煤层中瑞利型槽波的频散特性

频散是槽波的最大的特征,基于此推导三层对称模型的瑞利型槽波的频散特征方程并绘制出频散曲线,对频散曲线进行研究,讨论地层参数与埃里相频率的关系(影响频散的因素)。通过研究表明,利用已知频散曲线可以进行地层厚度、速度等参数的反演和估算。     

基于贝叶斯理论面波频散曲线随机反演

面波频散曲线反演是获得地下横波速度结构的重要地球物理方法。常规基于迭代最小二乘等线性反演方法依赖于初始模型,且存在多极值、容易陷入局部最小、反演精度低等问题。基于贝叶斯理论的随机反演方法是一种可以融合先验信息的非线性反演方法,该方法无需人为给定初始模型,仅利用先验信息对模型进行随机采样,根据概率分布筛选接受合适的后验概率密度估计结果,可达到对细节信息的准确估计。本文针对瑞利面波频散曲线,提出了基于GPR数据先验资料约束的贝叶斯马尔科夫蒙特卡洛(MCMC)随机反演方法,通过随机改变模型参数并计算其频散曲线与实际频散曲线的似然函数来选择是否接受新的模型参数,不断重复此过程,最终得到与实际频散曲线拟合效果最佳的最优解以及横波速度解的后验概率密度分布。通过理论模型以及实际数据反演测试,验证了该方法与常规无约束的随机反演相比,可以有效地提高反演速度和反演精度。     

频率-贝塞尔变换方法在巢湖滩涂浅层勘探上的应用

目前常用的基于背景噪声的面波方法反演地下速度结构,存在频率范围较低,对浅部不够敏感,无法有效提取高阶面波频散曲线的缺点。研究表明,高阶面波包含丰富的地下介质结构信息,在反演时加入高阶提供更多的约束,可降低反演非唯一性,提高反演结果准确性。这里用频率-贝塞尔变换方法对从安徽巢湖滩涂采集到的背景噪声数据进行处理,并使用拟牛顿法进行反演。对比了只用基阶频散信息和基阶、1阶频散曲线联合反演两种情况,结果表明,在结合了1阶频散信息后,得到了更为准确的浅部速度结构,说明频率-贝塞尔变换方法在浅层勘探中的应用是行之有效的。     

面波频散反演地下层状结构的拟牛顿法

由于地下层状结构与面波频散曲线之间是一种高度非线性关系,所以面波频散曲线的反演方法应该采用非线性的反演方法。笔者将目前在最优化问题中得到广泛应用的拟牛顿法应用到瑞利面波频散曲线的基阶模反演当中,取得了很好的效果,并通过实例验证了方法的可行性。     

基于遗传算法的地震面波和大地电磁数据一维联合反演算法研究

利用快速标量传递算法进行了一维层状模型的地震面波频散曲线正演计算,得到了基阶频散曲线;利用传统方法对一维层状模型进行了大地电磁正演计算,得到大地电磁的视电阻率曲线数据和相位数据。利用遗传算法对合成数据分别进行了单独反演和联合反演,得到拟合差分布图来分析两种数据的兼容性并研究联合反演的可行性。通过对比单独反演和联合反演的结果,可以看出地震面波频散曲线和大地电磁数据的联合反演结果较之单方法的反演结果要更加精确,收敛速度更快,两种数据的耦合情况较好,同时联合反演能够有效地限制多解性。     

基于频散曲线合成面波地震记录的方法

准确提取频散曲线是瑞雷波勘探的重要环节,检验各种频散曲线求取方法的正确性和稳定性至关重要。基于频散曲线,选择抽样脉冲信号作为子波,推导出了合成单炮面波地震记录的理论公式,并利用该公式,针对不同弹性层状介质模型的频散曲线合成了面波地震记录。通过对其波场特征对比和频谱分析,同时采用频率-波数域法反求其频散曲线,结果与模型频散曲线几乎相同,从而充分验证了该面波合成方法的正确性。      

