密集线性台阵地震背景噪声速度成像及其在湖南沃溪金钨锑矿勘探中的应用

多道面波分析技术在近地表勘探领域有着广泛应用,准确的提取频散曲线成为面波勘探成像的关键。文章介绍了一种新的地震背景噪声互相关面波频散成像方法——拓距相移法。该方法在传统相移法的基础上,利用阵内相移对小孔径范围的面波中高频信号进行提取,并利用阵外相移对大孔径范围的面波中低频信号进行提取,然后将两部分频散曲线融合从而得到更宽频带的面波频散曲线用于地下速度结构的反演。该方法在保证对近地表结构进行较高分辨率成像的同时,大大增加对深部结构的有效约束。2019年9月到10月期间,作者在湖南沃溪布设了8条密集测线,进行了1个月的地震背景噪声数据采集,并利用上述拓距相移法提取了0.1~2 s的瑞利面波宽频带相速度频散曲线。通过初步反演其中3条测线的背景噪声数据,获得了该矿区深度2.5 km以浅的地震横波速度结构。经与已知地质资料比对,160测线的地震横波速度反演结果与断层、岩性分界面及矿脉有着较好的对应关系,表明获得的沃溪矿区地震横波速度结构较好地反映了控矿构造、岩性分界以及矿体的分布位置等信息,为该区中—深部找矿提供了重要依据。该研究利用实际数据检验了拓距相移法的有效性,为今后深部找矿提供了一个有效的高精度成像方法。     

近地表速度建模研究现状及发展趋势

速度是反映地下构造和岩石物性的一个重要参数。近地表速度的精度直接影响勘探区域的地震资料静校正、速度分析以及最终成像的效果。目前常用的近地表建模方法和技术多基于高频近似的射线理论,不能满足当前近地表精细建模的需求。通过对微测井、折射波法、面波法、走时层析以及全波形反演等近地表建模技术的全面调研,总结了它们的适应性、优缺点及研究应用现状,指出联合走时层析与波形反演的技术方法在时间域分步骤、多尺度的反演策略是近地表高精度建模的有效手段和发展方向,能有效提高建模精度,适应高精度成像要求。该方法在近地表的矿产普查、工程物探、油气勘探等领域存在广泛的应用前景。     

近地表勘探中炮检距对瑞利波频散成像效果的影响

在油田近地表勘探中,可以利用现有的地震大炮记录中的瑞利波信息进行频散成像,提取瑞利波频散曲线反演近地表的横波速度结构。由于大炮地震记录的采集排列很长,且不同炮检距范围内瑞利波数据的频散成像结果存在差异,从而会对频散曲线的提取和反演结果产生影响。笔者利用胜利油田LJ地区的盒子波地震数据,从频散成像的分辨率和连续性两个方面,分析了不同排列长度和不同偏移距下的频散成像结果,发现长排列可以有效提高频散成像的分辨率,且在较近偏移距下的频散成像效果更好。同时,验证了Zhang2004年提出的最优偏移距计算公式在石油近地表勘探中的有效性及适用性,并可以作为近地表瑞利波勘探时最优偏移距的选择标准。     

基于最佳小波基的地震面波插值方法

在利用实际地震数据中的面波反演近地表横波速度的过程中,若道间距较大、空间采样率不足,则会产生空间假频现象,从而降低频率速度谱的信噪比,影响频散曲线提取的精度以及反演效果,因此需要针对面波进行插值处理。文中提出了一种基于最佳小波基的地震面波插值方法,通过理论分析和实验误差对比在地震数据处理常用的众多小波基中选出适用于插值处理的最佳小波基bior6.8,提高了插值精度。针对面波同向轴为线性且斜率较大的特点,文中首先采用线性动校正的方法对面波进行拉平处理,再进行小波变换插值,最后进行反线性动校正恢复面波。通过对理论模型与实际资料进行插值处理验证了本文方法的有效性,插值后的面波记录波形恢复较好,显著提高了频率速度谱的信噪比,有效解决了面波数据空间采样率不足引起的假频问题。     

微动和浅震反射技术在威宁-水城断裂构造隐伏地段的探测应用

威宁-水城断裂近年来地震较为频繁,历史地震最大震级为5.5级,为贵州地震发育较为频繁的一条较大断裂。本文为探查该断裂的隐伏部位的延续,进而判定该断裂隐伏段的位置、走向、倾向、断距等特征,利用微动和浅层地震反射两种物探方法对威宁-水城断裂重点位置进行精确定位。由于面波干扰的影响,根据地震反射剖面很难准确判定浅地表断层的精确位置。本文根据浅地表地层的错断往往会引起地层横向的速度变化的原理,利用微动方法提取2-5Hz频率范围的瑞雷面波相速度频散曲线,再利用面波层析成像方法反演获取面波二维相速度图像,从而反映出浅地表地层速度结构的变化,可以从另一方面揭示浅地表地层断层的精确位置。将这两种方法同时应用于威宁-水城断层勘探中,可在一定程度上弥补浅层地震反射勘探方法上判定断层浅地表地层精确位置上的不足。同时根据两种物探方法判断断层深浅位置不同,使两种方法能够相互验证。     

