城市活断层地震勘探的最佳组合方法与应用研究

根据近年来在全国开展的大城市活断层地震探测实践,在简要介绍各种地震勘探方法的基本原理和工作方法的基础上,着重分析了不同地震勘探方法的适用范围、获得的主要成果和所解决的主要问题。讨论了现阶段用地震勘探获取地壳结构和对不同深度断层定位的最佳组合方法,即对于有沉积覆盖的隐伏数百米深度至地表的断层,可用浅层地震勘探对其进行追踪,基底(埋深数公里)以上断层可采用高分辨地震折射探测;对于地壳中、深断裂应用反射地震勘探和深地震宽角反射/折射联合探测方法;还可以进一步采用三维深地震测深方法获得城市下方的三维结构和构造信息。采用这样的组合探测方法能够较好地获得断层在不同深度的产状与展布以及由深至浅完整的分布图像,并给出了应用实例     

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。     

复杂介质结构中折射界面的哈格多恩原理波前成像

在城市活断层探测中 ,浅层结构常常表现为强烈的非均匀性 ,界面横向强烈起伏 ,层内速度变化较大 ,传统的基于平界面均匀层模型的折射资料处理方法不能适用。研究开发能应用于复杂介质结构中折射资料处理的方法就显得十分必要。文中基于惠更斯原理 ,用波前扩张法对波场作正演计算 ,根据哈格多恩折射波前成像原理 ,在lecomte算法和Hole有限差分计算程序的基础上 ,开发出 1种复杂介质结构中折射资料的处理方法与软件 ,并用此方法处理了福州城市活断层折射探测试验中在义序完成的 2条折射剖面资料。结果表明 :探测区浅层为 3层结构 ,分别为盖层、强风化层和基岩。基岩顶界面的埋深约为 5 8～ 5 2m ,盖层P波速度变化较大     

采空区地震与电法探测数据的联合反演研究及应用

综合地球物理技术在采空区的探测中发挥了重要作用.目前通常采用单方法反演、仅对不同方法反演结果进行对比解释的综合勘探方式,单方法反演的多解性严重降低了其探测精度.如何提高采空区的探测精度,对采空区进行有效探测一直被认为是地球物理技术面临的首要难题.为了提高地震与电法技术的探测精度,基于交叉梯度联合反演理论,设计了地震初至折射走时数据和高密度电法数据的联合反演算法流程,对采空区理论模型和野外实际数据进行了联合反演处理.结果发现通过两者的联合反演,不仅可以提高采空区电阻率反演模型的成像效果,而且能够获得地震单方法反演难以成像的采空区低速异常体,从而提高了地震与电法技术对采空区的探测精度.表明地震与电法探测数据联合反演是一种提高采空区探测精度的有效方法.     

京津地区顺义—塘沽高分辨地震折射剖面的走时成像结果及其揭示的上地壳断裂构造特征

在大中型城市汇集的城市群及其邻近区域,利用高分辨地震折射探测方法开展城市活断层探测,对于开发利用城市地下空间、提升城市韧性、构建城市减灾参考模型和防范地震及地质灾害具有重要的科学和现实意义。文中运用正则化层析反演方法,对穿越京津地区的高分辨折射地震剖面进行走时成像,构建了控制京津地区的上地壳精细速度结构模型。结果显示,京津地区存在巨厚的沉积盖层,近地表速度低至1. 6km/s,结晶基底最浅埋深位于北京凹陷(约2km),最深位于武清凹陷(约8km),研究区不同构造单元的结晶基底埋深与结构性质主要受新生代期间的断陷沉降作用影响。文中还利用成像结果的速度差和地震记录的横向变化,对速度差异较大的断裂构造特征进行了分析研究,获得了研究区主要构造单元主控断裂的成像结果及其在上地壳的展布特征,为活断层探测中利用地震折射成像方法判定断层形态提供了参考。     

高分辨折射勘探技术在浅层反射勘探失效地区的应用——兰州市活断层浅层地震探测实例

浅层反射波法地震勘探是城市活断层探测通常采用的方法,然而特殊的地质构造条件常会使反射波法勘探失效,此时可尝试利用高分辨折射波地震勘探方法。在兰州市活断层浅层高分辨折射地震资料的解释中,笔者以初至时有限差分层析成像方法为主,结合常规折射波资料解释方法,并综合初至折射波走时特征获得了各测线的速度结构和界面构造特征。文中选取SS04-1和SS11-2测线,对其探测结果进行了详细的介绍,由这2条测线各自确定的主要地层界面和构造特征都与测线上的钻探资料具有较好的一致性。文中的探测结果表明:在城市活断层的探测研究中,对于反射波法勘探难以开展的地区,高分辨折射波法勘探技术不失为一种有效的替代方法     