基于多模态分离的面波谱分析方法

面波频谱分析法(SASW) 作为一种横向分辨率较高的瑞雷面波勘探方法, 由于计算得到的基阶面波频散曲线存在较大误差以及无法获得高阶模式频散曲线而在应用中受到限制.通过应用Fourier变换方法(FT法) 分离提取面波各模态数据, 进而对分离后的各模态数据利用SASW法计算频散曲线.通过模型实例分析得出: (1) 利用SASW计算基阶面波频散曲线时必须分离得到基阶面波数据, 然后计算才能得到正确的结果; (2) 基于多模态分离的SASW法可以计算得到面波高阶模式的频散曲线.      

密集线性台阵地震背景噪声速度成像及其在湖南沃溪金钨锑矿勘探中的应用

多道面波分析技术在近地表勘探领域有着广泛应用,准确的提取频散曲线成为面波勘探成像的关键。文章介绍了一种新的地震背景噪声互相关面波频散成像方法——拓距相移法。该方法在传统相移法的基础上,利用阵内相移对小孔径范围的面波中高频信号进行提取,并利用阵外相移对大孔径范围的面波中低频信号进行提取,然后将两部分频散曲线融合从而得到更宽频带的面波频散曲线用于地下速度结构的反演。该方法在保证对近地表结构进行较高分辨率成像的同时,大大增加对深部结构的有效约束。2019年9月到10月期间,作者在湖南沃溪布设了8条密集测线,进行了1个月的地震背景噪声数据采集,并利用上述拓距相移法提取了0.1~2 s的瑞利面波宽频带相速度频散曲线。通过初步反演其中3条测线的背景噪声数据,获得了该矿区深度2.5 km以浅的地震横波速度结构。经与已知地质资料比对,160测线的地震横波速度反演结果与断层、岩性分界面及矿脉有着较好的对应关系,表明获得的沃溪矿区地震横波速度结构较好地反映了控矿构造、岩性分界以及矿体的分布位置等信息,为该区中—深部找矿提供了重要依据。该研究利用实际数据检验了拓距相移法的有效性,为今后深部找矿提供了一个有效的高精度成像方法。     

遗传算法在瑞雷面波勘探中的应用

在瑞雷面波勘探中,根据频散曲线反演地下介质模型的问题仍未完善解决。遗传算法(Genic Algorithm)作为一种全局性搜索方法,具有不依赖初始模型,不需要偏导数等优点。通过理论模型试验研究,发现遗传算法反演频散曲线的效果优于最小二乘法、广义逆算法,并结合工程实例探讨了遗传算法在瑞雷面波勘探中的实际应用效果。结果表明,遗传算法反演频散曲线的效果理想,具有一定的发展前景。     

近地表勘探中炮检距对瑞利波频散成像效果的影响

在油田近地表勘探中,可以利用现有的地震大炮记录中的瑞利波信息进行频散成像,提取瑞利波频散曲线反演近地表的横波速度结构。由于大炮地震记录的采集排列很长,且不同炮检距范围内瑞利波数据的频散成像结果存在差异,从而会对频散曲线的提取和反演结果产生影响。笔者利用胜利油田LJ地区的盒子波地震数据,从频散成像的分辨率和连续性两个方面,分析了不同排列长度和不同偏移距下的频散成像结果,发现长排列可以有效提高频散成像的分辨率,且在较近偏移距下的频散成像效果更好。同时,验证了Zhang2004年提出的最优偏移距计算公式在石油近地表勘探中的有效性及适用性,并可以作为近地表瑞利波勘探时最优偏移距的选择标准。     

