二00八年十大科技进展西安市地裂缝地球物理勘察（一）

在充分收集调研西安地区地质及地裂缝研究资料基础上。在西安市区进行可控震源地震勘探剖面40km,查明第四系断层在深部的发育特征和新第三系上部地层主要地震反射标准层及其断裂构造格局;探查市区地裂缝深部发育特征,对地震勘探成果资料进行解释,分析断裂与地裂缝之间的联系。     

基于三维地震勘探资料的因果岸地裂缝成因分析

三维地震勘探成果数据包含丰富的三维地质信息，它保存了受地裂缝灾害影响而改变的地层结构、地球物理场信息变化的各类特征。本文利用因果岸三维地震勘探数据，分析了该区地裂缝的成因，对控制其形成的三个内因——粘弹性地层、古潜山起伏形态及含水砂层空间分布进行了半定量化分析，为地裂缝灾害易发区预测研究提供了依据。     

根据因果岸三维地震资料研究地裂缝形成机理

塌隐地裂缝，改变了地层的几何结构，破坏了三维地震反射层的连续性，出现了反射波同相轴错断、反射层产状变化、反射波能量转换、反射波增多或减少等特征。据此利用石塘湾因果岸三维地震资料对其地裂缝地质灾害形成进行了研究。通过对实际资料的分析，指出本区地裂缝类型为张跌型，并以较多的资料翔实地说明了诱发本区地裂地质灾害不可分割的五个因素，从而为治理地裂缝地质灾害提供了丰富的地质资料和治理方向。     

淮南矿区高精度三维地震勘探技术应用

淮南矿业集团于2007年首次将全数字高密度三维地震勘探技术引入煤炭领域,并成功推广应用;由于常规三维地震区块受采动塌陷影响,不具备再次施工高密度三维地震的条件,2012年开始,淮南矿业集团对常规三维地震区块的原始采集数据进行二次精细处理、解释。高密度三维地震勘探和三维地震资料二次处理解释都有效提高了地震资料的信噪比和横向、纵向分辨率,达到了高精度三维地震探测的目的。通过煤矿大量揭露资料对比分析:高密度全数字三维地震勘探技术对于识别小断层、查找陷落柱、刻画灰岩地层裂隙等方面效果显著;常规三维地震资料进行二次精细处理、解释能明显改善下部煤层的成像效果。高精度三维地震勘探技术具有广阔的推广应用前景。      

城市三维地震资料处理浅层成像关键技术

浅层三维地震勘探数据量大、偏移归位准确、横向分辨率高,能够克服二维地震勘探在城市中受障碍物限制致使测线布设与构造走向斜交,浅层小构造控制程度较差和断层归位不够准确等问题。因此浅层三维地震探测可以为城市地下空间探查、活动断裂探测和地质灾害勘查等方面提供更高质量的数据。然而城市三维地震勘探面临表层速度分布不均匀、环境干扰大和障碍物多导致炮点分布不均匀等影响浅层成像的问题。本文以实际三维地震资料为例,针对城市三维地震资料的特点,采用了层析静校正、叠前多方法组合去噪、叠前数据规则化插值和精细动校拉伸切除等技术手段对城市三维地震资料进行处理,提高了浅层成像质量。     

西安地裂缝人工地震反射波勘探覆盖次数

在西安地裂缝勘察中,人工地震反射波勘探的覆盖次数越高,叠加剖面信噪比越高,但同时也增加了施工难度,提高了勘探成本。为了研究不同覆盖次数在西安地裂缝地震勘探中勘探效果,笔者通过三个场地地裂缝地震勘探资料的处理分析,采用抽稀炮点方法得出不同覆盖次数的叠加剖面,对比分析了不同剖面的勘探效果,结合验证的钻孔资料,总结了不同覆盖次数的勘探效果,认为在原始记录信噪比较高的情况下,12次反射波覆盖能明显确定地裂缝异常,最低覆盖次数不要低于6次。     

利用三维地震资料解释煤层冲刷范围

文章以地层沉积理论,地震反射理论为基础,提出用已知钻孔、巷道等地质资料做半定量分析,结合地震勘探资料三维空间定位来综合解释矿区煤层冲刷的方法。该方法结合煤系及河流沉积规律,依据钻孔,巷道资料的准确性和地震勘探资料空间三维连续性的优点,使解释的冲刷区更合理。     

淮南煤田三维地震勘探技术应用进展

淮南煤田地处华北型石炭二叠纪聚煤区的东南部地区,煤系地层为石炭二叠系。淮南矿业集团与产学研等多家单位合作,积极研究与推广应用三维地震勘探技术。自1993年谢桥矿首次开展煤炭采区三维地震勘探以来,至目前的高密度三维地震勘探,历经6个发展阶段,开展了针对不同煤层的精细处理、厚煤层屏蔽下的下伏煤层勘探技术、AVO技术、岩性反演技术及高密度三维地震勘探等多项科研项目,取得了丰硕的勘探成果。根据淮南矿业集团探采对比资料,指出了采区三维地震勘探的研究方向及应采取的措施。     