高分辨折射地震资料处理方法及其应用

高分辨折射探测剖面近几年在我国的一些重要地学基础研究项目，特别是在中国地震局“十五” 期间开展的城市活断层探测及复杂上部地壳精细结构研究中得到了越来越广泛的应用.本文对在用传统有限差分方法处理高分辨折射地震资料时的缺陷及其改进算法的研究进展进行了较全面的讨论，对一些缺陷我们已给出了解决的方案，并已成功地应用于实际人工地震高分辨折射测量资料的分析处理，取得了较好的效果，还给出了将改进方法应用于深反射剖面初至波处理解释的一个应用实例，对于另一些缺陷我们在对国内外该领域研究现状调研的基础上，给出了目前我们正在进行中的解决方案.     

波前重建法折射成像及应用研究

根据实际工作需要对传统的地震折射资料解释方法的适用范围进行了讨论,指出了传统折射资料解释方法所存在的问题。采用重建波前的方法进行折射成像,通过改进震源函数,并在反演过程中使用有限差分技术解程函方程,进行波场外推,从根本上解决了传统折射资料解释方法存在的问题,计算精度高,速度快。通过理论模型和实际资料的对比计算和验证,效果良好。     

从洛杉矶地区地震实验计划说起

简要介绍了美国洛杉矶地震实验计划(LARSE)的研究目的、科学思路以及一些重要的研究成果。受LARSE计划实践的启发，文章对我国即将开展的城市活断层探测研究思路提出了几点科学认识：①进行深浅活动构造相结合的探测，建立直到震源深度的活动断裂立体图像；②实施折射／反射相结合的综合性探测，发展高分辨折射技术，弥补数百米-数千米深度范围成像的不足；③重要的活动断层常常具有一定的规模，在空间上构成复杂的构造格局，因此，活断层探测不能局限在城市，而应在一定的空间范围中进行。     

人工源深部地震探测与壳幔结构及对异常体的分辨

利用地震波场研究地球内部壳、幔结构的方法主要包括天然地震波场中的远地震观测法、近地震观测法和人工源地震深部探测法.其中,由于人工源地震探测的震源位于浅表层介质中,且其震源位置、爆炸时间、接收条件等均为精确已知,因此其所得结果的精度最高、且最为准确.人工源深部地震探测分为深部地震宽角反射和折射剖面探测及深部近垂直反射波法探测.前者可求得壳、幔介质的分层结构和速度分布,后者可较详细了解地壳构造形态的细节.两种方法具有不同的特点、但却相辅相成.当今,将深地震宽角反射/折射和深反射法联合观测以取得较详细的速度结构和构造展布特征将必成地球内部研究的必然轨迹.     

弹性波克希霍夫积分偏移法

P、S波同时偏移法是为了适应复杂构造地区勘探情况而开始研究的一种偏移方法。在前人工作的基础上,应用弹性波克希霍夫积分偏移的基本原理,改进了纵波（PP）及转换波（PS）的同时克希霍夫积分偏移方法,给出了一种近于实用的计算机流程和程序;并用其分别对射线理论合成反射波资料、有限元模拟地震波传播资料进行了检验,证明此种方法是有效的。在解决复杂构造地区的地震波成象方面,该方法具有很大的潜力。     

VTI介质角度域转换波高斯束偏移成像方法研究

转换波偏移可以利用纵横波波场信息,得到高分辨率的成像结果,从而为油藏描述提供高质量的地震资料.目前的研究主要是利用纵波波场信息进行偏移成像,然而,传统的纵波方法在复杂探区成像时具有一定的局限性.为此,本文在各向异性介质声波射线追踪算法的基础上,推导出各向异性介质转换波射线追踪方程,发展了一种转换波射线追踪算法;并将研究的追踪算法应用到偏移成像中,提出了一种各向异性VTI介质角度域转换波高斯束偏移成像方法.通过各向异性VTI介质断块模型和复杂构造模型试算,说明了本文方法的正确性和有效性.模型试算的结果表明,在考虑地下各向异性时,本文研究的方法具有更好的成像效果,提取的角道集结果可以为偏移速度分析提供依据.     

