天然源面波勘探台阵对比试验

为了对比天然源面波勘探不同台阵布局的探测效果, 筛选出探测成果可靠、 效率高和便于野外施工的天然源面波勘探台阵阵形, 在天水市黄土覆盖区的同一场地分别用4种常见的阵形进行数据采集试验, 并对各种阵形数据使用空间自相关法或扩展空间自相关法提取相应的频散曲线, 通过反演得到了试验点地下的浅层速度结构模型. 分析对比试验结果表明: 4种台阵提取的频散曲线数值很相近; 频散谱能量集中度较高的是嵌套式等边三角形和圆形台阵, L形和直线形台阵相对分散; L形台阵低频段(4—8 Hz)比直线形台阵差, 其高频段(8—40 Hz)比直线形台阵好. 针对直线形台阵在高频段信噪比较低的情况, 在确保探测成果可靠性的前提下, 为了提高探测效率, 提出了在同一直线形台阵开展天然源与人工源面波联合勘探的数据采集方法. 实验结果证实, 这种联合勘探方法不仅可弥补直线形台阵高频段的不足, 确保探测精度和结果的可靠性, 而且还能实现“高低”频兼顾, 即“深浅”兼顾.      

浅层双分量地震在黄土公路地质缺陷探测中的应用研究

针对我国西部黄土公路下伏大量地质缺陷（灾害）及其对公路交通建设和运营的危害性,将多分量地震勘探技术引入浅层黄土公路工程勘探中.根据黄土公路地质缺陷独特的复杂性,重点对黄土地区浅层双分量地震勘探技术的数值模拟与观测系统优化设计、高品质地震资料采集试验做了深入研究,并在已知暗穴和危及公路的地裂缝发育区开展了双分量地震探测.实际探测结果表明：多分量地震勘探技术能分辨出规模大于1 m,埋深小于30 m的黄土公路地质缺陷.     

罗家单点高密度三维地震与效果

罗家地区位于济阳坳陷沾化凹陷西部,该区三维地震勘探始于20世纪90年代,先后实施了常规三维地震、二次采集三维地震、高精度三维地震,发现了中生界-东营组6套含油层系,属于中等勘探程度地区.现有地震资料虽然发现了多个构造为主的油气藏,但是难以满足勘探开发中后期红层、滩坝、浊积岩等储层描述和圈闭刻画的需求.2017年,在罗家地区部署实施了高密度地震,使用陆用压电单点检波器接收,采用小面元、宽方位、高覆盖的观测方式,炮道密度达到了357万道/km~2.单点接收地震资料具有保真度高、波场信息丰富、宽频带、宽方位的特点,针对单点高密度地震资料特点,应用相对保真的宽频宽方位处理技术,成像地震剖面纵、横向分辨率和保真度有了较大提高,对推动中国东部老油田开展三次地震具有积极的借鉴意义.     

分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅱ:背景噪声成像

随着城市化的发展,城市地球物理日益成为地球物理研究的重要方向,地震成像是构建城市地下空间三维/四维图像的重要手段,但面临观测成本高的困难.近年来国际上新发展的分布式光纤声波传感器作为高密度地震观测系统已经在地震层析成像方面得到了应用,在提高成像分辨率的同时,又降低了观测成本.本研究使用国产分布式光纤声波传感器开展了观测实验,利用480m埋地光缆记录了13h背景噪声,计算得到噪声互相关函数,获得了高频Rayleigh面波信号.采用多道面波分析方法提取相速度频散曲线,其结果与传统检波器记录和主动源结果较为一致.采用遗传算法反演得到了研究区内二维S波速度剖面,获得了下方沉积物横向变化特征.通过本次实验,初步验证了国产设备开展地震背景噪声成像研究、构建地下浅层结构模型的可行性.     

