盆地杭锦旗地区J58井区盒一段甜点储层特征及主控因素
胡辉东, 李贤庆, 陈纯芳, 刘洋, 张博翔
2022, 7(1): 71-81.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.007
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一直以来,鄂尔多斯盆地杭锦旗地区二叠系下石盒子组一段(盒一段)致密砂岩气甜点储层的特征及主控因素不明确,制约着此地区天然气的产能。本文综合运用岩芯观察、铸体薄片、压汞实验及测井资料等方法,对鄂尔多斯盆地杭锦旗地区J58井区盒一段致密高产储层的岩石学特征、储层物性、沉积相及成岩作用进行研究,识别并划分研究区盒一段有利区沉积-成岩相类型,建立测井响应特征与沉积成岩相之间对应关系模式,探讨J58井区沉积微相控制型甜点发育规律及主控因素。结果表明,杭锦旗地区储层在整体致密的背景下仍发育较多甜点区; 高产气区岩性以岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主,颗粒大、分选好,原始沉积环境以水动力强的三角洲-辫状河为主; 甜点区主要受控于沉积相,甜点储层主要发育在高能沉积相带和有利的成岩作用相带,甜点储层的预测与评价集中在中弱压实-岩屑溶蚀成岩相和高能心滩沉积微相叠合区。
不规则工作面开采地表沉陷线积分预计方法
滕永佳, 阎跃观, 郭伟, 姜岩, 胡耀东
2022, 7(1): 82-88.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.008
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沉陷预计方法对于预判煤层开采诱发的负面影响十分重要。概率积分法是开采沉陷预计的重要方法,但对于不规则工作面开采,其预计精度有待提高。本文针对这一问题,利用格林公式(Green formula)对概率积分法公式进行积分转换,将对工作面的积分转换为对采区边界的线积分;将边界简化分割为多条直线段,分别对各直线段作积分计算;通过叠加计算完成地表任意点及地表沉陷盆地移动变形预计;最后基于某实例进行了应用研究,验证了本文方法的有效性,相比概率积分法,本文提出的线积分法预计精度提高了23 %。
乐平统含煤岩系旋回地层的天文周期驱动:以黔西北毕节地区为例
高祥宇, 邵龙义, 王学天, 华芳辉, 鲁静
2022, 7(1): 89-100.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.009
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为了系统地研究黔西北毕节地区乐平统含煤岩系中存在的沉积旋回及其天文周期驱动,本文采用时间序列分析法和相关系数法对该地区4个钻孔剖面的自然伽马(GR)测井数据进行旋回地层学分析与天文检验。旋回分析结果显示,研究区乐平统含煤岩系记录了405 kyr长偏心率、125 kyr和95 kyr短偏心率、40.6 kyr和33 kyr地轴斜率周期信息,并且可识别出17个由405 kyr长偏心率周期驱动形成的旋回;天文检验结果显示,乐平统含煤岩系受到天文周期驱动的可能性大于99 %。根据识别出的沉积旋回并结合前人在西南地区的层序划分结果,在研究区乐平统建立了高分辨率层序地层格架,划分出3个三级层序和17个四级层序,同时在经过调谐后得到的时间标尺上加以精确的年龄约束,建立了乐平统的天文年代标尺。对层序地层格架和年代标尺的综合分析表明,乐平统的沉积时限在6.47~7.16 Myr之间,并且底部存在0.69 Myr的穿时现象,3个三级层序的沉积时限分别是2.34 Myr、1.98 Myr、2.84 Myr。最后分析和总结了各三级层序的沉积速率变化规律,乐平统平均沉积速率在2.91~4.11 cm/kyr之间,CSⅠ的沉积速率整体呈现出“慢—快”或“快—慢—快”的变化趋势,CSⅡ沉积速率变化规律不明显,CSⅢ整体呈现出“快—慢—快—慢—快”的变化趋势。本研究所建立的层序地层格架可为毕节地区乐平统煤系高精度的地层对比提供参考,同时所建立的天文年代标尺可为研究乐平世古气候、古环境和重大历史事件的演化提供高分辨率的年代地层框架。
准格尔煤田高铝煤物质组成及成因
刘霖松, 石松林, 孙俊民, 李锦涛, 王兆国, 李佳星, 刘钦甫
2022, 7(1): 101-112.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.010
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利用煤岩学、矿物学和地球化学等研究方法,在分析准格尔煤田的构造背景和聚煤环境的基础上,研究了准格尔煤田6号煤层的煤岩煤质特征、煤和夹矸中无机矿物组成、分布及赋存特征,并探讨其成因。研究表明,6号煤层有机显微组分中惰质组、镜质组、壳质组平均含量分别为59 %、28 %、13 %,与华北其他地区晚古生代煤相比,其中的惰质组含量偏高,反映6号煤层形成时地表水供给充分;煤中无机显微组分及夹矸中主要矿物为高岭石和勃姆石,还有少量的石英、方解石、菱铁矿、黄铁矿、硬石膏、锐钛矿和磷锶铝矾等;6号煤层中部富集大量勃姆石,上部和下部则主要富集高岭石;高岭石成因主要有胶体沉积结晶、陆源搬运沉积和火山灰蚀变3种,勃姆石成因主要有氧化铝胶体沉淀结晶和高岭石脱硅蚀变2种。
