测线方位对微动线形台阵探测效果影响研究

微动探测技术是一种经济环保、可靠实用并广泛应用于资源勘探及工程地质领域的新型物探技术。为了探讨测线方位对线形台阵探测结果的影响,研究利用武汉中心地震台实测的小尺度密集台阵数据,对比分析了多时段双重圆形、T形和不同方向线形台阵微动探测结果。研究发现不同方向的线形台阵探测结果具有明显差异,测线方位从北向东变化时实测相速度逐渐增加,且在NE45°角左右时与双重圆形结果最接近。数值模拟结果也显示当测线与主噪声源中心线夹角在30°～55°范围内时,线形台阵探测效果较好,且随着夹角增加实测相速度逐渐增加。在测区周边存在主噪声源时,实测和模拟结果均表明有限地增长观测时间难以弥补线形台阵方位分布的不足。因此,在微动探测实践前应考虑测区周边可能存在的噪声源分布,选择合适的台阵形式进行探测。     

台阵和噪声源分布对微动成像的影响及其在盐矿溶腔探测中的应用

随着节点地震仪的发展, 被动源地震成像方法在不同尺度的地下结构成像中得到了越来越广泛的应用.对于小尺度浅地表成像, 因高频噪声源时空分布不均, 一般采用基于台阵平均的方法, 即所谓的微动成像方法提取高频被动源面波频散数据, 但是不同类型的台阵一定程度上也会受到噪声源分布不均匀的影响.本文以水溶型盐矿溶腔探测为例, 通过实测数据较为系统地分析了不同台阵的响应函数及其对噪声源方向不均匀性的适应能力.研究发现, 当噪声源分布不均时, 三角形台阵可以获得更可靠的频散数据, 但对应的数据采集效率较低, 而其他类型的台阵虽然布设相对简便, 但是提取的相速度与真实速度存在较大的误差.当线性台阵和噪声源方位一致时, 可以提取与三角形台阵一致甚至更好的频散数据.在这个基础上, 我们分别采用三角形台阵和考虑噪声源的线性台阵在湘衡盐矿开展了两条剖面的数据采集, 并利用适应性更好的扩展空间自相关方法(ESPAC)计算面波频散数据.最后, 利用蒙特卡洛方法生成的随机初始模型进行了频散数据反演, 获得研究区600 m以浅的横波速度结构, 并刻画了盐溶腔的发育位置和空间分布形态.

     

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.     

微动探测方法软件的实现

利用微动进行勘探无需振动源,方便快捷、对环境没有干扰,是一种很有发展前景的勘探方法。针对微动探测数据处理的需求,开发研制了一套可视化微动探测处理分析软件系统MSMSPAC。该软件采用C~#语言开发,主要功能包括台阵设计、台阵方位角分布分析、数据格式转换、微动有效数据段挑选、数据滤波、重采样、参数计算及频散曲线提取、编辑、合并、项目管理等功能。软件系统界面友好,操作简便。     

基于短周期密集地震台阵观测的空间自相关法及其在粤港澳大湾区的应用

基于空间自相关法从粤港澳大湾区短周期密集台阵的21个观测点记录的微动信号中提取了瑞雷波频散曲线,并反演得到了广州市番禺区内布设的台阵下方1 km深度范围内的浅层S波速度结构。结果显示：台阵下方0.25 km深度以内的速度明显偏低,介于1.17 km/s到1.59 km/s之间;0.25—1 km深度之间的速度平稳增加至2.88 km/s,表明通过空间自相关法可以有效地获取观测台阵下方稳定可靠的浅层速度结构。因此短周期密集台阵技术与空间自相关法结合是在人口稠密的城市群地区进行地下浅层的精细结构探测的一种有效、经济、环保的手段,将在未来城市地区的浅层结构探测中发挥重要作用。     

中国地震科学台阵流动观测现状及进展

地震科学台阵是由一定数量的地震仪组成,并根据具体研究目的布设成一定几何形状的地震观测系统。随着地震观测技术的发展与进步,探测能力的提高,大规模流动地震科学台阵观测将成为高分辨率深部结构成像的重要手段和发展方向。本文主要阐述了开展流动地震科学台阵观测的重要性,介绍了国内外流动地震科学台阵观测现状以及差距,并针对我国目前流动地震观测技术,提出了要加强我国流动地震科学台阵观测平台和人才队伍建设,提高深部结构探测成像的精度,增强对深部孕震环境和地震发生机理的认识水平,为社会防震减灾事业服务。     

