高精度组合式轻便小型可控震源的研究

由于自动控制、信号叠加等技术的不断发展,使得可控震源不断完善,成为我国地震勘探的重要手段之一.高精度组合式轻便小型可控震源是地震勘探中用于浅层地震勘探的一种高精度的激振设备,其组合安装模式适合于特殊复杂的野外环境,可以实现流动野外地震观测,能够产生高重复性,高精度的叠加信号,弥补了炸药震源在地表条件差及城市环保区无法施工的缺陷,在中浅层勘探中取得了较好的效果.发展适用于中浅层地震勘测的高精度轻便小型可控震源应用于地震野外勘探,也适应了当前技术及市场的需求.本文从工作原理、系统构成和结构特点等角度对高精度组合式轻便小型可控震源进行了初步的研究,并针对野外的数据验证其可靠性和实用性.     

日本兵库县南部地区1995年的可控震源地震勘探计划

日本兵库县南部地区１９９５年的可控震源地震勘探计划为了弄清１９９５年１月１７日兵库县南部地震震源区的详细地壳构造和该地震断层附近的微细构造与物理性质，日本东京大学地震研究所计划利用可控震源进行地震勘探。这次勘探将与地震预报计划（“地下深部构造的综合调...     

浅层地震探测的可控震源信号设计

在工程与环境物探中,浅层地震探测是一种常用的高分辨率物探方法,但是这种方法使用的炸药震源和枪击震源破坏力大,对人和建筑物都有危害,因而被禁止在人口稠密的地区使用．因此,无公害的电磁驱动可控震源技术得到了发展和应用．利用扫描信号压缩技术,小能量弹性波Chirp信号可持续向地下发送,不损害地面和建筑物,对人群也没有影响,是一种较理想的城市浅层地震震源．本文介绍了电磁驱动可控震源的信号设计方法,并简要介绍了具有波束定向能力的相控震源的设计思想．     

编码震源提高地震探测能力的野外实验研究

地球深部结构研究是地震预报和地球动力学研究的基础,传统人工地震受到探测深度、分辨率或震源能量的环保限制,探索利用小能量震源进行深部高分辨率探测技术具有重要意义.本文借鉴雷达探测中的编码原理,开展了震源编码探测实验,利用人工震源向地下发送具有独特特征的随机编码序列脉冲,作为一次等效激发,利用准确记录的编码震源的源函数与地震连续观测的互相关进行“解码”分析,获取地下信息,形成编码地震探测技术.实验表明编码地震能够大幅度提高地震探测能力,利用小能量震源获得远距离的探测和高分辨率,是一种具有重要发展前景的人工探测技术.     

低频可控震源激发信号特征及高精度动态监测应用

通过实验测试了国产KZ28LF低频可控震源在线性升频、伪随机编码和单频3种激发模式下的信号特征及在地下介质高精度动态监测中的应用效果。结果表明:(1)线性升频和伪随机编码激发模式可稳定激发1.5～12 Hz的低频信号,近场信号互相关系数大于0.95的分别占81%和63%,信号能量在9～12 Hz较强、在1.5～9 Hz较弱,低频外传能量较弱,而单频激发时高次谐波能量较强,信号重复性较差。(2)相干法和反褶积法均能压缩震源子波,恢复介质真实响应,相干法的结果重复性和信噪比最高,反褶积法保幅和保相效果最好。(3)叠加后探测距离可达20 km,波速变化探测精度达10~(-4)。     

可控震源非线性扫描地震响应的数值模拟

讨论了几种非线性扫描信号自相关函数的旁瓣特性.对可控震源非线性扫描的地震响应进行了数值模拟.当震源扫描持续时间是检波器接收时间的一半时,相关运算把反射扫描信号压缩成脉冲信号的效果是显著的.有限度地增加震源扫描持续时间以及与之相适应的接收时间可以使反射扫描信号得到进一步的压缩,但在固定扫描与接收时间的条件下,增加采样点个数对反射扫描信号的压缩并不起作用.采用具有低频相关子波特性的非线性扫描震源信号,将有利于相关噪声的消除.模拟结果还证实了二次扫描在某些特定条件下会出现鞍点效应这样一个事实.     