新丰江库区上地壳三维细结构层析成像

在新丰江库区布设一个范围约50 km×40 km、由50个地震临时台站组成的观测台阵,接收来自不同方位的人工震源产生的莫霍界面反射波;台阵中的20个台站和5个区域固定台还对2009年3月至2010年5月发生在库区的地方震进行了观测.本文联合利用人工地震莫霍面反射波走时和天然地震直达波走时,采用连续模型反演技术重建了库区上地壳P波、S波慢度扰动和V_p/V_s扰动分布图像.研究结果表明:新丰江库区东、西部地区上地壳结构存在明显的差异.库区东部地区构造复杂,多条断裂在该区呈交叉状分布.北西向的石角-新港-白田断裂带在库区段内具有复杂的岩性和构造特征,该断裂带在新港至双塘一线可能延伸至地下8 km左右;近北东向的断裂带切割地壳较深.峡谷区及大坝以东附近地区存在上、下贯通的波速比高值区,尤其是大坝以西的深水峡谷区,存在一条顺河走向的陡倾角断层裂隙带,为库水渗透提供了良好通道.库区西部地区为相对稳定构造区,完整坚硬的花岗岩体透水性能较差,受库水渗透影响很小.新丰江水库诱发地震的形成与深部构造环境密切相关.峡谷区及大坝以东附近地区上地壳介质性质呈现明显的横向不均匀性,微震分布在介质物性结构的特定部位,"软"、"硬"交错的介质环境是倾滑正断层型微小震产生的可能原因.     

由深井观测推论的沉积层地震波传播特性

为了研究受沉积层调节的地震运动的特性，日本国立防灾科学技术中心在关东地区布设了一些强震观测台阵。特别是利用最大深度600m或更深至早第三纪基底顶端之下的深井台阵调查研究了具有百达几千米沉积层的地震反应。根据观测结果，我们确定了两种沉积基底系统的基本地震反应。一种是由在沉积层基底系统上S波的多重反向所引起，沉积层当作水平构造来处理。另一种是由S波在地表面和倾斜基底界面产生的一系列全反射所引起的。这一串全反射的SH脉冲产生的一种伪靳夫波。最近，我们曾试图利用深井资料和地面台阵资料来分离震源谱、传播特性和场地放大特性。本文介绍利用1987年12月17日发生在千叶县以东近海M＝6．7地震资料估算的场地放大特性与地质条件之间的关系。     

分布式光纤地震传感技术在成像研究中的应用进展

分布式光纤地震传感技术是新一代密集台阵观测技术,其利用光纤在地震波场作用下产生的光时程变化,探测地下介质的动态应变信号.其具有空间采样率高、恶劣条件耐受性强、运维成本低等优势,适用于城市、海洋、深井、冰川等传统地震学观测手段较难开展工作的环境.本文围绕该技术在地球内部结构成像研究中的应用,调研了从浅表数米到莫霍面深度等不同尺度成像的研究进展,其利用信号为从地脉动到高频交通噪声等多频段被动源和不同级别的主动源.文章同时分析了该技术面临的一些挑战,包括信号质量和信号保真度、海量数据处理和波场信息挖掘、海量数据存储和共享分析等,由此建议,须开展主被动源高分辨率动态成像、仪器传递函数计算及其校正方法、大数据有效信息挖掘等研究,从而更好地服务于高密度、高精度的光纤传感地震成像研究.     

用于深部探测的地震检波器低频拓展技术

利用地震探测的方法获得地球深部精细构造,从而增强深部资源勘探和重大地质灾害预测能力,是目前地球物理学研究的热点之一.本文简要回顾了国内外深部地震探测研究的历史,分析和解释了在精确深部地震探测中保护低频地震信号的重要性和必要性.在此基础上进一步阐述了地震检波器的低频特性对获取高质量深部地震数据的意义,重点归纳总结了如何利用伺服技术、闭环极点补偿技术以及力平衡反馈技术实现地震检波器的低频拓展,并以典型深部地震探测项目为例介绍了低频检波器在深部探测中的应用及主要取得的成果.最后,结合新型材料和新型加工技术,指出了未来深部地震检波器发展的主要方向.     

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.     

