透射与反射槽波联合探测小构造应用研究——以山西龙泉矿区为例

矿井勘探方法中,槽波地震是探测小构造最重要的一种方法,小构造的定量探测对于工作面的设计和开采具有重要的意义,通过透反射联合勘探并以揭露信息进行约束能够取得准确的结果.对山西龙泉矿4203工作面进行槽波透反射勘探,巷道的煤厚为6.8 m,巷道揭露的断层f29落差为7 m,f30落差为11.8 m,利用椭圆切线法和透射层析成像信息得出槽波的解释成果,从构造发育规律和三维地震解释的断层的数量、延伸长度、走向进行统计分析,合理推断槽波探测断层在工作面内外分布及延伸长度,并通过钻探得到了验证,得出在有效利用先验地质资料条件下矿井槽波地震透反射法具有广泛的应用前景.     

门源地区地壳三维体波速度结构及地震重定位研究

本文使用甘肃、青海数字地震台网及中国地震科学探测台阵记录到的门源地区地震的P波和S波到时资料,应用双差层析成像方法联合反演了该地区的地壳三维速度结构和震源位置参数.结合地质构造背景,研究了门源M_S6.4地震孕育发生的深部介质环境及该地区速度结构与地震活动性之间的关系.结果表明：反演之后地震的走时残差均方根显著降低,重定位后的地震在垂直方向上呈现出与断层位置有关的条带状分布.门源地区地壳速度结构存在明显的不均匀性,浅层P波和S波速度结构与地表地质构造及地形特征密切相关.研究区内地震活动性与地壳速度结构具有很强的对应关系,地震主要分布在高速异常区域及其边缘.门源M_S6.4地震震中附近的P波和S波速度结构表现出明显的高速异常,且在震源区下方存在P波低速层,这种特殊的构造条件可能是导致此次地震发生的重要原因.     

郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性层析成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008-2016年2级以上地震事件中的27233条高质量Pn到时资料,反演得到了郯庐断裂带及其邻区上地幔顶部Pn波速度和各向异性结构模型.结果显示,研究区上地幔顶部Pn波速度结构存在强烈的横向不均匀性,速度异常形态与区域地质构造较为吻合.太行山造山带、鲁西隆起、大别造山带、苏鲁褶皱带、胶辽隆起和华北盆地南端等隆起区表现为低波速异常,而黄海北、南部盆地、渤海湾和华北盆地北部等凹陷区均为高波速异常.壳内强震主要发生在Pn低波速异常和高低波速异常的横向过渡地带,说明强震的发生与上地幔结构的横向变化之间存在有一定关联.郯庐断裂带两侧Pn波速度以郯城地震为界其东北侧和西南侧分别分布有与断裂带近平行的低波速异常条带,而西北侧和东南侧分别分布有高波速异常条带,各向异性快波方向近乎沿断裂带走向,可能由于上地幔热物质沿郯庐断裂带上涌形成低速异常后断裂带发生左旋平移运动所致.华北盆地内上地幔顶部Pn波速度结构和各向异性的明显变化,反映华北克拉通破坏过程中经历了地幔热物质上涌、莫霍面隆升以及岩石圈拆沉等复杂构造变形.     

中国大陆中上地壳剪切波速结构

为使已获得的中国大陆中上地壳结构更为可靠，本文搜集了很多对浅部结构分辨率较好的短周期面波资料. 与传统面波层析成像反演方法不同，本文在第二步由面波频散得到剪切波速的过程中不再对每个结点进行一维波速模型分别反演，而是直接将所有结点上的区域化频散转换成三维波速结构的线性化约束，实现了直接的三维反演. 检测板测试结果显示该方法可以得到理想的反演结果. 本文得到的波速模型显示，中国大陆中上地壳的速度分布存在明显的横向变化和分区特征. 较低的波速异常很好地勾勒出我国主要的沉积盆地，波速异常在不同深度上的变化在一定程度上反映了各盆地结晶基底的深度. 以东经95deg;为界，特提斯构造域西部具有明显的低速异常，而东部基本没有低速异常. 基于油气资源多存在于沉积层中，而沉积层表现低速异常，我们推测特提斯构造域西部油气前景比东部好. 另外， 由于特提斯构造域西部低速非常明显，这可能也说明了其地壳温度较高. 兴安造山带的低速异常可能也说明了其地壳温度较高. 20 km深度上鄂尔多斯盆地西侧的弱低速带， 很好地勾勒出中国大陆近似沿105deg;经线的强震带的走势.      

