多道面波分析方法及其应用研究

正浅层地表介质的剪切波速是工程抗震设计、场地地震危险性分析、场地地震效应研究等研究的重要基础。面波勘探方法是一种利用人工震源激发产生的瑞雷面波来反演地下介质弹性参数特别是剪切波速的现场原位测试方法,工作效率高且经济成本低。本文针对面波勘探中相对较新的多道面波分析方法(MASW)在地下介质剪切波速探测中的应用进行了研究。主要研究内容及取得的成果如下:(1)利用传递矩阵法(Dunkin)计算了水平层位条件下的瑞雷波相速度频散曲线,并总结     

纵横波联合勘探应用于栟茶河断裂活动性的调查与研究

栟茶河断裂自20世纪50年代石油部门勘探发现以来,由于缺乏确凿的证据,地学家们对其活动性一直存在争议。目标断裂所在测区基岩顶面埋深约在800~1 600m,单一的地震勘探方法难以深浅兼顾且单波勘探经常存在局限性。为了调查栟茶河断裂的空间位置、产状及性质,重新厘定其活动性,在同一条测线上同时进行高分辨率的浅层地震P波和SH波勘探,通过采用不同的地震波激发震源和观测系统参数,获得沿测线不同埋藏深度的地下细结构图像,揭示栟茶河断裂的形态和特征,尤其SH波地震剖面更加清晰地反映出超浅层地层和构造空间特征。结果表明,测线控制范围内的栟茶河断裂为近东西走向、视倾角约为60~75°、倾向N的正断层,该断层错断了新近纪和早第四纪地层,有可能断错了晚更新世地层。本文的纵、横波联合勘探实例证实了多波勘探的优越性。     

关于一种新型横波震源（SH型）的探讨

实现横波（SH波）勘探的关键问题是震源。现有的SH波震源--扭力振动器的缺点是辐射方向性不好,能量集中在水平方向,而在垂直方向辐射的能量几乎为零,这样的震源对于反射波勘探是不利的。 本文从理论上提出用垂直力矩构成横波震源。理论推导结果（高频渐近解）表明,该震源在方位角θ=90°方向上辐射纯SH波,SH波能量辐射集中在垂直方向,而在水平方向几乎为零。显然,这样的震源对于反射波勘探十分有利。 文中还采用Cagniard-deHoop回路积分技术计算了波场的精确解及最大振幅随离源角的变化,结果与解析解一致.     

用微动中的面波信息探测地壳浅部的速度结构

本文介绍了利用地脉动中的面波信息探测地壳浅部横波速度结构的观测方法、仪器设备、野外数据采集和用空间自相关方法测定相速度及相关的数据处理方法，并给出了在两个场地的探测实例. 通过与钻探结果对比表明，由该方法推测的地壳浅部1～2 km 深度范围的浅层横波速度结构，对于确定物性差异大的地层界面是有效和可靠的. 由于该方法使用的是地脉动噪声中的面波信息，不需要专门的震源， 因此具有经济快捷、应用范围广泛等优点，将可能成为一种新的具有很好应用前景的地球物理勘探方法.     

应用三分量浅层地震反射方法探测隐伏活动断裂

多波多分量地震勘探方法在油气田勘探开发中日益受到重视,但在工程和活动断裂探测中过去还没有开展多波多分量地震勘探的先例.本文简要介绍了在北京黄庄—高丽营断裂上开展的三分量浅层地震反射试验数据采集和资料处理方法,以及取得的初步结果.试验结果表明,采用纵波震源或横波震源激发、三分量接收的浅层地震勘探方法,可获得较高信噪比的浅层地震纵波、横波和转换波剖面,特别是水平分量采集的横波和转换波可提供很有意义的地下结构和构造信息.综合利用纵波、横波和转换波剖面特征进行的地质分层和断层解释结果取得了与跨断层的钻孔联合地质剖面结果较好的一致性.     

