近地表散射体波场特征分析及成像

研究近地表散射波基本特征,确定散射体的位置,有助于地震成像,进而进行勘测规划,避免地质灾害。为研究近地表异质体波场特征,利用高阶有限差分数值模拟技术和扰动理论方法,模拟了浅地表散射体的波场记录,分析了近地表散射波基本特征;通过引入逆时偏移成像技术利用散射波场作为外推波场,定位了近地表散射体。数值计算结果表明:面波散射能量强于体波散射,正向散射波能量强于逆向散射;散射波逆时偏移对近地表散射体可精确成像,近地表散射体可看作为一个二次震源,增加了近地表照明。利用散射波场可提高近地表速度反演精度和地震成像精度。     

微动和浅震反射技术在威宁-水城断裂构造隐伏地段的探测应用

威宁-水城断裂近年来地震较为频繁,历史地震最大震级为5.5级,为贵州地震发育较为频繁的一条较大断裂。本文为探查该断裂的隐伏部位的延续,进而判定该断裂隐伏段的位置、走向、倾向、断距等特征,利用微动和浅层地震反射两种物探方法对威宁-水城断裂重点位置进行精确定位。由于面波干扰的影响,根据地震反射剖面很难准确判定浅地表断层的精确位置。本文根据浅地表地层的错断往往会引起地层横向的速度变化的原理,利用微动方法提取2-5Hz频率范围的瑞雷面波相速度频散曲线,再利用面波层析成像方法反演获取面波二维相速度图像,从而反映出浅地表地层速度结构的变化,可以从另一方面揭示浅地表地层断层的精确位置。将这两种方法同时应用于威宁-水城断层勘探中,可在一定程度上弥补浅层地震反射勘探方法上判定断层浅地表地层精确位置上的不足。同时根据两种物探方法判断断层深浅位置不同,使两种方法能够相互验证。     

起伏地表条件下的弹性波叠前逆时偏移

目前,地震勘探条件复杂、地下地质构造多样的“双复杂”地区的地震勘探面临着诸多挑战,特别是地表起伏条件给地下复杂构造精确成像带来了困难。通过研究起伏地表条件下的弹性波叠前逆时偏移方法,采用简洁有效的处理方法解决起伏地表的自由边界条件;利用有效边界的边界存储策略解决弹性波叠前逆时偏移中存储量大的问题。数值实验结果证明该方法能够准确地重建震源波场,SEG加拿大起伏地表逆掩断层模型进一步验证了提出方法的有效性。      

消除近地表地震散射噪音的方法

假设近地表垂直点力产生的地震波场由入射波场和散射波场组成。散射波场由深层散射和浅层散射两个部分组成，若只考虑消除近博区域的面波散射对地震资料的影响，则通过地震散射模型来估算近地表散射波分布。由波动理论建立近地表传播和散射模型，并在平行地表的一个网格面的各个节点上设置波阻抗差函数来近似地表的非均匀性。散射波场是入射波场与波阻抗差函数的函数。在这样的模式下，由炮集记录提取入射波场，进而通过最小二乘法，求解波阻抗差函数，最终得到散射波场的估计。从炮集记录中减去散射波场，实现地震散射噪音的衰减。     

庐枞铁多金属矿集区龙桥铁矿反射地震初至波层析成像与隐伏矿床预测

为落实安徽庐枞地区北部的龙桥铁矿含矿层位在第二找矿深度的空间分布,本文应用小道距、长排列接收的地震反射初至波走时数据,运用层析成像方法,得到该地区近地表1000m以上的速度结构。研究结果显示,反射地震初至波携带了丰富的上地壳速度结构特征和界面变化的构造信息,精细的速度结构揭露出龙桥铁矿隐伏岩体顶界面深度与起伏形态,发现岩体顶面凸起及陡变化部位与矿体分布存在着明显的对应关系。长排列的深地震反射初至波走时层析成像方法能够为金属矿集区深部隐伏矿床的勘探与研究提供岩体的空间分布信息。     