槽波层析成像方法在煤田勘探中的应用——以河南义马矿区为例

在地下煤田的开发中,工作面内的小构造、异常体、煤层厚度变化等是需要解决的关键问题,而槽波探测则为这些问题的解决提供了重要的物探方法.本文对河南义马矿区11061工作面进行槽波透射法测量,在巷道显示的煤层厚度变化为1.5~8 m,从理论频散曲线分析速度与厚度关系,确定125 Hz频率槽波主要用于观测厚度约为2~5 m的煤层厚度变化;有效提取了684个频散曲线,并分别拾取了125 Hz时槽波群速度与走时,采用走时层析成像方法获得工作面内煤层速度、厚度以及高应力区分布特征,回采验证了结果的正确性.     

南水北调西线隧道中隐伏断层超前预报研究

南水北调调西线工程线路地层倾角陡、沟谷纵横、地质构造复杂、隧道长,埋深大,同时要对1000 m以内的构造、岩溶、岩层划分等进行地质超前预报,利用以往的超前预报方法无法满足工程施工的要求.对于深长埋隧道断层的施工地质超前预报,本文使用CSAMT法探测技术,并进行了近场校正、各向异性校正、静态校正、分辨能力校正和联合反演等手段,进行了实际探测和对比分析,并取得了较好的探测效果.     

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演,以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演,同时更新速度模型和地震震中位置,结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构.其横向变化结果表明,研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致,地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、低速异常区的交汇处.秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区.而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.     

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演, 以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演, 同时更新速度模型和地震震中位置, 结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构. 其横向变化结果表明, 研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致, 地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、 低速异常区的交汇处. 秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区. 而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.      

长乐—南澳断裂带两侧地壳结构差异的地震-重力联合反演

长乐一南澳断裂带出露于福建沿海地区,由于海陆过渡带的特殊性,地球物理探测受到许多限制,难以获得由陆到海的清晰而准确的深部构造形态.2014年福建省地震局采集了横跨长乐一南澳断裂带的广角反射/折射剖面(HX-6),由于观测系统的缺陷和原始资料信噪比等问题,单纯使用地震数据反演长乐一南澳断裂带的深部地壳结构有很强的不确定性,无法解答断裂带两侧地壳结构存在何种差异,影响了对断裂带构造属性和区域构造演化的正确认识.基于岩石波速和密度有良好的对应关系,地震-重力联合反演可以有效降低多解性.本文采用地震走时拟合和重力异常拟合同步进行的方法,利用最新采集的高质量P波地震走时数据与高精度实测重力数据,反演得到了连城一厦门一金门外海剖面的二维地壳波速-密度结构模型.联合反演结果显示:长乐一南澳断裂带两侧地壳厚度差约3 km,壳内分层结构和上地幔顶部波速-密度无显著变化,推断长乐一南澳断裂带是华南地块正常陆壳和台湾海峡减薄陆壳的分界,本研究结果为进一步研究该区深部构造环境和长乐一南澳断裂带的地球动力学意义提供了新的地球物理学证据.     

山东齐河—禹城地区深部地质构造特征——来自大地电磁的证据

近年来,山东齐河—禹城地区矽卡岩型铁矿找矿工作取得重大进展,有望成为山东省内重要的富铁矿基地.但该地区覆盖层厚,深部异常信息难以获取,因此对控矿岩体的研究仍然相对薄弱.为此在该区布设了4条大地电磁剖面,采用夜间12 h采样时长、G-B阻抗张量分解法、二维非线性共轭梯度反演技术措施,并与航重、航磁、钻孔资料,联合反演获得了各剖面厚覆盖层之下侵入岩体的顶界面、岩体的侵入边界、地层结构及断层位置.依据所推断的岩体边界和断层位置处磁异常Tilt梯度特征,重新圈定了研究区内岩体的边界和断层位置,共圈定隐伏岩体5个,断层9条.断层间相互关系表明在岩体侵入之后,本区地质构造运动仍然比较显著,要重视后期构造作用对区内铁矿体的改造,区内构造活动剧烈部位是今后重点研究对象.通过研究发现,在厚覆盖区,利用大地电磁、航重、航磁、钻探资料综合反演解释,进行隐伏地质构造研究,是一种有效的方法组合.     

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.     