新的瑞雷波多模式频散曲线反演目标函数

反演瑞雷波频散曲线能有效地获取横波速度和地层厚度,传统的多模式瑞雷波频散曲线反演需要正确的模式判别.然而,当地层中含有低速软弱夹层或高速硬夹层等复杂结构时,瑞雷波可能会出现"模式接吻"和"模式跳跃"等现象,这些现象极易造成模式误判,进而导致错误的反演结果;同时,传统的频散曲线反演方法需要进行求根运算,进而导致现有的瑞雷波非线性反演速度慢,运算时间长.鉴于此,对传统的Haskell-Thomson频散曲线正演模拟算法进行了改进,提出了一种新颖有效的目标函数.该目标函数直接利用实测频散曲线与迭代更新模型频散函数表面形状进行最佳拟合,无需将多模式频散数据归于特定的模式,可有效避免多模式瑞雷波频散曲线反演模式误识别;同时,该目标函数不需要求根运算,进而大大加快了非线性反演速度.基于粒子群优化算法,利用实际工作中经常遇到的3种典型理论地质模型和某一高速公路路基实测资料进行了理论模型试算和实例分析,检验了本文提出的瑞雷波多模式频散曲线反演新方法的有效性和实用性.      

利用地脉动台阵记录反演场地浅层Vs结构

比较了影响Love波相速度频散曲线的主要因素,通过虚拟反演,说明了利用Love波相速度反演浅层剪切波速度结构的可行性,以地脉动台阵3分量观测记录提取的Love波相速度频散曲线为目标函数,利用遗传算法与单纯形法混合算法,分两种情况反演了某实际工程场地的浅层剪切波速度结构。结果表明,利用从地脉动台阵3分量观测资料中提取的Love波相速度反演工程场地浅层的剪切波速度Vs结构是一种很有前景的技术方法。     

面波频散能量谱计算方法

面波频散能量谱成像精度是近地表横波速度计算的重要影响因素,有效提取面波频散曲线是后续反演地层结构及介质物性参数的重要环节。文中论述了τ-p变换法（τ为垂直波慢度,p为水平波慢度）、高分辨率线性Radon变换法、频率分解法、相移法、f-k变换法（f为频率,k为波数）、SFK变换法和矢量波数变换法等7种不同面波频散能量谱计算方法的基本原理;通过上述方法,对三层速度递增水平层状介质模型正演模拟合成Rayleigh波记录进行频散能量谱计算,并与理论频散曲线进行比较;根据所得频散能量谱,分析不同方法在数据处理过程中的特点与应用差异。结果表明：在提取频散曲线过程中,高分辨率线性Radon变换法和矢量波数变换法提取精度较高,f-k变换法提取精度最低,低频信息与高频信息无法有效识别;SFK变换法、矢量波数变换法、高分辨率线性Radon变换法抗噪性能强;τ-p变换法、f-k变换法、相移法计算速度优于其他方法。     

利用微动探测研究城市地下空间结构

微动探测技术采用台阵方法来接收天然场源微动信号,提取瑞雷波频散曲线获取面波相速度;通过频散曲线反演获得地层的横波速度,进而分析地下介质的结构特征,最后对土类型进行分层。本文介绍了微动勘探在广西北海市地下空间调查中的应用情况,通过嵌套式等边三角形布置对微动数据进行采集,并利用专业软件提取频散曲线,通过对频散曲线进行反演获得地层的横波速度,对城市软硬土划分、建筑场地类别划分提供了地球物理依据,以此推断城市地下空间结构,并对微动探测的应用进行了探讨。最终根据对北海软硬土的划分分析了北海市坚硬土顶界面起伏情况,为北海地区地下空间资源利用、城市规划建设、城市安全性及重大工程建设等工作提供地质科学支撑,更为我国其他沿海地区开展城市地质调查工作提供示范。     