城市浅层地震勘探技术进展

当前快速城市化与城市地下空间开发给浅层地震勘探技术的发展带来了挑战和良好机遇。笔者从地震勘探仪器设备、数据采集、数据处理和解释应用等方面介绍了近年来城市浅层地震勘探技术所取得的主要进展,包括陆上地震拖缆系统的研发、无线地震数据采集、可控震源伪随机扫描方法、城市噪声面波勘探技术及地震数据综合处理算法等。结果认为,通过瑞雷波约束折射P波层析成像结果或联合反演方法,可以提高后者对城市地下"百米"空间的探测精度;利用城市噪声作为震源,既能获得对描述浅层地质特征有重要意义的补充信息,同时又满足了城市对绿色、环保震源的要求;而陆上地震拖缆系统则使得S波技术在城市地下浅层勘探中可以发挥更加重要的作用。今后发展建议:一是加强城市浅层地震数据采集关键技术装备的研发;二是进一步开发和完善非传统(如面波)地震勘探方法,深入挖掘地震波中所蕴含的大量有用信息。     

路基下伏地质缺陷弹性波数值模拟

针对我国西部黄土地区特殊的地形地貌、近地表条件和地下浅层目标体,开展了路基下伏地质缺陷地震探测技术的应用研究。为检验不同地震方法的探测能力,设计了一个综合地质地球物理模型,包含凹陷、断层、地裂缝、地下低速体、软弱夹层及滑坡等典型地质缺陷,利用有限差分波场模拟,计算出多分量反射地震记录和面波地震记录,分别进行了反射波成像和高阶面波反演横波速度成像。数值模拟结果表明,反射波成像和高阶面波反演横波速度成像技术对真实模型中的凹陷、断层、浅层低速体、软弱夹层及滑坡等主要地质缺陷均能清晰成像,验证了地震方法探测路基下伏地质缺陷的可行性。数值计算结果表明,不同的地球物理探测方法对地质缺陷的探测效果和适用范围不同。     

透射槽波相邻道质心频率的层析成像方法

槽波勘探是煤层工作面小构造探测的主要方法之一,该方法主要是利用槽波的能量衰减特征。当检波器的耦合差或工作面存在较大地质异常时,会显著影响槽波在不同频段上的能量分布,降低槽波探测结果的稳定性和准确性。利用槽波信号的质心频率变化特征进行反演成像是一种创新且有效的方法,但该方法存在震源质心频率准确估算及兼顾震源差异性的难题。为此,提出基于透射相邻道槽波信号,估算其质心频率相对变化量的层析成像方法。基于理论分析,推导出相邻道槽波质心频率相对变化量(M_i)的计算公式;采用二维数值模拟方法,验证槽波M_i值与传播距离的正向线性变化规律;通过槽波实测试验,对比分析了相邻道质心频率成像方法的效果。结果证明,槽波信号存在频移现象,槽波相邻道M_i值层析成像方法是有效,该方法克服了震源差异性和震源质心频率人为选择不当对成像结果造成的影响,为槽波勘探数据处理提供了一种新的思路。      

巴姆地震变形场和应力场：Ⅰ．用差分干涉雷达和Okada方法求解

本文对2003年12月26日伊朗东南部克尔曼省巴姆地区发生的6.6级地震产生的位移场、应变场和应力降分布进行了定量研究。首先从差分干涉雷达(D～InSAR)出发,求解出此次地震的同震干涉条纹和雷达视线方向的位移场,并从雷达干涉的相干图上清楚的观察到了发震断层的痕迹,得出此次地震的发震断层是巴姆断层以西的隐伏断层的结论。然后结合 Harvard 的 CMT(震源机制解)结果、Nakamura 的断层结果(Arg-e-Bam 隐伏断层)以及本文 D-InSAR 求解出的发震断层结果,利用 Okada 程序,计算出此次地震的北、东、垂向三个位移分量,投影得到雷达视线方向的位移,将投影结果与由 D-InSAR得到的位移场比较,看到我们所讨论的断层模式可以很好的解释差分干涉雷达的观测结果,可以合理的解释 Arg-e-Bam 隐伏断层为此次地震的发震破裂断层,通过分析地震的破坏程度分布图,隐伏断层为发震断层的解释可以很好的符合巴姆地震的等震分布图。最后,本文利用 Okada 程序计算得到了此次地震所产生的应变场和应力降场。     