地裂缝三维地震勘查资料数字处理技术探讨

苏锡常地区地裂缝地质灾害发生地区,大都具备地震勘探条件,一是地裂缝在水平方向上的延伸具有方向性,二是在垂向上具有可分辨的拓展深度。在遭受地裂缝破坏的地区,其地震时间剖面将会出现反射波同相轴错断、反射波能量转换、反射层产状变化和反射波增减等特征。根据该区资料试处理效果及有关处理参数的测试原则,确定了地裂缝三维地震勘查资料处理流程:在预处理阶段,着重做好道编辑、静校正和反褶积;在部分时间偏移(DMO)叠加阶段,重点做好速度分析,剩余静校正;在叠加之后偏移之前做好随机去噪及偏移方法的测试;在偏移之后作好反Q滤波,信号增强等处理。另外还可进行波阻抗、振幅层拉平等特殊处理及三瞬处理。通过上述各项资料处理工作,为探测研究地裂缝分布规律提供了可靠的解释依据。     

三维地震勘探技术在淮北矿区的应用

淮北矿区地处华东腹地,其采区地震勘探虽具有良好的激发条件及较高的煤层反射波能量,但因地质构造复杂、煤层数多、深层反射信噪比低、新生界地层厚度大及地面障碍物遍布等原因,致使三维地震勘探困难较大。通过开展高密度三维地震勘探及岩性勘探,综合利用波阻抗反演、叠前时间偏移与叠前深度偏移等新技术手段,在淮北矿区成功地进行了煤层厚度预测、岩浆岩侵蚀带预测及小断层对比等,为煤炭安全高效开采及枯竭矿山接续提供了可靠的地质资料。根据淮北矿区10多年来三维地震勘探的实践经验,指出了采区勘探中依然存在的问题,并提出了解决这些问题的方法。     

地震作用下邻近地裂缝带地铁隧道工程场地地表沉降研究

为了探讨地震和地裂缝耦合作用下位于地裂缝上盘的地铁隧道顶部地表沉降规律及其对附近建筑物的影响,以邻近穿越地裂缝场地的西安地铁3号线为工程背景,利用FLAC3D有限差分软件,结合理论分析,对西安人工地震波、El Centro波和Kobe波三种不同地震波作用下邻近地裂缝带地铁隧道建设场地地表沉降问题进行了研究。结果表明:地震作用下,隧道顶部一定范围内的地层沉降量显著大于其周围地层,形成宽度约9~16 m的沉降凹槽;El Centro波作用下沉降凹槽的宽度最大,约15.9 m,超越概率为10%的西安人工合成地震波次之,约11.6 m,而Kobe波作用下沉降凹槽的宽度最小,约9.5 m;隧道上覆地层沉降凹槽的沉降规律符合peck公式;隧道顶部约20 m范围内场地地表受地震和地裂缝耦合作用影响最强烈,沉降最大。      

利用地震数据预测煤系地层裂隙

煤系地层内的裂隙是煤层气积聚的主要场所，同时也是地下水富集、运移的重要条件。煤炭生产过程中防止瓦斯爆炸和突水淹井需要完成的一项重要任务是煤系地层裂隙带的预测和圈定，但采用传统的纵波地震勘探方法只能识别较大的断层，却难以提取相对微观的裂隙信息，其中的一个重要原因在于单靠纵波区分裂隙层反射和岩性反射存在困难。基于三维三分量（3D3C）反射地震数据预测裂隙带的核心是高裂隙密度带会引起反射转换PS波的振幅异常。初步研究表明，PS波振幅异常有望成为强裂隙探测的有力判据。     

地裂缝场地地铁隧道地震动力响应的振动台试验研究

以西安轨道交通3号线地铁隧道近距离通过地裂缝场地为工程背景,采用几何比1:30的大型振动台模型试验,研究不同地震波作用下通过地裂缝带上盘场地地铁隧道的地震动力响应。试验结果表明:地裂缝场地上盘加速度响应表现出明显的放大效应;浅埋地铁隧道对地震波在土层中的传播具有一定阻碍作用,而隧道两侧拱腰位置围岩土层加速度放大效应最强;隧道特征部位PGA放大系数拱腰最大,拱底次之,拱顶最小,其中靠近地裂缝侧拱腰的PGA放大系数大于远离一侧;地裂缝附近动土压力增量明显增加,而靠近隧道附近,动土压力增量明显降低;地震作用下隧道通过地裂缝场地上下盘出现差异沉降,地表出现多条与地裂缝近似平行和正交的裂缝;隧道环向受剪切作用在靠近地裂缝一侧的拱肩部位环向应变最大,而隧道轴向受挤压作用在左右拱腰处应变出现最大值。研究结果可为地裂缝场地地铁隧道结构抗震设计与防灾减灾提供重要科学参考与借鉴。      