同仁村三维地震剖面揭示渭河断裂精细形态

渭河断裂是分割鄂尔多斯地台与秦岭褶皱系的主要边界断裂,是穿过西安市区的发震活动断层,存在发生强烈地震的可能性.经踏勘选线,三维地震剖面定于渭河北岸同仁村.探测范围1000 m(垂直断层方向)×600m(平行断层方向),三维勘探测线布设检波距10m,线距40 m,仪器接收点为40×10的网格状,每道采用3个SN4-60检波器单点组合接受,检波器单点组合接收的目的在于不压制地震记录高频信号的基础上,提高检波器接收的灵敏度.     

胜利探区隐蔽油气藏高精度勘探地震采集技术进展

为满足隐蔽油气藏老油田进一步勘探开发对地震成像精度的要求,胜利油田不断研究、发展和完善高精度地震采集技术和方法,来提高野外原始地震资料品质.在胜利探区,针对复杂岩性隐蔽油气藏勘探的实际需求,对影响地震资料品质的高密集空间采样观测系统设计、近地表结构探测与建模方法、新型炸药震源研制与激发技术、数字检波器接收及低噪声施工等地震采集技术环节进行了重点研究,取得了一系列成果,进一步发展和完善了高精度、高密度地震采集技术系列.在胜利油田YX、B12和LJ等多个地区的应用显著提高了原始地震资料的品质.     

天然地震层析成像技术在油气勘探中的应用

天然地震层析成像技术,主要是利用布设地震台阵记录天然地震事件体波到时信息,通过反演得到研究区域的三维速度结构分布.全国油气资源战略选区调查与评价项目在柴达木盆地西部复杂地区进行的天然地震层析成像试验结果表明,根据层析成像结果所推断的构造分布与其它方法的勘探结果相比具有一定的相似性,波速异常与测井得到的岩性特征有较好的对...     

辽河坳陷雷家致密油区单点高密度三维地震采集技术研究

辽河坳陷雷家地区新生代沙四段碳酸盐岩致密油气藏,经多口井钻探显示较大的勘探潜力,但以往地震采集方法主要针对深层潜山,没有考虑沙四段薄储层预测的需求.本文以辽河坳陷雷家致密油区单点高密度采集为例,对单点模拟检波器采集效果进行分析,并设计了适应单点采集的观测系统.研究结果表明:采用单点模拟检波器接收,并配以小面元、高覆盖、高密度、全方位的观测系统,可以得到高品质的地震资料,有效提高了沙四段碳酸盐岩致密油气藏分辨率和成像精度,取得了良好的应用效果.     

东祁连山北缘断裂带基于深度学习的密集台阵地震事件快速检测与定位研究

为监测东祁连山北缘断裂带附近的地震活动性,布设包含240台短周期地震仪的面状密集台阵,进行约30 d的连续观测。首先使用基于深度学习的多台站地震事件检测算法（CNNDetector）进行地震事件检测,然后使用震相拾取网络（PhaseNet）对地震事件进行P波和S波到时拾取,其次使用震相关联算法（REAL）进行震相关联及初定位,最后使用双差定位（hypoDD）进行地震重定位,最终的精定位地震目录中共有517个地震。在密集台阵观测期间,中国地震台网正式地震目录中共有39个位于台阵内的地震事件,相比而言,密集台阵检测到大量小于0级的地震。因此通过布设密集台阵,可提高活动断裂微地震活动性的监测能力。与历史地震空间分布相比,密集台阵地震精定位分布具有较好的一致性,表现出更明显的线性分布特征。基于地震分布,发现研究区域存在与地表断层迹线走向不同的隐伏活跃断裂。     

地震反射法在玉溪盆地普渡河断裂探测中的应用

在国家公益性行业科研专项的支持下,由中国地震局组织、启动了中国地震科学台阵探测项目,首先在我国西南地区的南北地震带南段开展以大型地震台阵观测为主的综合地球物理探测工作,并将分区逐步在整个中国大陆开展流动地震台阵探测,以全面认识中国大陆地震孕育的深部构造背景环境和大陆岩石圈的动力学结构,为我国的防震减灾事业和地球科学研究工作提供技术支持和基础资料.     

