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。     

地震散射波模拟成像在金属矿勘探中的应用

由于金属矿地质模型一般具有强非均匀性,造成金属矿地震勘探中采集到的信号杂乱,应用常规的反射地震处理技术难以获得可靠的成像效果.而基于惠更斯一菲涅尔原理的散射成像方法能充分利用地震信号中的全波场信息,例如反射波、绕射波、回转波、直达波、转换波等,它们都是散射波的一种表现形式,从而可以获得较好的成像效果.结合中国东部典型铜矿-铜陵冬瓜山铜矿与中国西部典型锡矿-云南个旧锡矿的地质模型,我们模拟了散射波地震记录,并通过散射成像方法获得了高质量的偏移结果,从数值模拟角度证明了散射成像在金属矿地震勘探中具有较好的应用前景.     

金属矿地震勘探方法技术研究综述

系统地总结了国内外金属矿地震勘探技术及其研究与应用现状,其中包括反射波法、折射波法、散射波法等,并就多项实验研究中采用的方法技术及取得的良好地质效果进行了概括总结,认为反射波地震方法在振测沉积层控矿床和控矿构造方面效果较好,而散射波地震方法不但可探测与矿体有关的地下局部不均匀体,而且,结合其它物探资料还可确定隐伏矿体的...     

用于金属矿勘查的地震方法技术

这里就近几年作者在金属矿地震多项试验研究中采用的方法技术及其取得的良好地质效果进行了概括总结,认为反射波地震方法在探测沉积层控矿床和控矿构造方面效果较好,而散射波地震方法不但可探测与矿体有关的地下局部不均匀体,而且,结合其它物化探资料还可确定隐伏矿体的位置。     

从金属矿地震方法的试验效果探讨其应用前景

由于金属矿区地质构造的复杂性，金属矿勘查中的地震方法技术还处于试验应用研究阶段。几年来的深入试验研究不但使地震方法技术取得了较大进展，而且在利用地震方法探测控矿构造和寻找与隐伏金属矿有关的局部不均匀体等方面也取得了明显的地质效果。笔者就近几年在金属矿地震试验研究中取得的一些地震地质试验结果进行了总结，认为反射波地震方法在探测沉积层控矿床和控矿构造方面效果较好，利用散射波地震方法可探测与矿体有关的地下局部不均匀体，进而，确定隐伏矿体的位置。在此基础上，探讨了地震方法寻找深部隐伏金属矿的应用前景。     

三分量地震散射波成像在天津蓟县城市活断层探测中的应用

在精细解决近地表地质问题方面,三分量地震探测技术具有明显的优势。笔者基于点散射地震—地质模型,推导出多分量散射波时距方程,在建立多分量散射波成像原理的基础上,对天津蓟县城市活断层探测的三分量地震资料进行处理。成像结果表明,基岩面的波组特征明显、构造内幕特征较丰富,而且基岩面附近的小断层发育。通过研究,基本明确了该地区基岩与第四系土层的接触关系,探明了山前断裂情况和基岩面附近的地质结构特征。     

浅层高密度主被动源综合地震勘探试验研究

为了研究“孤石”、溶洞、地下管线等城市不良地质体的高效高分辨率综合勘察技术,尝试采用纵横波综合地震方法。在标准试验场地进行了三维高密度主被动源综合地震数据采集,分析研究纵横波高分辨率处理、背景噪声成像反演地下三维速度模型、纵横波综合地质解释,探索了不良地质体的综合地震探测技术。结果表明：三维高密度纵横波联合地震勘探对试验场地的地下管线有较好的反应,在纵波剖面上表现为系列清晰的绕射波,SH波剖面上管线区域能量变弱,并且对浅层界面分层刻画得更细致,高密度纵横波综合地震勘探是探测浅层地质异常体的有效手段。     