伽师强震群区震源细结构的深地震反射探测研究

穿过伽师强震群的深地震反射剖面提供了研究区从地表直至莫霍界面的地壳细结构图像.探测结果表明：研究区上、下地壳分界面埋深约20～30 km,莫霍界面埋深约52～58 km.上地壳内部存在着两种截然不同的反射图像.上地壳上部为沉积盖层,厚度约8～9 km,盖层内部反射成层分布,显示了稳定而连续的沉积特点;上地壳下部则为“反射透明”背景下存在的叠层状反射带.下地壳内部呈现明显的反射性质,具体体现在上、下地壳分界面和莫霍间断面都表现为具有一定持续时间的多循环反射叠层结构特征.时间剖面上所有反射事件由北东向南西下倾的整体图像直观地反映了塔里木盆地地壳变形而向西昆仑下插入的事实.剖面47km桩号附近,上地壳下部至壳幔过渡带以上地壳范围内存在一条高倾角的深断裂,具有走滑性质,本研究认为该深断裂与1997年伽师强震群的发生密切相关,推断它为伽师强震群的发震构造.而时间剖面上壳幔过渡带反射的连续性则说明该断裂没有向下穿过莫霍面.存在于上地壳上部的两条高倾角的浅部断层可能对应于地质推测的麦盖提—下苏洪断裂带,它们与位于其下方的地壳深断裂构成了伽师强震群可能的深、浅构造关系.     

大同震区地震序列震源位置及震源区速度结构初探

采用震源位置和速度结构联合反演的方法对大同震区1989年6.1级、1991年5.8级、1999年5.6级3次地震地震序列进行了震源位置和震源区速度结构反演,以确定3次地震序列的分布和震源区的速度结构。结果表明：3次地震序列的发震断裂为NNE向的大王村断裂和NWW向的团堡断裂,两条断裂表现为交替发震;3次地震序列的震源深度平均为10.06 km,其中以6~15 km为发震优势层;研究区速度结构与大的地貌特征相符,沿大同盆地第四纪沉积层表现的不间断低速带,从大同县一直延伸到阳高、天镇等地。在中部山自皂台附近出现了一高速区位置与大同火山群分布区相近。大同—阳高3次地震序列分布在相对高速区上,表明这一区域为应力集中地区。     

陕西及周邻地区几个地震丛序列的震源谱振幅相关研究

选取自2008年汶川地震以来山西霍州、陕西宁强、宁夏银川及甘肃古浪地区附近发生4个中小地震丛集,采用谱振幅相关分析法计算了各个地震丛序列的谱振幅相关系数随时间的变化,分析了各序列地区发生强震的危险性。结果表明,山西霍州序列谱振幅相关系数较高,表明霍州地区附近应力水平较高,后续发生强震的危险性较大。其余3个地区附近地震丛序列谱振幅相关系数较低,表明这3个地区应力水平不高,后续发生强震的危险性较小。     

河北南部及邻近地区中小地震震源机制特征分析

利用P波初动和振幅相结合的广义极性振幅技术法(GPAT),反演2007-2016年河北南部及邻近地区发生的368个ML≥2.0中小地震震源机制解,利用统计方法和系统聚类方法,分析震源机制解参数特征。结果表明,河北南部及邻区中小地震以走滑地震为主;正断层和逆断层相对较少,断层面以倾斜或直立为主,断层运动表现为左旋走滑和右旋走滑,应力作用以水平和近水平推扭方式为主。     

地震勘探中小尺度非均匀性的描述及长波长理论

地球物理成像解释的一个重要问题是,地震波传播时其本身受到地质体中小尺度非均匀性的影响,对该问题的研究具有重要的意义且备受关注. 据此,本文首先从统计意义上的表示形式来描述小尺度非均匀性,给出一种拓展了小尺度非均匀性择优取向的随机介质建模新方法,重点阐述了建模过程中对误差处理的重要性. 其次讨论了地震波在水平层状介质中传播时的长波长理论,并指出对该理论的适用条件进行研究的重要意义.且还基于1D随机层状介质,从局部各向异性因子曲线的角度对长波长理论进行了研究,并讨论了密度及泊松比扰动对曲线形态的影响. 最后,从对1D和2D随机介质进行数值模拟的角度重点研究长波长理论不能满足的情况下地震记录的特点,为了便于对比分析,文中也计算了1D随机介质在不同平均化长度下,通过长波长理论得到的等效介质的理论走时(走时的计算是在弱各向异性假设条件下完成的),并给出有指导意义的结论.     