面波多道分析法精细探测浅部煤层采空区应用研究
杨智, 李宇, 赵飞, 卫红学, 管建博, 靳朝彬, 赵猛
2022, 7(1): 113-122.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.011
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为精细探测浅部煤层采空区分布范围,在相移法中引入低频聚焦因子,提出一种低频聚焦型相移法,其具有在短接收排列上提取低频频散能量的优势。模拟结果表明:该方法显著改善了频散能量在低频端的聚焦性,扩展了可拾取的频带范围,增大了探测深度,缩短了计算频散能量所需的排列长度,提高了面波多道分析方法(MASW)的横向分辨率。浅部煤层采空区实测试验结果表明:采用低频聚焦型相移法提取频散能量,通过MASW方法获得了高精度的横波速度水平切片,可以清晰识别出采空区范围、保安煤柱位置及其几何形态。证实了低频聚焦型相移法可提高MASW横向分辨率的有效性与精细探测浅层煤层采空区的可行性。
南方典型煤田不同埋深小断层识别规律研究
戴世鑫, 胡盼, 董艳娇, 邢振邯, 李祥, 杨甫
2022, 7(1): 123-133.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.012
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小断层是影响煤矿安全高效开采的重要因素。近年来有关小断层的地震波识别方法取得了长足的进步,但对煤田落差5 m以内小断层的识别仍是一大难点。南方煤田一般地形复杂、断裂发育,为推进南方煤田小断层的地震勘探研究,本文选取南方典型煤田——贵州省六盘水煤田作为研究区,通过建立煤系地层地震物理模型进行地震数据采集、处理与解释,从地震波运动学和动力学的角度对不同埋深落差分别为5 m、3 m和1 m的小断层进行识别。研究结果表明:由于煤层处于地表低速层,对于落差1~5 m的小断层采用地震波运动学方法难以识别,而应用动力学方法提取多种地震属性进行分析,发现振幅类属性对于识别小断层较为敏感,分辨能力较强。通过模型试验,在震源频率为60 kHz的条件下,成功解释出落差5 m以内的小断层,结果与煤系地层地震物理模型实际小断层相吻合。
矿井雷达波走时层析成像精度的影响分析及参数优化研究
孙明浩, 许献磊, 张迪
2022, 7(1): 134-142.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.01.013
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摘要:
矿井工作面内的隐伏灾害源是矿井安全生产的主要隐患,雷达波走时层析成像技术可实现大跨度开采区内隐伏灾害源的高精度探测。本文首先提出了层析成像精度评价标准,包括反演速度场和实际速度场速度差的方差、反演异常体中心偏离程度和大小偏离程度;其次通过正演模拟分析不同点间距、不同出射角度和不同反演网格参数对矿井地质雷达层析成像精度的影响规律,并对观测系统及反演参数进行优化;最后应用优化参数进行矿井雷达波走时层析成像探测实验,结果表明,在100 m跨度范围内可有效进行异常体的探测。本研究为矿井大跨度工作面内隐伏灾害源的快速精细探测提供有效的技术支撑。
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粗铌精矿氢氧化钾介质水热溶出试验研究
王卫东, 李昭, 王晓辉, 郑诗礼
[摘要](696) [PDF 6699KB](865)
摘要:
本文针对粗铌精矿难以利用的难题,通过对粗铌精矿成分及物相的分析,采用氢氧化钾(KOH)介质水热法进行粗铌精矿溶出试验研究,探索了KOH浓度和温度对粗铌精矿溶出的影响。结果表明:在KOH浓度为30%、温度为200 ℃时,铌的溶出率达到90%;随着KOH浓度和温度的升高,铌的溶出率呈现先增加后降低的趋势;在整个溶出过程中,碱性组分铁(Fe)、锰(Mg)、镁(Mn)的溶出率较低。XRD和SEM等检测结果表明:KOH浓度和温度的增加促进(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6的分解,当KOH浓度超过30%、温度超过200℃时,进一步增加温度或碱浓度,(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6分解生成的可溶性六铌酸钾(K8Nb6O19)发生向不溶性偏铌酸钾(KNbO3)的转化,铌的溶出率显著降低。
BP神经网络改进TSVM的矿产资源评价模型研究
赵学军, 李育珍, 武文斌
[摘要](570) [PDF 4159KB](790)
摘要:
在矿产资源评价模型研究中,针对TSVM在未标识样本中必须指定正标识样本数这一问题,本文提出了一种新的改进算法对矿产资源进行评价,即基于BP神经网络优化的直推式支持向量机(BP-TSVM)。通过支持向量机将有标签样本进行识别分类,利用BP神经网络对已分类的边界内的无标签样本进行正负标注,然后作为下一次支持向量机训练时的有标签样本。提出的新算法避免了分类性能下降的问题,使得TSVM对正标签样本NP的估计更准确。同时,由于训练样本数量的保持使得训练时间大大减少。实验结果表明,与传统的SVM算法、TSVM算法和BP神经网络算法相比,本文提出的BP-TSVM算法能更准确地评价矿产资源。