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性

为着重探讨郯庐断裂带鲁苏皖段的分段特征及其深部结构特征,本研究搜集增加了研究区内近几年的Pn震相数据.经挑选后采用了由2163个地震和301个台站构成的9156条射线,重新反演构建了郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度及方位各向异性分布.尔后,将速度反演结果与地形地貌、大地热流、强震活动及地壳厚度等进行了综合对比和分析;此外,还将Pn波各向异性与地震各向异性其他观测手段的结果展开了对比和讨论.反演结果的可靠性和分辨能力较前文有所提高,研究区上地幔顶部的非均匀性特征揭露得更为清楚,尤其是由Pn波速度揭露的郯庐断裂带分段特征与地质构造特征吻合得更佳.结果表明:(1)Pn波高、低速的分布与地形地貌呈负相关的关系,即山地隆起区呈低速分布,而平原地区表现为高速异常.(2)Pn波速度沿郯庐断裂带的分布具有明显的分段特征,本文的研究结果支持郯庐断裂带在研究范围内的上地幔顶部可细分为4个亚段.由上地幔顶部Pn波速度揭示的郯庐带分段特征与前人根据郯庐断裂带各段的地表地质构造特征给出的分段结果吻合,深、浅耦合的现象表明郯庐断裂带是一条贯穿地壳、深抵Moho面的幔源深大断裂带.(3)Pn波速度与大地热流呈负相关的关系.(4)Pn波速度的分布与强震的发生具有一定的关联性,强震大部分发生在Pn波高、低速过渡地带或者低速区域的地壳内.(5)在南黄海海域新发现一条NNE-SSW向展布的弱高波速异常带,该异常带被强震震中清晰地勾勒了出来,据此推测其下方存在一条切割Moho界面的幔源深大断裂.(6)Pn波各向异性的强弱与地质构造的活动性相关,活动性越强则各向异性强度越大.(7)由地震台站的时间延迟分布可以看出,研究区地壳厚度总体上自SE往NW逐渐增厚;最大厚度位于渤海湾盆地的北西部和西部.     

地震CT技术在城市地质勘察中的应用研究

本文通过应用地震层析成像（cT）技术,对跨孔成像法采集得到的初至波走时,用基于最短路径法的弯曲射线追踪正演和基于LSQR算法的反演技术进行处理。与测井资料联合解释,得到井间波速分布图,对井控范围内的地层构造和地基注浆效果进行了研究,最终得到断裂构造带和人防空洞的分布。认为地震cT在进行城市环境地质调查与评价、浅层工程地质勘察时,能够解决地层岩性和构造的复杂性,对目标环境进行准确预测,在城市环境地质研究和基础设施建设中起重要作用,对促进城市地球物理勘察技术的发展有重要意义。     

古龙断陷深层火山岩地震资料成像方法及应用研究

松辽盆地北部古龙断陷的地震地质条件复杂,三维地震资料品质较差,所以提高地震资料的信噪比和断陷期地层的成像精度是当前地震资料处理的研究重点.在提高地震资料信噪比方面,本文进行了十字交叉排列面波压制技术、压制规则干扰的减去法多次波压制技术和基于菲涅耳带原理的超面元技术的研究,这些技术的有效应用,对保护深层有效波的低频信号、...     

天津滨海地区浅层剪切波速与基底构造关系研究

Shear wave velocity is one of the important dynamic characteristics of soil layers and applied widely in aseismic engineering. In this paper, 500 drill logging data are used to make a linear interpolation based on 0.01°×0.01°×1m grid. A shallow 3-D shear wave velocity structure of Tianjin coastal area is obtained. According to the data and geological background, we selected two typical velocity profiles to try to introduce and explain its relationship to basement structure. The results show that the shear wave velocity structure clearly presents the characteristic of stratification and lateral inhomogeneity. Furthermore, the difference of the shear wave structure between tectonic elements is clear and the velocity structure between the two sides of the local or border fault in the Quaternary is disturbed or affected significantly. It intuitively shows that the basement structure and fault activity of this region had good control of sedimentation development and strata formation in the Quaternary period which would have an important effect on engineering seismic and geological condition evaluation.     

3D S-wave velocity structure of the Ningdu basin in Jiangxi province inferred from ambient noise tomography with dense array

The Ningdu basin, located in southern Jiangxi province of southwest China, is one of the Mesozoic basin groups which has exploration prospects for geothermal energy. A study on the detailed velocity structure of the Ningdu basin can provide important information for geothermal resource exploration. In this study, we deployed a dense seismic array in the Ningdu basin to investigate the 3D velocity structure and discuss implications for geothermal exploration and geological evolution. Based on the dense seismic array including 35 short-period (5 s-100 ?Hz) seismometers with an average interstation distance of ～5 ?km, Rayleigh surface wave dispersion curves were extracted from the continuous ambient noise data for surface wave tomographic inversion. Group velocity tomography was conducted and the 3D S-wave velocity structure was inverted by the neighborhood algorithm. The results revealed obvious low-velocity anomalies in the center of the basin, consistent with the low-velocity Cretaceous sedimentary rocks. The basement and basin-controlling fault can also be depicted by the S-wave velocity anomalies. The obvious seismic interface is about 2 ?km depth in the basin center and decreases to 700 ?m depth near the basin boundary, suggesting spatial thickness variations of the Cretaceous sediment. The fault features of the S-wave velocity profile coincide with the geological cognition of the western boundary basin-controlling fault, which may provide possible upwelling channels for geothermal fluid. This study suggests that seismic tomography with a dense array is an effective method and can play an important role in the detailed investigations of sedimentary basins.     

