基于背景噪声的自相关与HVSR联合成像在广东惠州城市浅层结构探测中的应用

随着我国城市化进程快速推进,大中小城市呈现地下空间全面开发的态势。然而城市地下空间开发利用存在地下情况不明、结构不清的问题,这在很大程度上影响了地下空间的开发利用和城市战略布局规划。广东惠州是典型的东部中型城市,为了避免老城区建成后地下水土质量不清楚、地下空间资源量不明确、城市地下空间资源开发无科学数据支持等问题,特在研究区开展绿色无损的背景噪声成像研究,以查明惠州地区的第四系及断层的发育情况,为新区成功建成提供数据支持。笔者等以台间距10 m、测线总长度1 km的密集地震台阵为基础,利用两条测线共200台的背景噪声数据,使用噪声自相关与噪声HVSR两种方法分别对研究区两条线性测线分别进行计算,通过数据预处理,单台数据处理,多台数据整合,最后得到了两条测线的自相关剖面和HVSR剖面。研究显示,研究区第四系基岩顶面时间域范围为20~100 ms,深度域范围为5~20 m,浅层P波速度范围为400~500 m/s,这与收集到的钻孔等资料相一致。研究表明基于密集台阵的噪声自相关与HVSR联合成像方法是一种高效、绿色、低成本的方法,可用于调查第四系分界面（强波阻抗分界面）及浅层沉积物中的活动断层。     

基于背景噪声的自相关与HVSR联合成像在广东惠州城市浅层结构探测中的应用

随着我国城市化进程快速推进,大中小城市呈现地下空间全面开发的态势。然而城市地下空间开发利用存在地下情况不明、结构不清的问题,这在很大程度上影响了地下空间的开发利用和城市战略布局规划。广东惠州是典型的东部中型城市,为了避免老城区建成后地下水土质量不清楚、地下空间资源量不明确、城市地下空间资源开发无科学数据支持等问题,特在研究区开展绿色无损的背景噪声成像研究,以查明惠州地区的第四系及断层的发育情况,为新区成功建成提供数据支持。笔者等以台间距10 m、测线总长度1 km的密集地震台阵为基础,利用两条测线共200台的背景噪声数据,使用噪声自相关与噪声HVSR两种方法分别对研究区两条线性测线分别进行计算,通过数据预处理,单台数据处理,多台数据整合,最后得到了两条测线的自相关剖面和HVSR剖面。研究显示,研究区第四系基岩顶面时间域范围为20~100 ms,深度域范围为5~20 m,浅层P波速度范围为400~500 m/s,这与收集到的钻孔等资料相一致。研究表明基于密集台阵的噪声自相关与HVSR联合成像方法是一种高效、绿色、低成本的方法,可用于调查第四系分界面（强波阻抗分界面）及浅层沉积物中的活动断层。     

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。     

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。     

利用背景噪声层析成像研究济南浅层横波速度结构

城市地球物理探测面临众多人文挑战,像城市交通、密布电网、参差楼群等,对应用不同方法进行数据处理分析提出了技术挑战,需要用创新的方式和技术进行城市探测。为探索和发展适用于城市地下空间资源开发利用的地球物理探测新技术,中国地质科学院地球深部探测中心第一次启动了城市地下空间勘查评价试点工程,并选择济南市作为试点城市,试验短周期密集台阵噪声层析技术,并取得了较好成效。获得的主要认识如下：(1)在非弥散场或非均匀噪声场源的人文干扰较为严重的城市区域,通过长时间的噪声信号的采集,可获得高信噪比的面波信号,因此密集台阵噪声成像技术适应于城市地下空间的背景岩层结构探测工作。(2)本次研究提取出了周期范围为0.2～1.5 s的高信噪比面波信号,并取得与实际地质特征相一致的横波速度结构信息。(3)从横波速度结构特征来看,研究区300 m以浅,主要岩性为灰岩且主要分布于研究区西侧,而侵入岩体主要分布于东侧,中间存在一个明显的分界面,指示存在一个近南北向的隐伏断裂。随着深度的增加,大面积的侵入岩体展布于深层,灰岩只在北侧局部有显现。总体来说,本项研究证明了密集台阵噪声层析方法能够适用于人文干扰严重的城市地下空间背景岩层结构探测,这一成果对认识研究区地下结构、地震防灾、工程应用具有重要指导意义。     