基于微动技术的综合探测体系在乌鲁木齐城市地下空间精细化探测中的应用研究

城市地下空间的安全、合理利用对城市发展和地质环境保护具有重要的战略意义.乌鲁木齐市位于天山北部山前冲积扇,区内以卵砾石为主的覆盖层厚度变化范围大,第三系基岩受区域构造控制,空间形态复杂,区域断层多呈现隐伏形态.同时,乌鲁木齐市煤炭资源丰富,由此产生的“老、乱、小”采空区严重威胁城市地质安全.为查明区内各类地层、构造及不良地质体的空间位置,需采取地球物理多方法联合勘探以实现地下空间的精细化探测.本文以乌鲁木齐市四类典型地质体为探测目标,综合应用多种地球物理探测技术,结合地质先验信息分析评价了每种探测方法的有效性和局限性,建立了乌鲁木齐城市地下空间精细化探测体系,为其他内陆型城市地质调查工作提供依据和借鉴．     

甲烷震源和密集台阵观测研究粤港澳大湾区中心城区浅部P波三维速度结构

城市下方的三维速度结构是服务城市建设规划和地震灾害风险评估等的重要资料.2020年开展的粤港澳大湾区浅层结构探测实验布设了由6172个短周期台站组成的密集台阵, 并利用新型甲烷绿色震源开展了63次主动源激发.本文拾取了63次甲烷震源激发在各台站记录到的16885条初至P波, 采用simul2000走时反演程序首次获取了粤港澳大湾区中心城区高分辨率的地壳浅部(1.5 km深度以上)三维P波速度结构.结果表明: (1)成像结果与区域地形和浅部岩性分布有很好的相关性.断陷区呈现低V_P, 而断隆区为高V_P分布, 分别与碎屑沉积岩、花岗岩及变质岩等相对应.(2)广从断裂、瘦狗岭断裂、珠江口断裂和白坭—沙湾断裂两侧速度均具有明显差异.其中瘦狗岭断裂的控制作用最强, 使得不同深度速度分布在南北向的差异最为显著.(3)跨断层速度剖面分布特征显示区域断裂控制着沉积层的展布和基底埋藏深度.本文研究表明, 将新型绿色震源和密集台阵相结合是探测城市承载体下方速度结构和断层系统的有效方法, 具备较强推广价值.

     

中日地脉动台阵联合观测

为了研究改进地脉动观测技术、探讨利用地脉动反演工程场地的剪切波速度结构的技术途径，中、日双方研究人员在河北滦县响堂和福建厦门市进行了地脉动台阵的联合观测，成功地获得了一批宝贵的地脉动观测记录，为地脉动分析和反演提供了坚实的基础。这批地脉动观测记录将在工程力学研究所的网站上公开。     

短周期密集台阵被动源地震探测技术研究进展

近十年来,短周期密集台阵被动源探测技术日益成长为国内外深部结构探测领域的一项重要手段.该技术相较于传统宽频带地震探测具有高分辨、省时省钱、绿色环保等优点.尽管低频信号不足,对岩石圈地幔以深结构探测能力有限,但密集的台站间距使得地壳精细结构成像成为可能;台阵下方不同方位射线形成密集的交叉覆盖,从而可通过反演和叠加偏移等手段获取稳定的壳幔结构图像.因此,短周期密集台阵探测技术已广泛应用于深部速度和界面结构成像,以及矿产资源勘查、火山活动监测、微震精定位、发震断层的几何学和运动学特征研究等多种不同领域.本文系统的总结了短周期密集台阵在地壳结构研究和微震定位检测等方面的研究进展.展望未来,以科学问题为导向,利用天然地震及背景噪声观测、重力测量、InSAR数据、GPS测量等多种地球物理数据,开展联合反演和成像,并提取研究对象的多属性特征正日益成为减少解的非唯一性、揭示地质体真实赋存状态的有效途径;该领域方法技术的迅速提升有望大大促进地震学及地球动力学研究,在深部结构成像、矿产资源勘查等领域具有广阔应用前景.     

利用SPAC法估算地壳S波速度结构

S波速度结构能够反映地球介质的物性差异,是地壳内低速区结构特征判别的重要依据.本文尝试利用空间自相关法(SPAC法)从地震台站微动信号的垂直分量中提取瑞利波相速度频散曲线,通过对频散曲线的反演获得地下介质的S波速度结构.以国家数字测震台网8个宽频带地震台站的实测微动数据为例,采用SPAC方法获得了首都圈地区北京附近约30 km 深度范围内的一维S波速度结构.结果表明,该区结晶基底埋深较浅约2 km;分别在5~8 km 和12~16 km 深处发育S波低速层;8 km 和 20 km 处是S波速度差异较大的速度分界面.这一结果与以往地震学及人工地震探测结果较为吻合,表明SPAC法估算地壳S波速度结构是可行、有效的.     