地震勘探中小尺度非均匀性的描述及长波长理论

地球物理成像解释的一个重要问题是,地震波传播时其本身受到地质体中小尺度非均匀性的影响,对该问题的研究具有重要的意义且备受关注. 据此,本文首先从统计意义上的表示形式来描述小尺度非均匀性,给出一种拓展了小尺度非均匀性择优取向的随机介质建模新方法,重点阐述了建模过程中对误差处理的重要性. 其次讨论了地震波在水平层状介质中传播时的长波长理论,并指出对该理论的适用条件进行研究的重要意义.且还基于1D随机层状介质,从局部各向异性因子曲线的角度对长波长理论进行了研究,并讨论了密度及泊松比扰动对曲线形态的影响. 最后,从对1D和2D随机介质进行数值模拟的角度重点研究长波长理论不能满足的情况下地震记录的特点,为了便于对比分析,文中也计算了1D随机介质在不同平均化长度下,通过长波长理论得到的等效介质的理论走时(走时的计算是在弱各向异性假设条件下完成的),并给出有指导意义的结论.     

一种提高地震勘探解释精度、分辨率的新方法-DDM方法

DDM(Depth—Density Method)方法是将地震时间剖面直接反演成深度、密度剖面的一种地震资料处理方法，在几千米的勘探深度范围内，该方法可以使地震勘探的精度由相对精度用绝对精度来表示；使分辨率由十几米提高到2～3米；从深度、密度剖面中，地质人员可以解释出地层的岩性，时代、砂体的厚度、沉积旋回、沉积粒序，几米、十几米的断层和褶皱，本文主要简介该方法的工作原理、地质解释的原则和在生产中的应用实例。     

地震散射波的高精度数值模拟与振幅分析

随着地震勘探要求和技术的不断提高,散射波地震勘探方法逐渐引起人们的重视,尤其在构造复杂地区的高精度勘探中,散射波理论具有广泛的应用前景.本文在讨论了现阶段几种散射波数值模拟方法的利弊后,设计了一种基于微扰论的FK域积分法,在散射场的二次震源和空间能量衰减处理两方面做了改进,其计算精度和效率均得到了提高.此外,采用该算法针对散射波动力学进行了正演模拟试算,从扰动介质空间分布和扰动量两个角度定量地分析了散射波振幅动力学方面的特征.在此基础上得到了五个经验常数,并给出了对应的计算公式和物理意义,通过这五个常数可以划分散射波不同形态的动力学特征.     

小尺度散射体稀疏最小二乘逆时偏移方法研究

地震勘探方法在深部固体矿产资源勘探中发展潜力巨大,同时也面临挑战.由于固体矿产资源地下分布呈现陡峭构造、尺度小,物性差异小的特点,常规偏移方法对小尺度矿体成像的分辨率提高有限.本文研究了一种基于稀疏促进约束的最小二乘逆时偏移方法.首先,将非均匀分布的矿体等效为随机介质,建立小尺度扰动的矿体模型;其次,改进现有最小二乘偏移方法,以稀疏模型为先验信息约束成像结果,并通过Curvelet变换压缩成像空间,经过多次迭代计算,可以提高小尺度散射体的成像分辨率;再次,对炮域记录进行随机震源编码,减少成像所需的炮集个数,通过稀疏促进约束条件,降低串扰噪声引起的成像误差.通过庐枞金属矿模型数值计算,验证本文方法可以较好的成像包含小尺度散射体的金属矿地质模型.

     

三维地震勘探在城市活断层精确定位中的意义

回顾了城市活断层探测现状,指出了采用二维地震探测在活断层精确定位中存在中浅层小构造控制程度较差,在地层倾角较大地区断层归位不够准确,受建筑物和其它障碍物限制致使测线布设与断层走向斜交造成断层定位不准,以及由于测网密度限制造成的断层交汇处、断层分段点、端点位置控制程度较差等主要问题．从理论上分析了三维地震勘探的优势,认为三维地震勘探可以较好地解决由于二维地震勘探本身的技术缺陷和地表环境、地质条件影响所造成的断层定位不准的问题．通过实例剖析,从野外采集难点, 仪器选择, 观测系统定义, 优化施工设计, 野外质量监控, 特殊数据处理手段, 以及取得的良好地质效果等方面进行详细阐述,论证了利用三维地震探测在城市进行活断层精确定位中的可行性及其意义．      