虚拟震源方法用于探测地下陡倾角地质构造

当常规地震勘探数据处理方法不能对地下存在的陡倾角地质构造获得满意的成像效果时,应用虚拟震源方法将垂直地震剖面( VSP,vertical seismic profile) 数据重构成单井剖面( SWP,single well profile) 数据,可以使得观测系统重构到更接近于井附近目标体的位置,震源和检波器都位于复杂的覆盖之下并避免井和地表之间未知速度信息的影响,从而获得对地下地质构造更好的成像分辨率。尤其是当地下存在诸如断层这样的陡倾角地质构造时,虚拟震源方法可以对目标体产生很好的成像效果。本文进行了声波数据和弹性波数据的模拟实验,将模型中的陡构造设置为断层,测试虚拟震源方法用于探测地下陡倾角地质构造的能力,对声波和弹性波介质都获得了满意的成像结果; 在应用稀疏观测系统进行测量时,仍然可以得到较好的成像效果。     

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。     

综合多频率地质雷达天线探测活断层浅层结构——以玉树活动断裂为例

地质雷达技术具有操作性强、分辨率高、探测深度深、对地表环境无破坏和可重复探测等特点,在活断层探测中具有很大的优势。为验证综合多中心频率地质雷达天线探测活断层地下浅层结构效果,以民主村处发育的玉树活动断裂为研究对象,采用25 MHz、100 MHz、250 MHz和500 MHz中心频率的地质雷达天线对活断层浅层结构进行探测,并与探槽剖面进行效果对比。研究结果表明:低中心频率的地质雷达天线（25 MHz和100 MHz）可获取大范围内深度较深（约32 m）的活断层地下浅层结构的整体形态,从雷达图像上可识别出主断层分布范围、断层倾向及地下浅层结构等;而中高中心频率的地质雷达天线（250 MHz和500 MHz）则可获取局部范围内深度较浅（约3 m）的地下浅层结构,尤其是500 MHz天线。探测结果与地表构造地貌形态和探槽剖面地质构造一致,表明综合多中心频率地质雷达天线探测玉树活动断裂浅层结构的有效性和适用性,为活断层研究提供多尺度数据及方法支持。      

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。     

探地雷达在公路质量无损检测中的应用研究

探地雷达是利用高频电磁波在地下介质中传播规律进行勘查和检测的一项现代高新技术,广泛地应用于灾害地质调查、公路工程质量的无损检测等浅层及超浅层工程地质勘查中。本文以探地雷达在公路工程质量无损检测中的应用为基础,简述其在该领域应用的方法原理,讨论了公路结构模型与探地雷达反射信号间的关系,最后给出应用实例,以说明该方法的应用效果。      

透射槽波技术在煤田勘探中的应用研究

槽波地震勘探技术可以有效探查煤层中小断层、陷落柱等地质异常体,在探测精度和距离上明显优于其他煤矿井下勘探方法。透射法作为基本的槽波地震探测方法,具有简单灵活、探测范围大、准确率高等优势。采用透射槽波方法对实际煤矿工作面内断层构造进行探测研究,通过滤波、频散分析、波场及速度分析、能量分析以及透射CT成像等关键技术对实际透射槽波数据进行精细处理,获得准确的透射槽波成像剖面。根据槽波在煤层中受到断层阻断或遇到煤层破碎时其能量将急剧降低的特征,利用透射槽波能量CT剖面,并结合实际揭露情况,解释出12条可靠断层。通过实际煤层工作面透射槽波勘探方法测试,验证了透射槽波方法的有效性以及在煤田断层等构造探测中的实用价值。     

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。     

Kirchhoff积分法叠前时间偏移技术在三江盆地XDLZ地区的应用

三江盆地前进坳陷XDLZ地区构造较复杂，以往开展的二维叠后时间偏移成像精度低和空间位置不够准确，为此进行了二维叠前时间偏移处理研究，分析了Kirchhoff积分法叠前时间偏移处理中关键环节技术参数（叠前去噪、振幅补偿、反褶积、静校正、均方根速度建模和偏移孔径选取）对研究区复杂构造成像的影响及处理技巧。通过叠前时间偏移和叠后时间偏移在该区的应用效果对比分析，Kirchhoff积分法叠前时间偏移处理结果包含地震信息更加丰富，深层复杂构造成像在同相轴的连续性和断层及断点空间位置更趋合理，成像相位和振幅误差较小，构造成图精度提高了约4％。     