地震层析成像技术在岩体完整性测试中的应用

地震波层析成像借鉴了医学上X射线断面扫描的基本原理,利用地震波穿过地质体后走时及能量的改变等物理信息,通过数学处理重建地质体内部图像,从而得到所研究地质体的岩性及构造分布。本文利用这种方法,在一个钻孔中利用电火花震源激了弹性波,在另一个钻孔布设多个检波点同时接收,拾取弹性波初至时间,将接收到的数据利用SIRT方法进行反演迭代计算,最终形成一个弹性波速度谱图,然后利用岩土体的弹性波速度差异推断岩体完整性分布。与其它测试方法比较,该方法分辨率高,空间位置准确,在工程物探、岩土工程勘察中具有较好的应用前景。     

地震放大效应与地下地质结构——龙门山山前玉皇观区域观测数据分析

通过布置于龙门山断裂带中段、龙门山山前玉皇观区域的地震观测台站阵列接收地震数据,研究该区域的地震动放大效应和地下地质结构.观测阵列共10台宽频带地震仪,分布在玉皇观河口冲积扇区域.分别采用参考场址谱比法(RSSR)和HV谱比法(HVSR)计算64个高信噪比近震数据的振幅谱比函数,结果显示在玉皇观区域具有较明显的地震动放大效应,并且局部场址效应显著.以S06场址为例,建立近地表地震地质模型,通过SH波放大效应正演模拟研究该场址的地震动放大模式.RSSR与HVSR的结果表明,两者所计算的场址放大效应主频一致,但是HVSR的放大峰值却比RSSR的放大峰值大一倍左右,表明HVSR的结果可能包含了波场在近地表低速层之下传播路径的改造作用.另外,采用27个远震P波的接收函数计算了该区域地壳上地幔S波速度结构.接收函数研究结果显示玉皇观地区的莫霍面深度为44 km,沉积盖层、结晶地壳和上地幔的S波速度分别为2.5 km·s~(-1)、3.5 km·s~(-1)和4.5 km·s~(-1).观测阵列台站之间的接收函数反演结果一致性较好,说明本研究区域范围内地形地貌等近地表结构因素的相对变化对接收函数的影响不大.     

浅层地震反射和折射层析成像在海州—韩山断裂探测中的联合应用

海州—韩山断裂是连云港地区一条重要断裂, 属于海泗断裂带的西边界断裂。 断裂隐伏于较浅的覆盖层之下且控制了基岩岩性分界。 浅层地震反射法作为断层探测的首选方法, 对海州—韩山断裂进行探测时仅能识别出基岩顶面反射波, 难以实现对断裂的准确判别。 而折射层析成像法适用于速度横向差异大的区域, 可获取断层两盘岩性速度差异信息, 进而判定断层位置, 弥补反射法的不足。 本文在跨海州—韩山断裂同一位置上联合应用浅层地震反射和折射层析成像两种探测方法, 进行了钻孔联合剖面探测和合成地震记录验证。 研究表明, 浅层地震反射和折射层析成像两种方法联合探测海州—韩山断裂, 较单一方法可对断层实现更精准的定位, 获取更丰富的断层信息, 为类似地质条件下的断层探测提供了思路。     

基于牛顿迭代法求解群速度的地震波射线追踪模拟

地下介质中普遍存在着各向异性,当前基于各向异性的地震波射线追踪多是在弱各向异性介质中进行且采用群速度近似表示方法,这些近似方法在强各项异性介质中会导致很大误差而无法真正模拟地震波的传播规律。根据地下普遍存在各向异性的事实和地震波基本传播规律,提出利用牛顿迭代法高效求解群速度,基于Paraview平台自动化构建三维地质模型,采用最短路径法进行地震波射线追踪模拟及可视化,实现对复杂三维地质的速度不均匀性和各向异性的表达,为三维地质模型的构建和地震波射线追踪模拟及可视化提供一种新思路,并以华北克拉通山西断陷带北部局部区域为例进行研究。结果表明,该方法能够减少由各向异性对地震波传播模拟造成的影响,清晰表达了研究区地质结构和各向异性特点,在对复杂三维地质结构的解读中能够较好应用。