西安地铁正交地裂缝隧道的模型试验研究

以西安地铁二号线穿越地裂缝的区间隧道为对象,通过几何相似比尺50:1的物理模型试验,开展了地裂缝活动条件下地铁隧道骑缝（变形缝与地裂缝一致）正交穿越地裂缝时衬砌结构与围岩相互作用机制的试验研究。结果表明,在地裂缝发生各级错动位移条件下,不同围岩应力场的围岩土压力、衬砌结构应力及其不均匀沉降位移变化规律相似;上下盘内的衬砌结构之间具有明显的错断位移,下盘内衬砌结构的沉降量越小,上盘内衬砌结构的沉降量越大,均呈渐变趋势;上盘内衬砌结构应力、围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而减小,下盘衬砌结构应力和围岩土压力随地裂缝错动位移的增加而增大,围岩土压力和衬砌结构应力的增量峰值均发生在地裂缝附近。模型试验研究研究结果对于分析地裂缝活动区间地铁隧道工程的运营及维护具有重要的理论与实际意义。     

地裂缝活动对土体应力与变形影响的试验研究

通过进行西安典型地层环境下地裂缝活动的大型模型试验,研究了隐伏地裂缝活动引起附近土体应力与变形的规律。试验表明,地裂缝活动在上盘土体中产生负的附加应力,引起土体应力降低,而在下盘土体中产生正的附加应力,引起土体应力增强,且距离地裂缝越远由地裂缝活动引起的附加应力越小。地裂缝活动导致其两侧土体发生台阶状位移突变现象,随着地层由深至浅,土体变形范围明显增大,且影响区范围上盘大于下盘。地裂缝活动引起附近土体应力的分布在空间上大致分为4个区域即下盘原始应力区、应力增强区、应力降低区和上盘原始应力区,其中应力降低区范围约为应力增强区的1.5～2倍。同时,地裂缝附近土体沉降变形也可分为3个带,即下盘稳定带、差异沉降过渡带和上盘稳定带,其中上盘差异沉降带范围约为下盘沉降差异带的2倍。     

开发尺度的曲流河储层内部结构地震沉积学解释方法

曲流河地层内部结构复杂,岩性界面具有穿时性,传统的地震相分析法不能满足油藏开发地质研究中对储层内部结构精细解释的需要,急需探索有效的地震解释方法。采用基于探地雷达的露头探测、点坝复合体三维正演模拟和实际地震资料相结合的方法,分析了地震资料频率和地层厚度对曲流河内部结构地震反射特征的影响,研究了利用地层切片解释曲流河沉积结构的原理和方法,建立了开发尺度的曲流河内部结构地震沉积学解释技术。研究发现:(1)高频地震资料中地震反射能够反映曲流河侧积复合体边界,而低频地震资料中反射同相轴与岩性界面一致;(2)不同厚度的点坝侧积单元地震反射特征存在差异,造成反射剖面的多解性。同时指出曲流河内部结构地震沉积学解释的技术关键:(1)发挥地震资料平面与剖面信息的相互约束和补充;(2)将地质体作为三维空间发育的成因体,利用其平面与剖面特征的成因联系指导解释;(3)级次化解释方法,在不同级次上采用针对性的解释方法。将该方法应用于墨西哥湾新近系地震沉积学解释,实现了曲流河点坝复合体内部结构的三维刻画。     

地铁隧道受平行向地裂缝错动影响数值分析

西安地铁3号线局部地段通过f7地裂缝上盘,并且和f7地裂缝近似平行。基于f7地裂缝长期水准监测预测的未来最大活动量值,采用数值方法,研究了西安典型的黄土、古土壤和粉质黏土地层下地铁隧道受平行向地裂缝活动的影响。通过逐渐变化地铁隧道衬砌外皮同地裂缝间的距离,计算了6种工况下地铁隧道衬砌的变形和内力。计算结果表明:当地铁隧道衬砌外皮距离地裂缝30m时,隧道衬砌是安全,并有一定的安全储备。     

西安典型地裂缝场地地脉动测试及地震响应特征分析

西安地裂缝广泛发育,严重的制约了城市的建设和规划。地裂缝的存在使得建筑场地在地震作用下表现出不同的地震响应特征,因此,研究西安地裂缝场地地震响应特征对地裂缝场地的建筑抗震设防具有重要意义。以西安地区典型地裂缝为研究对象,通过野外调查获得了西安地裂缝场地特征;在此基础上选取典型地裂缝场地,通过地脉动现场测试方法,获取了地裂缝场地卓越频率这一反映地层动力特性的重要参数,通过不同测点傅里叶谱分析得出了场地动力响应规律抗震设防距离。研究表明:西安地裂缝场地的卓越频率在2.79～3.16 Hz,平均卓越频率为2.96 Hz;地裂缝处场地地震响应明显,随着距地裂缝距离的增加场地地震响应逐渐减小,影响范围为15 m左右;地裂缝场地地震响应放大倍数上盘大于下盘,表现出“上盘效应”,放大倍数在1.64～2.38。研究结果对西安地裂缝场地工程抗震设防具有重要意义。