盆地沉积结构对地震波初至走时的影响

相对于天然地震的低频长波长特征,上地壳广泛存在的盆地沉积层厚度相对较薄,在研究壳幔结构或地震定位时往往做各向同性或VTI层等效的简化.这种简化的适用条件与误差是本文讨论的主要问题.以塔里木盆地为例,利用塔中某测井数据建立盆地二维水平层状互层模型;以此为参考,可进一步得到简化的各向同性等效和VTI近似两种单层模型.通过计算两种简化模型相对参考模型的初至走时误差,可以发现：(1)当震源处于沉积层内和沉积层下方时,两类简化模型得到的走时呈现完全不同的变化规律;(2)当震源处于沉积层内时,简化模型的走时相对误差均随震中距的增加快速增大,各向同性等效的误差极值在震源深度6km、震中距100km处可达60%左右,而VTI近似约为45%;(3)当震源处于沉积层下方时,区域震条件下各向同性等效与VTI近似的误差均未超过8%,且各向同性等效的精度优于VTI近似.因此,当利用盆地内观测数据定位不同深度、不同震中距区域地震时,宜采用不同的上地壳沉积层简化模型以保证合理的精度.

     

结合混合源面波与三分量频率谐振的浅震勘探在城市地质结构精细划分中的应用

结合了混合源面波与三分量频率谐振的浅震勘探技术,综合了主动源面波探测精度高和被动源面波探测深度大的优点,同时增加了三分量频率谐振拟波阻抗比值这一参数进行综合推断解释,大大提高了探测的分辨率和准确性.采用该浅震勘探技术在成都天府国际生物城开展了浅层地质结构的精细化探测工作,快速获取了工作区60 m以浅地层结构的三维S波速度及三分量频率谐振拟波阻抗比值分布特征,利用波速与波阻抗的差异性,结合大量的工程钻孔资料标定,实现了对地层结构的精细划分,同时也证明了该浅震勘探技术在城市浅层地质结构精细化探测中的有效性.     

High precision tracing of soil and sediment movement using fluorescent tracers at hillslope scale

Generating high resolution spatial information on the movement of sediment in response to soil erosion remains a major research challenge. In this paper we present a new tracing method that utilises LED (light emitting diode) light to induce fluorescence in a sand-sized tracer, which is then detected, using a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor in a commercial digital camera, at mm-resolution without the need for removal of soil material. First, we detail two complementary, but independent, methods for quantifying the concentration of tracer from images: particle counting and an intensity based method. We show that both methods can produce highly resolved estimates of particle concentrations under laboratory conditions. Secondly, we demonstrate the power of the method for collecting spatial information on soil redistribution by tillage, with mm precision, over an approximately 50 m hillslope and vertically down the soil profile. Our work demonstrates the potential to collect quantitative time-resolved data about soil movement without disturbing the soil surface which is being studied, and with it the possibility to parameterise or evaluate dynamic distributed soil erosion models or to undertake fundamental research focused on particle movement that has been impossible to conduct previously. © 2018 The Authors. Earth Surface Processes and Landforms published by John Wiley & Sons Ltd.     

海洋短排列高分辨率多道地震高精度成像关键技术

基于高频震源的海洋短排列、高分辨率多道地震探测方法,具有主频高、频带宽的特点,是海底浅层地质研究,特别是海洋天然气水合物调查等方面的重要手段.针对这种地震探测方法不能有效控制电缆沉放深度、虚反射干扰严重且规律性差以及速度分析精度低带来的成像效果差等问题,研究了基于虚反射走时识别与模拟计算的电缆沉放深度计算方法,获得了检波点的准确沉放深度,为虚反射的有效压制提供了保障;采用基于相似性原理的排列长度放大技术,有效地解决了排列长度较短引起的速度谱能量团不聚焦的问题,提高了速度分析灵敏度,确保了地震资料成像处理精度.实际资料的最终成像处理结果表明,地震波组的信噪比和分辨率高,速度结构合理,BSR特征清晰,为海洋天然气水合物的识别和研究提供了高品质资料.