淮南深地实验室分布式光纤地震立体台阵观测数据分析

在淮南深地实验室布设了水泥固结的传感光缆,结合竖井中已有通信光缆,利用分布式光纤地震传感技术(DAS)构建了高密度的三分量立体台阵,开展了为期一年的连续观测.通过分析地下870 m的背景噪声记录,发现其日间变化幅度较小,这表明深地实验室受气压、温度和人类活动等的影响较小.然而,在低频段观测到明显增强的噪声,这给低频信号研究带来了一定困难.在连续记录中,识别出了多个地方震和区域震信号,尤其是获得了高质量的玛多地震P波信号.与共址地震仪数据的一致性表明DAS波形记录的可靠性.通过三分量DAS记录识别了Rayleigh面波信号,并利用多重滤波技术测量得到其群速度频散曲线;利用DAS应变率记录与共址宽频带地震仪的速度记录比值获得了相速度信息.两种方法测得的面波频散数据可用于研究速度结构.这些初步结果展现了深地实验室提供的超静环境以及三分量立体DAS台阵观测的优势,为后续进一步研究提供参考.     

海底地震仪的信号传递效果和噪声水平

单球式海底地震仪（以下简称OBS）由于其成本低、操作简便的优点在天然地震研究、人工地震探测中获得了广泛应用.本文首先分析多型进口和国产OBS在台湾海峡西部采集的地震数据,发现同一台OBS上的垂直向速度检波器（Z分量）的信噪比常显著低于压力检波器（H分量）,由于这两种检波器记录的都是海底的垂向振动信号,推测速度检波器的低信噪比更多的与仪器特性有关.然后从信号传递和噪声水平两方面分析影响速度检波器信噪比的因素：为检测速度检波器与OBS壳体的耦合效果,对某型宽频带OBS和陆上地震仪进行了同址同步观测试验,发现OBS的整机灵敏度有较大的差异;为分析速度检波器的水底噪声特征,以H分量记录作为基准,对比分析了同一台仪器不同站位的Z分量噪声水平,发现速度检波器在浅海区受到较大的次生干扰.本文指出OBS的内部耦合和水流次生干扰是至今尚未引起大家重视而又严重影响资料品质和多波探测成效的两个关键问题,这一研究结果对于改进OBS结构设计和制造工艺,以及OBS数据多分量处理方法研究有重要的参考意义.     