基于PML井间可变交错网格的弹性波数值模拟

井间地震以其高精度和高分辨率的特点,正在成为解决构造精细成像、储层描述等问题的关键技术,这就需要高精度和高效率的正演模拟技术作为其有效辅助手段.这里基于非均匀介质理论基础的弹性波方程数值模拟方法,将可变交错网格引入到小尺度薄互层非均匀介质井间地震弹性波模拟,对不同尺度的地质体采用不同尺度的网格进行剖分模拟.数值模拟结果表明,可变交错网格在保证模拟精度的前提下,进一步提高了模拟的时效性和对复杂介质模型模拟的适应性,对研究精细的井间地震弹性波场特征和传播规律具有重要的作用.     

综合地震勘探方法在陕北煤田采空区探测中的应用

基于陕北黄土塬煤层采空区地震勘探方法研究项目,在该类复杂地质背景和地震地质条件下进行了煤层采空区多种地震探测方法的应用。探测中依据不同的地震勘探方法原理,针对同一目标地质体,提取了识别其地震波场的响应特征:①在地震反射时间剖面上呈现反射波组中断缺失、不连续特征;②在折射层析速度剖面上反射为低速异常;③面波记录出现强能量基阶面波传播中止(波散),面波速度剖面呈现为低速异常,频散曲线发生畸变(呈"之"字型回折);④煤层采空区边界显现出散射波特征。这些地震波场特征在鄂尔多斯等地的煤层采空区探测中也已得到验证。陕北煤田采空区探测实例表明,采用综合地震勘探方法探测可有效解决单一方法的多解性问题,提高其成果的准确性和可靠性。     

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。     

隐伏岩溶区地下空间探测技术方法研究——以武汉市为例

岩溶地面塌陷是城市隐伏岩溶区地下空间开发过程中常见的地质环境问题,具有隐蔽性和突发性,开展隐伏岩溶区地下空间结构探测技术方法研究可以有效指导地下空间开发利用。以武汉市为例,分析武汉市岩溶地面塌陷的成因机理,提出岩溶发育程度、覆盖层厚度和结构、地下水是岩溶地面塌陷的原生地质条件,也是隐伏岩溶区地下空间探测的特征因子。通过对比分析地质雷达、高密度电阻率法、浅层地震、微动、混合源面波、瞬变电磁法、孔间层析成像和地面核磁共振法等技术方法在武汉市隐伏岩溶区地下空间探测的适用性。结果表明:地质雷达适用于浅部土层扰动探测,小极距的高密度电阻率法和混合源面波适宜于覆盖层的厚度和结构探测,浅层地震、微动和孔间层析成像适宜岩溶发育特征探测,地面核磁共振法可通过岩溶地下水的富水性辅助岩溶发育程度探测。     

金属矿地震绕射波分离与成像——以庐枞矿集区和钦杭成矿带为例

不同于油气藏能源大多产于沉积地层之中, 金属矿成矿部位的地质条件要更为复杂多变。通常情况下矿体表现为不规则形状, 且连续性较差, 难以满足现有地震反射波法所以依据的镜面反射条件(徐明才等, 2009)。不同的围岩地震地质条件差异很大, 甚至同一种岩性受到蚀变、构造作用的影响, 表现出不同的阻抗特征, 当围岩与矿体间的波阻抗差异较小, 难以形成有效的反射波。在控矿构造方面, 通常大规模的构造对成矿具有控矿、控岩作用, 而与成矿部位密切相关的一般是小规模的断裂, 反射波较难识别。根据菲涅耳带理论, 当地质体的尺度小于地震波的一个波长时, 反射地震成像精度会骤降, 而来自这些小尺度、非均匀地质体产生的绕射波和散射波成像较反射波成像具有明显的高分辨率、甚至超高分辨率。利用绕射波成像能够探测和识别地下重要的构造信息, 如破碎带、断层、尖灭点、礁体边界、次火山岩、小尺度的侵入体、不规则盐丘体, 以及其他不连续的地质体(Karimpoul et al., 2015)。考虑金属矿围岩及控矿构造复杂, 矿体几何尺寸较小、形状不规则, 容易产生绕射波, 理论上利用地震绕射波识别这些地质体较反射波更具优势。     