城市地下孤石的地震波场响应特征及其在地震层析成像中的应用研究

城市浅层地质条件复杂,地下孤石是常见的地质灾害体.为降低城市地下空间开发过程中孤石造成的安全隐患,本文通过构建城市地下孤石的数值模型,分析地震波在含孤石介质中的传播特征,根据地震波的传播特征利用层析成像技术对孤石进行速度成像,并通过工程实例进行验证.研究表明:(1)地震波场的数值模拟是研究地球物理勘探的有效方法,能高效...     

电成像与浅层地震联合在浅覆盖区隐伏断层探测中的应用

为了避免单一物探方法在地质反演解释中存在的多解性弊端,本文介绍了以电成像法为主、浅层地震反射波法为辅的综合物探方法对隐伏断层进行探测的应用实例,首先,通过电成像法查找断层破碎带的位置走向,然后利用浅层地震反射波法精确查明断层的产状、性质、位置及断距等地质参数,并对两种方法的探测成果进行综合对比分析,推断该隐伏断层为走向近东西向,倾向近南北向的正断层,断层落差约4.2m,其上断点埋深约17.9m。经钻孔验证表明,电成像与浅层地震联合方法在浅覆盖区隐伏断层探测中具有精确、可靠、经济的优势,该方法具有较强的应用价值。     

TSP断层模型数值模拟

隧道在施工开挖中会遇到各种地质问题,其中以断层和软弱带居多,目前隧道地质预报主要采用TSP(tunnel seismic prediction)系统进行。虽然TSP技术应用广泛,但目前对它的研究工作主要集中于工程应用实例,采用正演模拟方法进行的研究较少。笔者采用有限元方法模拟隧道地震波场,采用波场快照与时间记录相结合的方法研究断层对隧道地震波场传播的影响,并对含断层模型的时间记录进行了反演处理,得到了数值模型的速度云图和反射层位图。数据处理结果表明:采用TSP Win软件默认值处理得到的速度云图与模型设定的断层位置一致;根据反射层位图,对异常速度带的层状模型来说,P波预报的准确性更高。研究表明,TSP系统具有良好的抗噪性能。通过对工程实例的处理,验证了数值模拟所得结论。     

用高分辨率地震技术研究活动断层

基于重大工程前期区域工程地质勘查的需要,在华北平原北部XY地区进行了一次高分辨率P波三维地震和S波二维地震描述、刻画地下活断层的试验研究,取得了本地区浅、中、深不同深度的地震成果。其中F1断层是该区一条重要控制断层,其重、磁、电资料虽有微弱显示,但位置不准确,难以对其活动性进行评价。经过本次综合勘探后,落实了该断层的存在,并发现该断层在工区范围内的中部分裂成F1-1及F1两条断层,F1-1、F1断层在平面上呈北东向“Y”字型展布,断距在纵、横向都呈现显著的分段特征,其断距最小90m,最大可达300m。该次勘探所获纵波反射主频达120～150Hz,活动断层地震成象十分清楚。可见高分辨率三维地震与超浅层横波反射地震相结合,可有效评价活动断层,为防震减灾工程研究提供可靠信息。     