使用SV/P,SH/P和SV/SH振幅比确定震源机制解

为了准确确定地震的震源机制解，引入了用SV／P，SH／P和SV／SH振幅比修正使用P波、SV波和SH波极性所得到的震源机制解的方法，采用解析法在震源空间内寻找符合地震波观测极性和振幅比的解。该方法能够降低单纯使用初动极性确定震源机制解的不确定性，提高震源机制解的求解精度。     

依据浅层剪切波速度估计纵波速度

对大庆测井资料进行了曲线拟合,对深井摆记录地方震地表反射波进行了到时差计算和波速测定,获得了松散沉积建造地层的纵横波速比。结果表明松嫩盆地及其周边地区的浅层波速比约为3.3左右。根据此波速比,推算得泊松比=0.45。参考Peter Borman给出的数据,所反映的地质构造应为新生代,与松嫩盆地的地质结构非常相近。因此可根据浅层工程勘探测定的剪切波速度来估计浅层纵波速度。对于临时在松散沉积层组建的流动台网,采用该速度模型,定位结果可有一定改进。     

伪随机震源面波法频谱特征及其勘探深度分析

多道面波分析勘探法在工程场地安全评价中应用广泛,主要有人工源和天然源两种方法,但人工源法具有勘探深度相对较小的缺陷;天然源法其数据采集周期长现场操作便捷性差.文章通过引入伪随机震源作为面波勘探震源,希望能够在较短的采样周期内获取质量较高的频散能量谱.对获得的面波数据记录分别使用适合主动源法的F-K法以及适用于被动源法的SPAC法获取相应频散谱,并将伪随机震源的频散谱与同场地、同排列条件下人工源和天然源面波数据结果对比,认为:(1)运用SPAC法进行伪随机震源面波法频散分析所得到的频散谱收敛性较高;(2)伪随机震源面波法能够弥补人工源面波法勘探深度较小的缺点,相对于天然源面波法能够兼顾浅层高频区域,且现场操作简单、工作效率更高,适宜于不同地质条件的场地应用评价.     

分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅰ：主动源高频面波

近年来发展的新型地震观测系统--分布式光纤声波传感器(DAS,Distributed Acoustic Sensing)可以实现低成本高密度观测,有望提高浅层结构成像的精度以及分辨率.最近国内研发了一系列具有自主知识产权的DAS设备,为验证国产设备在浅层结构研究中的可行性以及应用效果,2018年7月我们开展了一次DAS观测实验.实验采集了50kg落锤震源激发的地震信号,并采用多道面波分析方法提取了8~20Hz频段的主动源Rayleigh波相速度频散曲线,得到了实验区浅层30m的S波速度结构.获得的主动源面波频散曲线与共址检波器的结果吻合,也与背景噪声提取的结果具有较好的一致性,表明国产设备的可靠性和DAS在浅层结构主动源面波成像研究中的可行性.     

基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播

目前在地震勘探频带范围内通常假设品质因子Q与频率无关,且呈衰减各向同性.事实上,相比较速度各向异性,介质的衰减各向异性同样不可忽视.本文将衰减各向异性和速度各向异性二者与常Q模型相结合,建立了黏弹性衰减VTI介质模型,并基于分数阶时间导数理论,给出了对应的本构关系和波动方程.利用均匀平面波分析和Poynting定理,推导出准压缩波qP、准剪切波qSV和纯剪切波SH的复速度、相速度、能量速度以及品质因子的解析表达式.对模型的正确性进行了数值验证,并分析了qP,qSV和SH波在介质中的传播特性.数值试验结果表明:本模型能够实现理想的恒定Q行为,表现了品质因子和速度的各向异性特征,显示出黏弹性增强将导致能量速度和相速度的频散曲线变化剧烈;速度和衰减各向异性参数与传播角度之间的耦合效应对qP,qSV和SH波的速度和能量影响明显;qP,qSV和SH波的频散曲线和波前面随着衰减各向异性强度的改变发生显著变化,其中耦合在一起的qP和qSV波变化趋势相同,而SH波与它们呈现相反的变化规律.本研究为从常Q模型角度分析地震波在衰减各向异性黏弹性介质中的传播特征奠定了理论基础.     

地震横波勘探及其在浅层岩土分层中的应用

简单论述了横波的基本特点,指出在松散层勘探中,横波勘探的优势主要在于探测精度高且不受饱水度的影响.因此,可以选择地震横波勘探进行第四纪松散层层序划分及厚度探测.并以广州市城市地质调查项目为例,介绍了地震横波勘探在浅层地层勘测中的数据采集方法,分析了地质解释依据,并结合波速测井方法对地层层面进行了划分.分析结果表明了多数岩土层与反射界面有较好的对应关系,用地震横波勘探结合波速测井进行第四纪松散层层序划分及厚度探测是可行的.     