折射波法探测断层的模拟试验——记录图的特征

用折射波法对断层进行勘探的实际工作中,不仅观察到上、下盘的正常折射波及棱上的绕射波,而且还可以看到因绕射、透过所产生的一些次生异常波.这些波郁同时在记录上出现,并构成一幅复杂的波形图.如果不能一一地识别它们,并掌握它们的运动学及动力学特征,就无法正确地识别及解释断层.以往一些文章多半讨论板状介质边缘上的绕射现象,而未涉及上、下盘同时存在时,折射法记录上可能出现的次生绕射、折射波. 本文为了解决这一问题,利用了超声波脉冲地震模拟仪进行了实验,对不同大小断距情况下的折射异常波及次生波进行了研究,回答了有关断层勘探中必须阐明的一些问题.     

Studies on seismic waves

The development of seismic wave study in China in the past four years is reviewed. The discussion is divided into several aspects, including seismic wave propagation in laterally homogeneous media, laterally heterogeneous me-dia, anisotropie and porous media, surface wave and seismic wave inversion, and seismic wave study in prospect-ing and logging problems. Important projects in the current studies on seismic wave is suggested as the develop-ment of high efficient numerical methods, and applying them to the studies of excitation and propagation of seis-mic waves in complex media and strong ground motion, which will form a foundation for refined earthquake haz-ard analysis and prediction.     

地震波研究://car

回顾了近4年来中国地球物理学家在地震波研究方面取得的主要进展. 分别简要地讨论了层状均匀介质、横向不均匀介质和多孔介质中的地震波传播，地震面波及波形反演，以及地震勘探、测井问题中的地震波研究方面取得的新成果. 指出当前地震波研究的重要课题是发展高效的数值方法，并利用该方法开展复杂介质中的地震波激发和传播，以及强地面运动的研究，为精细的地震危险分析与预测奠定基础.      

地震CT在寻找隐伏铜镍矿中的应用

用透射地震ＣＴ方法在金川龙首矿进行了隐伏铜镍矿体的探测试验．试验是在地下５００ｍ的１２８０平面上进行的，覆盖面积３００ｍ×３００ｍ．使用ＥＳ－２４０１Ｘ型４８道高分辨数字地震仪．铜镍矿体为高波速值的超基性侵入岩，采用纵波速度作为层析物理量是敏感的．研究区划分成８１×６４个单元，单元体大小为４ｍ×４ｍ．有效地震射线７６１９条，使用联合迭代重建法（ＳＩＲＴ）求解慢度走时方程．速度图像及地质解释表明测区中西部有一个高波速异常体，推断与含铜镍矿体或花岗体有关；此外还发现一条近东西向的低波速带，推断为断裂．     

离散介质中地震波传播的数值模拟

伪谱法应用付里叶变换和有限差分求解波动方程，本利用伪谱法模拟了三维离散介质中地震波的传播。结果表明：(1)该方法的计算精度高；(2)即使在均匀、各向同性的离散介质中，地震波的传播也表现出方位各向异性的特点。     

土中Love波弥散特性

利用有限单元法及解析法建立和求解了土中Love波特征方程以及位移计算公式．计算结果表明,这一计算方法比纯解析法优越,可以用来分析均质和非均质上中Love波弥散性．本文利用这一方法详细讨论了Love波在上软下硬地基及软夹层地基中的传播特性和弥散特性．上软下硬地基Love波具有弥散性,土层的剪切波及厚度对Love波弥散曲线影响较大,而质量密度的相对变化对Love彼弥散曲线影响较小．软夹层地基中低频时Love波以第一模态波为主,现场所测为第一模态波波速;高频时存在多个高模态波,土中传播的波为这几个高模态波的叠加波,现场所测波速随两传感器的位置不同而有波动．     

横向非均匀介质中弹性地震波传播的数值模拟

应用混合变量弹性动力学方程和线性常微分方程组的矩阵指数解法，将层状介质中广泛应用的弹性波传播矩阵解法推广至横向非均匀介质，给出了一种可计算复杂地质体中弹性波传播的广义传播矩阵数值解法。该方法可模拟任意震源及所产生的各种体波、面波，数值结果表明具有很高的计算精度。     

瑞利波测试技术用于剪切波速勘探之研究

本文根据瑞利波测量所得波形的变化特征，分析研究了地基参数对瑞利波弥散曲线的影响规律，提出了利用瑞利波测试剪切波速的方法。在研究过程中，对瑞利波测试技术进行了探讨，并引入了相关分析原理，以消除噪声、系统的非线性以及其它一些人为因素的干扰。最后结合实例，论证该技术用于实际勘探的可行性并指出其存在的问题和有待进一步完善的工作。