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.     

复杂断块精细构造解释技术与效果

以大芦家地区为例详细论述了复杂断块精细构造解释的方法和流程.对地震资料的选取、层位标定、断裂系统识别与组合、层位立体解释及构造成图每个步骤的方法给以具体论述,重点分析了三维精细构造解释使用的关键技术如时变子波标定技术、相干体技术、变速成图技术.在实际应用中取得了良好的效果.     

台阵地震学方法及对间断面结构的研究进展

地震台阵是为了监测核爆而发展起来的一种地震观测系统。近年来, 地震台阵被推广到地球内部速度间断面的研究中并极大地推动了地震学的发展。本文主要介绍处理台阵资料的技术方法, 如聚束、倾斜叠加、N次根叠加、频率波数法以及相位加权叠加等, 并讨论各种方法的优缺点。在提取微弱但相关信号方面, 重点讨论相位加权叠加方法及现有的研究成果。结果表明, 这些方法都在不同程度上提高了记录的信噪比, 高质量的台阵数据使得地球内部速度结构的成像研究更加精细。     

接收函数方法及研究进展

远震P波波形数据中包含了大量在台站下方地壳上地幔速度间断面所产生的P-S转换波及其多次反射波的信息，是研究台站下方局部区域S速度分布理想的震相，由此产生的接收函数方法是反演台站下方S波速度结构的有效手段。接收函数方法可以通过波形反演拟合接收函数的径向分量，对观测台站下方地球介质的S波速度结构进行估计，也可以通过偏移叠加获得的接收函数道集（地震剖面图）追踪速度间断面。这种方法避免了对天然地震震源及其附近结构混响效应等复杂因素的影响，对S波速度的垂向分布敏感，垂向分辨率高。由于宽频带流动地震台阵的发展，用此方法还可获得研究区域速度结构的横向变化，横向分辨能力主要取决于台站的间距。本文回顾20年来接收函数研究的进展，探讨了方法研究的发展趋势，介绍了对地壳-上地幔结构的部分研究结果。     

兰州台阵响应函数及不同方位小地震事件FK分析结果

计算了兰州台阵不同频率的台阵响应函数,对台阵附近不同方位的4个小震进行了FK分析。结果显示兰州台阵2 Hz以下的台阵响应函数在原点附近呈现出对称的单主峰图样,而高于2Hz时台阵响应函数出现较多旁瓣,表明该台阵对于2 Hz以下的信号具有较好的分辨能力。小震的FK分析结果表明,根据甘肃省地震局地震目录和IASP91速度模型计算得到P波方位角和慢度与FK分析的结果总体上比较一致,但也存在一定差别,这种差别可能由所使用的理论模型和当地模型有差别以及未做台阵校正所引起。     

地震背景噪声HVSR方法在安徽明光城市场地响应特征和活断层探测中的应用

本文利用跨郯庐断裂带明光段东边界一条密集测线的波形数据, 计算了该测线133个台站的HVSR曲线, 获得了剖面的峰值频率.基于计算的HVSR曲线, 我们采用粒子群算法反演了浅层地壳的S波速度结构, 并通过地质构造、钻孔资料、浅层地震反射剖面和频散曲线反演结果等验证其可靠性, 进而对郯庐断裂带明光段的沉积格局、东界两条主干断裂的空间展布和活动性特征进行分析讨论, 得出如下结论: (1)测线下方HVSR剖面呈现复杂的双峰、多峰形态, 其场地分类均为Ⅱ类中硬土, 但峰值频率变化较大, 应关注西侧凹陷区对强地面震动的放大效应; (2)HVSR反演S波速度结构揭示的土石界面与钻孔结果较为一致, 其分布形态、趋势与浅层地震反射剖面结果高度吻合, 且刻画了主动源未能刻画的风化基岩-未风化基岩界面; (3)HVSR反演S波速度结构刻画的郯庐断裂带东界两条断裂的空间展布、活动性等特征与钻孔、浅层地震、频散反演和地质构造等结果较为一致, 并揭示池河—太湖断裂的活动性强于嘉山—庐江断裂, 可能为活动断裂.上述研究结果表明HVSR方法可以应用于城市场地响应特征、浅层沉积结构和隐伏活断层探测等.