用人工源和天然源面波联合探测浅层速度结构.

本文在简要介绍天然源与人工源瑞雷面波勘探基本原理、数据采集和资料处理方法的基础上,结合3个不同场地的探测实例,阐述了天然源和人工源瑞雷面波方法在浅部速度结构探测中的应用效果.结果表明,根据不同的场地条件和探测目的要求,分别采用天然源、人工源瑞雷面波方法提取瑞雷波频散曲线,再用遗传算法反演得到工程场地浅部地层横波速度结构的技术方法是有效和可行的.该方法对于类似工程的浅部横波速度结构探测具有经济适用、简便快捷的优点.     

瑞雷波勘探方法在地震安全性评价项目中的应用与研究

利用人工激发的瑞雷波在实际工作中可以解决诸多浅层地质问题。将其应用于地震工程勘探中,可以获取工程场地的剪切波速,用来判断场地土类别、场地覆盖层厚度、建筑场地类别等。该方法具有省时省力、勘探费用低等优点,有着广泛的应用前景。     

被动源面波和体波成像在内蒙古浅覆盖区勘探应用

地震勘探具有勘探深度和分辨率的优势,在矿产勘探中多被采用.但主动源反射地震具有成本高、在矿区采集困难等难题,限制了其广泛应用.无需主动源激发、利用天然噪声的被动源地震应用于勘探,可成为其低成本替代选项.本文在内蒙古浅覆盖区矿区进行了被动源勘探试验,采用相关计算获得拟炮集记录,并基于频率域信噪比计算,在生成拟炮集前实现了面波和体波甄选,分离了面波和体波.应用面波反演的横波速剖面识别了覆盖层厚度.体波数据经反射波常规处理,获得了成像剖面.经与主动源反射剖面对比,主要结构的反射特征呈现了良好的一致性.本文试验验证了被动源勘探在内蒙浅覆盖区具有良好应用前景,为低成本的面积性勘探实施提供了新的选择.     

浅层地震勘探在工程勘察中的应用

根据地震波传播的基本理论,首先详细论述了各种波传播的特点,然后根据各种波的特点,论述了各种勘探方法－－浅层反射波法、浅层折射波法、回折波剖面法及ＰＳ速度测井等方法的应用前提、应用范围及野外工作方法。并结合本单位近几年的工作成果,对一些应用实例进行了讨论。该方法在实际应用中解决了许多地质及工程问题,为城市地城小区划及建筑工程场地的选址提供了必要的参考资料,取得了较好的效果。     

Propagation characteristics of converted refracted wave and its application in static correction of converted wave

Three-component seismic exploration through P-wave source and three-component geophone is an effective technique used in complicated reservoir exploration. In three-component seismic exploration data processing,one of the difficulties is static correction of converted wave. This paper analyzes propagation characteristics of non-converted and converted refracted waves,and discovers a favor-able condition for the formation of converted refracted wave,i.e. the velocity of overlaying medium S wave is much lower than that of underlying medium S wave. In addition,the paper proposes the static correction method of converted wave based on PPS converted refracted wave,and processes the real three-component seismic data with better results of static correction of converted wave.     

液体表层层状介质导波频散曲线研究

随着地震勘探向浅海、湖泊等流体覆盖层的渗透，存在液体表层或夹层介质中导波的传播研究受到人们重视.在前人研究工作的基础上，本文对存在上覆液体层时的两层、三层以及低速夹层的固体层状介质模型的频散曲线进行了数值计算，分析了当上覆液体表层的厚度变化时多模式导波频散曲线特征.通过与没有液体表层时的完全固体介质模型相对比，研究了存在上覆液体表层时多模式导波频散曲线独特的形态特征，进一步引伸出在滩浅海进行地震勘探中应注意的问题.为在滩浅海及湖泊等表层为液体覆盖层的地区利用导波进行勘探和研究提供一定的研究思路和理论依据.     

浅层地震勘探中有限元数值模拟方法的应用研究

针对目前广泛用于解决工程地质问题的浅层地震勘探特点,通过对浅层小尺度介质进行地震波数值模拟,揭示地震波在不同浅层介质模型中的波场特征和传播规律.为浅层地震勘探野外数据采集前合理选择观测系统提供指导性的方案,并能对地震勘探成果解释的合理性给予客观评价.在分析各种数值模拟方法特点的基础上,选择具有精度高、易模拟复杂结构的有...