地下氡气测量推断隐伏断层走向

利用地下氡气、浅层地震和高密度电法三种方法在探测隐伏断层方面开展了对比研究,并结合地质工作现场验证,表明地下氡气测量异常值可判定隐伏断层初步位置;利用地下氡测量方法对另两条断层进行了地质走向判定,克服了其他物探方法费时、成本高等难题。在实际工作中地下氡测量将为其他物探方法、工程实施等提供借鉴参考。     

云南省江城地区盐盆地重力勘探与深部找钾启示

云南省江城勐野井钾盐矿是目前我国发现的唯一固体钾盐矿。该地区地质构造复杂,近几年通过野外地质、地球物理及钻井勘探 ,认为钾盐来自深部侏罗系,并沿断裂构造带挤压塑流到表层,可能在深部还存在大面积的“盐源”。为实现找矿突破,亟须了解控制盐矿形成的构造及围岩的三维结构特征。通过对江城地区高精度重力数据位场分离、边缘检测、3D物性反演的地球物理处理与解释,获得了勐野井地区江城湖盆的基底变化、断裂展布等地质信息,确定了研究区构造格架、地下密度体的三维分布与岩盐矿的关系,推断在勐野井矿区西北深部可能还有侏罗系盐岩甚至钾盐的存在,该地区将是未来找矿工作的重点。研究成果为江城地区下一步钾盐矿勘查提供了线索和依据。     

云南省江城地区盐盆地重力勘探与深部找钾启示

云南省江城勐野井钾盐矿是目前我国发现的唯一固体钾盐矿。该地区地质构造复杂,近几年通过野外地质、地球物理及钻井勘探 ,认为钾盐来自深部侏罗系,并沿断裂构造带挤压塑流到表层,可能在深部还存在大面积的“盐源”。为实现找矿突破,亟须了解控制盐矿形成的构造及围岩的三维结构特征。通过对江城地区高精度重力数据位场分离、边缘检测、3D物性反演的地球物理处理与解释,获得了勐野井地区江城湖盆的基底变化、断裂展布等地质信息,确定了研究区构造格架、地下密度体的三维分布与岩盐矿的关系,推断在勐野井矿区西北深部可能还有侏罗系盐岩甚至钾盐的存在,该地区将是未来找矿工作的重点。研究成果为江城地区下一步钾盐矿勘查提供了线索和依据。     

利用综合物探方法探测地下水流通道

尽管充电法需要充电点,但对已知进口或出口的浅埋藏地下水流通道,追踪其走向,该法具有简单、直观、快速的优点.自然电位法对隐伏的地下流体表现突出,但干扰异常多,不易分辨.充电法和自然电位法均可对异常进行定性判断,但不能很好确定地下水流通道的空间分布特征.高密度电法可获得近地表较为精细的空间电性分布.对断层控制下形成的地下水流通道,宜采用浅层地震反射法.当场地受限,探测深度大,需要精细探测时,可采用跨孔电磁波透视.但高密度电法、浅层地震反射法、跨孔电磁波透视法不能对异常进行定性判断.结合探测实例,考虑不同的地质条件和探测成本,对如何选择最佳的组合方法来探测地下水流通道,确定异常性质及其空间分布特征进行了探讨.     

Application of Gaussian Beam Summation Migration in Reflected In-seam Wave Imaging

The geological conditions for coal mining in China are complex, with various structural issues such as faults and collapsed columns seriously compromising the safety of coal mine production. In-seam wave exploration is an effective technique for acquiring detailed information on geological structures in coal seam working faces. However, the existing reflected in-seam wave imaging technique can no longer meet the exploration precision requirements, making it imperative to develop a new reflected in-seam wave imaging technique. This study applies the Gaussian beam summation (GBS) migration method to imaging coal seams'' reflected in-seam wave data. Firstly, with regard to the characteristics of the reflected in-seam wave data, methods such as wavefield removal and enveloped superposition are employed for the corresponding wavefield separation, wave train compression and other processing of reflected in-seam waves. Thereafter, imaging is performed using the GBS migration technique. The feasibility and effectiveness of the proposed method for reflected in-seam wave imaging are validated by conducting GBS migration tests on 3D coal-seam fault models with different dip angles and throws. By applying the method to reflected in-seam wave data for an actual coal seam working face, accurate imaging of a fault structure is obtained, thereby validating its practicality.