定向延迟组合激发正演照明方法及应用

基于波动方程照明分析原理和组合震源激发理论,对二维声波波场进行规则网格有限差分正演模拟,并给出组合震源照明度的计算方法,对于多个震源组合激发,通过改变相邻两个震源之间的激发时间,激发所产生的地震波场会沿着某一确定的方向传播,可以增强地下特定的区域的地质体的照明分析。模型试验结果表明,震源数目越多,激发的地震波最大能量指向越集中,改变震源之间的延迟时间,可以调整波场的传播方向,该方法对于分析简单的二维模型以及复杂的逆冲推覆构造模型和marmousi模型的照明能量分布均适用,对于指导炮点的设计有借鉴意义。     

广东省潼湖生态智慧区浅层地球物理探测与地层物性分析

地质灾害、活动断裂、特殊岩土体和古河道等是影响城市浅层地下空间开发安全的主要地质问题,对于这些地质问题的探测主要采用地球物理无损检测方法。潼湖生态智慧区是国家生态文明建设示范区和惠州智慧城市地下空间开发中的重要区域,浅层地球物理探测与地层物性分析为潼湖生态智慧区城市发展及地下空间开发利用提供详细的地质、岩土和地球物理数据,是构建该地区地下空间模型的必备要素。虽然目前已经开展了针对本区域的基础地质探测研究工作,然而服务于精细地质结构与地层划分的综合地球物理研究还处于空白。针对浅层地下空间探测精细程度低和传统探测方法分辨率有限的问题,本文综合利用浅层反射波地震方法、混合源面波S波速度成像方法、三分量谐振波阻抗比值方法以及综合测井方法对该地区浅层地下空间(200m)进行了高精度地层划分和断层展布精细解释。在浅层地震反射波方法划分厚层和大尺度断层的基础上,利用主动源和被动源微脉动阵列法获得更加精细的浅层地层和构造特征,采用三分量地震频率谐振方法识别浅层土壤层分层,弥补了单一方法在不同深度范围上的探测信号低精度缺点,探讨了潼湖地区地层与地球物理的响应特征,构建了详实的地层物性和地球物理参数关系,为后续的建模提供基础数据。     

城市活断层控制性浅层地震探测方法分析

在城市活断层探测中,最大的问题是城市干扰和震源问题。为了解决这两个难题,采用了横波、纵波联合探测的方法。对野外数据采集横波激发采用了150 kg冲击锤的机械震源多次叠加,纵波激发采用了Bidirectional,TRacToR9030型3T可控震源多次叠加,取得了良好的地质效果。     

工程地震折射波解释方法研究进展

地震折射波勘探是工程与环境地球物理中应用最为广泛的方法之一。作为一种简洁方便又经济实惠的勘探方法,它可为工程地质提供近地表地层起伏变化和速度横向变化以及潜水面变化资料等。随着工程地质勘查和城市地质勘探工作的发展,工程地震折射波法数据处理与解释变得尤为重要。本文主要介绍了浅层地震折射波法的发展历程、应用条件,并总结和讨论了几种主要折射波解释方法的原理。在此基础上,比较并讨论了各种方法在应用中的优势和不足,阐述了近年来国内外浅层地震折射波法的发展现状及趋势,并着重介绍了作为研究热点的折射层析成像方法。研究表明：当探测深度较浅且分界面足够平整、界面倾角较小时,最方便的解释方法是截距时间法;当勘探目标的深度达到25 m时,t₀差数法最为适用;勘探目标埋深超过25 m时,应当使用广义互换法。随着勘探精度要求越来越高,使用折射波走时层析成像技术可以满足纵横向速度变化的近地表地层,包括大倾角地层、隐伏层、界面起伏层等。     

浅层纵横波联合勘探在活动断层探测中的应用

针对活动断层探测中需要深浅兼顾的技术难点,通过浅层地震纵/横波反射联合勘探的应用,取得良好的勘探效果。该方法确定的断层经钻探验证是可靠的。文中阐述了其野外数据采集、室内数据处理和叠加剖面解释的关键技术和参数选取等技术细节。工程实践证实,本文所述的地球物理勘探组合方法在活断层探测中是有效、可靠的,可有效查明活动断层在隐伏区的平面位置及空间展布情况,为城镇防震减灾工作提供科学的地球物理依据。