利用基于密集台阵的面波成像方法研究南北地震带北段地壳上地幔速度结构

南北地震带北段位于青藏高原东北缘,包含阿拉善块体、鄂尔多斯块体、青藏块体和四川盆地等多个活动块体。这些块体,尤其是它们的交界部位,具有十分复杂的结构。本文首先利用在天水布设的较小型台阵,对数据做空间自相关来提取频散曲线,采用传统成像方法得到地下50 m内浅层速度结构;之后应用背景噪声面波成像方法,背景噪声面波周期较短,路径覆盖密集,获得10~22 s的群速度和相速度信息;近年来,随着越来越多密集台阵的布设,延伸出一些基于密集台阵的新方法,如程函方程成像和赫姆霍兹成像。利用这种方法,得到20~70 s面波相速度图及各向异性信息;地震中面波周期较长,此地区比较复杂,需要对浅层速度做约束,而对10 km以上更浅层信息,需要通过面波另外一个特性进行解释。通过计算得到相同周期下,振幅纵横比反映深度大小的信息,但密集台阵数据过多,九分量NCF计算量更大,利用云计算的方法,大大节省了计算的时间。本文主要包括以下几点:(1)为了对比天然源面波勘探不同台阵布局的探测效果,筛选出探测成果可靠、效率高和便于野外施工的天然源面波勘探台阵阵形,我们在天水市黄土覆盖区的同一场地分别用4种常见的阵形进行了数据采集试验,并对各种阵形数据用SPAC或ESPAC方法提取了相应的频散曲线,通过反演得到了试验点地下的浅层速度结构模型。分析对比试验结果表明:4种台阵提取的频散曲线数值很相近;频散谱能量集中度较高的是嵌套式等边三角形和圆形台阵,L形和直线形相对分散;L形低频段(4~8 Hz)比直线形差,高频段(8~40 Hz)比直线形好。针对直线形排列在高频段信噪比较低的情况,在确保探测成果可靠的前提下,为了提高探测效率,提出了在同一直线形排列上开展天然源和人工源面波联合勘探的数据采集方法。实验结果证实:这种联合方法不仅可弥补直线形高频段的不足,确保探测精度和结果的可靠性,而且还能做到"高低"频兼顾,即"深浅"兼顾。(2)南北地震带北段位于东昆仑断裂带东段以北的青藏高原东北隅构造区,是研究青藏高原东北缘同周边块体相互作用的重要区域,也是研究大陆块体强震孕育模式的重要试验场。本文利用2013年12月到2015年5月密集台阵记录的数据,通过互相关方法提取瑞利波的经验格林函数,利用相匹配滤波的时频分析技术测量瑞利波相速度频散曲线。采用背景噪声面波成像方法得到南北地震带北段地区10~22 s的瑞利波群速度和相速度分布图,结果较好地匹配了块体边界及断层走向。(3)目前面波层析成像是研究地壳上地幔结构的重要方法,并且随着密集台阵的布设,出现了一些基于密集台阵的面波层析成像新方法。本文利用南北地震带北段密集台阵数据,通过自动获取面波相速度方法(ASWMS),得到20~70 s的瑞利面波相速度分布图像及方位各项异性。通过将本文结果和前人研究成果相结合,对南北地震带北段区域的低速层分布、活动块体边界及变形信息有了更深的认识。联合两种基于台阵的成像方法,可以使我们获得较为完备的壳幔结构,从而可以对该区的活动地块分界及其相互作用有较为深入的认识。(4)随着背景噪声研究的发展,九分量背景噪声互相关函数得到越来越多的应用。然而,大规模密集台站往往产生海量的数据集合,利用这些数据计算九分量噪声互相关函数的计算量过大,难以在传统计算模式下快速完成。本文提出一种基于云计算的九分量噪声互相关函数的计算方法,可以利用弹性的云计算服务,实现海量噪声互相关函数计算的分解和加速。我们将此技术应用于"中国地震科学台阵探测–南北地震带北段"674个宽频带台站2014–2015年的三分量连续记录,获取了所有台站间的九分量噪声互相关函数。总体计算共完成了约22万条台站对路径上近14.9亿条单天互相关函数的计算,整体平均耗时约为10.2小时。完成等量计算,传统计算模式需要耗时近6个月,基于云计算的NCF计算技术实现了近400倍的增速,并可以弹性地扩充。我们分析了所得九分量噪声互相关函数中瑞利面波的ZH振幅比,并同天然地震中瑞利面波的振幅比进行了比较,验证了计算结果的可靠性。基于云计算的噪声互相关函数计算方法,为利用现代计算技术处理海量数据提供了重要参考。     

云南腾冲火山区地震/次声台阵建设

在中央级公益性科研院所基本科研业务专项《地震重点监视区地震与次声联合台阵探测对比试验》支持下,在云南腾冲火山区建设了一个由4个子台组成的三角形地震/次声台阵,首次将宽频带地震计及次声传感器联合部署在强地震活跃区及火山区。本文详细介绍了腾冲火山区地震/次声台阵的建设及其观测系统组成,特别是与次声观测有关的次声降噪滤波系统,并提出了下一步研究工作。     

黄土斜坡震害面波勘探调查及其动力稳定性分析——以甘肃岷县、漳县M_s6.6地震为例

2013年7月22日,甘肃省定西市岷县、漳县交界处发生6.6级地震,地震诱发了约600余处地质灾害(隐患点),其中规模最大的是岷县梅川镇永光村四社西的两个相邻滑坡。本文对永光村西侧滑坡进行了多种手段的现场勘测,特别是在坡顶及坡底开展了高密度面波勘探,分析了该黄土滑坡成因及滑坡附近的地形、地层等因素。采用动力有限元法和强度折减法结合的方法分析该滑坡在地震荷载作用下的动力响应、滑坡动力稳定性的影响因素以及地震荷载与滑坡失稳状态之间的关系。结果表明,由于地震前的强降雨导致表层黄土的抗剪强度降低,在地震荷载作用下黄土层之间存在拉应力效应并导致崩塌滑动。