地下空间地籍调查三维地震勘探技术应用研究

地下空间是城市发展中土地资源综合利用的重要途径,准确掌握地下空间利用现状对城市地下地籍调查和权属认定意义重大。地下空间情况复杂,地球物理探测面临诸多现实难题。通常布置二维剖面只能对地下空间进行＂拼凑式＂成像,无法整体刻画地下空间。三维地震技术以全方位获取反射信号,能准确对目标对象予以成像,但目前尚无应用于城市地下地籍调查的实践。结合专题研究,以小块体、浅层采集等方法,以实现该技术在地下空间调查中的应用。通过具体实验,初步形成了实施技术方案,并对应用效果与存在问题进行了分析。     

物探在不良地质体探测中的应用

在工程勘探、施工过程中,经常遇到采空区、巷道、软弱层等不良地质因素,对上述不良地质现象,物探是一种有效的勘探方法,尤其是地震映像法更是一种较为简便有效的探测手段。但地下介质的复杂性决定了野外地震映像法所采集的波场资料的复杂性,以及资料解释和异常判别的不确定性。通过数值模拟技术,有效地模拟了典型模型的地震映像剖面。模拟剖面可以看到显著的物探异常,有效地反映了复杂结构中的波场形态和特征,对提高实际工作的探测精度具有一定的指导意义。工程实例分析表明,地震映像法可以准确地判定异常的空间位置,能够满足生产需要。     

地下煤层自燃区地震勘探研究

本文旨在探索黄土塬地下煤层自燃区地震勘探技术。研究表明,火烧区在折射层析成像速度剖面、散射波地震记录、共偏移距地震剖面、地震反射波时间剖面中均有表征显示,而有别于采空区的波场特征。     

近地表散射体波场特征分析及成像

研究近地表散射波基本特征,确定散射体的位置,有助于地震成像,进而进行勘测规划,避免地质灾害。为研究近地表异质体波场特征,利用高阶有限差分数值模拟技术和扰动理论方法,模拟了浅地表散射体的波场记录,分析了近地表散射波基本特征;通过引入逆时偏移成像技术利用散射波场作为外推波场,定位了近地表散射体。数值计算结果表明:面波散射能量强于体波散射,正向散射波能量强于逆向散射;散射波逆时偏移对近地表散射体可精确成像,近地表散射体可看作为一个二次震源,增加了近地表照明。利用散射波场可提高近地表速度反演精度和地震成像精度。     

三维非均匀结构体对面波的多次散射

在面波层析成像和传统面波勘探中,都假定地球或浅层探测对象是一个均匀分层的多层介质模型,而实际上,介质的横向不均匀性广泛存在于从地球直到超声尺度的各种范围内.这里采用模式耦合的方法,研究了均匀半空间和二层介质中(也可以是多层的),三维非均匀体对Rayleigh面波的多次散射,计算了频率和时间域中的散射波场,并分析了散射波场的特点,为散射面波的应用提供了初步的理论基础.     

利用小波变换分析随机-均匀介质尺度特征

为研究复杂非均匀介质中非均匀体的尺度特征,建立了随机-均匀介质模型,利用小波变换方法,对随机-均匀介质3种地震波(直达波、散射波和反射波)的尺度特征进行了分析和研究。结果表明：3种地震波表现出不同的尺度特征,直达波表现出大尺度特征,散射波次之,反射波具有小尺度特征;随着模型参量横向自相关长度的增大,直达波的最佳尺度呈下降趋势,散射波和反射波的最佳尺度呈上升趋势。研究结果为利用小波变换分析地震剖面中地震波以及非均匀体的尺度特征提供了参考。     

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。