从地震层析速度确定原位岩土力学参数

地震纵横波层析成像速度与岩土弹性力学参数有关,多道面波分析（MASW）采用类似二维反射地震处理,得到共中点互相关道集（CMPCC）提取面波频散曲线,由面波频散曲线反演二维速度结构,在岩土结构分层等方面有良好的效果。通过同一剖面的折射地震波层析成像得到纵波速度结构,对岩土层的动弹模量和泊松比等力学参数进行分析,为下一步地质工程设计及岩土力学试验提供参考。     

Rayleigh面波各阶模式频散曲线对横波速度和层厚的敏感性探讨

Rayleigh面波勘探的目的在于有效利用频散曲线反演地层厚度及横波速度,而不同模式的频散曲线对横波速度和层厚的敏感性不同。通过求取介质参数变化10%后与参数不变化时的二组频散曲线的差值,得到各阶模式的频率～相速度差曲线,分析了Rayleigh面波各模式频散曲线对横波速度、层厚的敏感性。试验结果表明,基阶模式对于浅层的横波速度和层厚比较敏感,敏感区域主要集中在较窄的频带范围内。而高阶模式对于相对较深层的横波速度和层厚比较敏感,且频率范围分布较大,敏感性强的频段分布比较分散。研究结果可以为Rayleigh面波多模式联合反演提供理论依据。     

利用正演模拟实现面波衰减

瑞雷波是分布在自由表面附近的P-SV面波,具有强振幅、低频、频散的特征,常用于工程物探,而在油气勘探及深部探测中常作为一种"干扰"波,会影响地震资料的信噪比,需要将面波净化处理。为实现面波衰减,本文将工程物探方法和石油物探技术相结合,通过面波频散曲线反演获得高精度的近地表模型,在三维近地表横波速度模型基础上进行面波正演,利用面波模型自适应匹配相减的方法将其减去,在不伤及有效波的情况下将面波的影响降至最低,一定程度上避免了常规面波衰减方法伤及有效波、损失低频弱信息、导致资料有效频带变窄、对地震构造解释及反演造成负面影响等缺点。最后应用实际数据验证了本研究方法的有效性。     

天然源面波勘探采集参数对比试验及工程应用

为对比天然源面波勘探中不同采集参数的勘探效果,总结探测结果的可靠且便于野外施工采集参数,在乌鲁木齐市八道湾第四系覆盖区采集了不同参数的天然源面波方法场地实验数据,并对各种结果数据使用空间自相关法提取相应的频散曲线,通过反演得到试验点地下浅层横波速度结构模型。结果表明,在同一试验点应用不同采集参数所获取的频散曲线在探测深度及分辨力方面均有差异。其中,测站最大边长长度越大探测深度越大;采样间隔为5 ms的频散曲线纵向分辨力更高且受干扰影响越小;随迭代次数的增加,频散曲线逐渐收敛直至稳定。据试验成果选择确定合适的方法采集参数,通过工程应用证实探测精度和结果的可靠性。     

微动探测技术在隧道工程勘察中的应用

微动探测技术是一种天然源面波勘探方法,具有绿色环保、探测效率高、抗干扰性强等特点,在工程勘察中应用越来越广泛。本文以隧道勘察为例,通过布置“一”字型台阵采集微动数据,借助ESPAC法提取微动数据的面波频散曲线,通过对面波频散曲线进一步反演,获取地层的速度结构,划分隧道围岩类别。结果表明,微动探测技术在隧道勘察中具有一定效果和实际应用价值。     

基于S变换的瑞利面波频散分析

提取面波频散曲线是面波资料处理中最关键的一步。由于时频分析方法的局限,提出了利用S变换进行瑞利面波频散分析的方法,并给出了具体算法。该方法在时间频率域中计算相邻两道面波记录同一频率的时间差,再利用道间距除以该时间差来得到该频率对应的相速度,这样避免了在道间距较大的情况下,传统的相位谱法可能造成相位差的缺陷。通过理论模型和实际资料对该方法进行了验证。结果表明,该方法能够提高瑞利面波频散曲线的提取精度,而且算法简单,具有一定的实用性。