面波频散能量谱计算方法

面波频散能量谱成像精度是近地表横波速度计算的重要影响因素,有效提取面波频散曲线是后续反演地层结构及介质物性参数的重要环节。文中论述了τ-p变换法（τ为垂直波慢度,p为水平波慢度）、高分辨率线性Radon变换法、频率分解法、相移法、f-k变换法（f为频率,k为波数）、SFK变换法和矢量波数变换法等7种不同面波频散能量谱计算方法的基本原理;通过上述方法,对三层速度递增水平层状介质模型正演模拟合成Rayleigh波记录进行频散能量谱计算,并与理论频散曲线进行比较;根据所得频散能量谱,分析不同方法在数据处理过程中的特点与应用差异。结果表明：在提取频散曲线过程中,高分辨率线性Radon变换法和矢量波数变换法提取精度较高,f-k变换法提取精度最低,低频信息与高频信息无法有效识别;SFK变换法、矢量波数变换法、高分辨率线性Radon变换法抗噪性能强;τ-p变换法、f-k变换法、相移法计算速度优于其他方法。     

消除近地表地震散射噪音的方法

假设近地表垂直点力产生的地震波场由入射波场和散射波场组成。散射波场由深层散射和浅层散射两个部分组成，若只考虑消除近博区域的面波散射对地震资料的影响，则通过地震散射模型来估算近地表散射波分布。由波动理论建立近地表传播和散射模型，并在平行地表的一个网格面的各个节点上设置波阻抗差函数来近似地表的非均匀性。散射波场是入射波场与波阻抗差函数的函数。在这样的模式下，由炮集记录提取入射波场，进而通过最小二乘法，求解波阻抗差函数，最终得到散射波场的估计。从炮集记录中减去散射波场，实现地震散射噪音的衰减。     

复杂地表条件下地震资料一致性处理方法研究与应用

鄂尔多斯盆地东部地处黄土塬区,沟壑纵横、地形起伏非常大,受复杂地表条件及近地表结构等因素影响,原始地震记录的振幅、频率及相位在不同区域存在明显差异,这些差异与地下地质信息无关,容易导致解释陷入误区。因此,急需根据该区地震资料特点进行一致性处理方法研究,以提高资料保真度。在总结当前一致性处理方法的基础上,本文建立了复杂地表条件下新的地震资料一致性处理技术流程。在创新地表一致性振幅补偿思路的基础上,首次应用双域近地表Q吸收补偿技术,拓宽频带的同时,提高沟—塬连接线资料振幅、频率一致性;应用地表一致性俞氏子波反褶积,实现低频噪声的衰减及有效信号频带的拓宽,提高地震资料信噪比、分辨率的同时,进一步提高资料子波一致性。实际资料应用证实了该方法的可行性和有效性,具有良好的推广应用价值。     

井间地震时频域联合速度和衰减系数同步层析反演

井间地震资料中蕴含丰富的地下储层岩性和物性信息,利用井间地震直达波初至信息,通过层析反演可以得到两井之间的速度剖面。通过对井间地震直达波振幅衰减信息的处理,可以实现井间的吸收衰减层析成像。基于井间地震直达波射线路径的一致性,提出了井间地震时域直达波走时层析反演和频域质心频率衰减层析同步反演方法,增加了约束条件,增强了抗干扰能力。对模型和实际资料的处理结果表明,速度和吸收衰减同步反演方法,提高了速度层析反演精度,得到了对油气更为敏感的衰减属性,增强了井间地震在储层描述和油气预测中的应用能力。     

利用重力和面波联合反演确定四川地区三维岩石圈速度结构

基于不同地球物理数据对地下结构不同的敏感性和数据分布,联合地球物理反演可以减少反演的非唯一性和提高反演模型的可靠性。在研究中,利用噪声成像得到的地震面波相速度,并结合当地的布格重力异常数据对四川地区的岩石圈速度结构进行了联合成像研究。地震面波频散数据主要对地下岩石的横波速度敏感,而重力数据对地下介质的岩石密度有很好的约束性,为了将两种数据归并统一到同一个联合反演系统中,利用了地震波速度和岩石密度之间的经验关系。基于面波和重力联合反演成像算法,得到了四川地区岩石圈的三维横波速度模型。该模型不仅与地表已观测到的地质特征有较好的吻合性,而且能够比较好地拟合面波数据和重力数据,新的模型对于研究四川地区的地震灾害有着重要的参考意义。     

Mapping and attenuation of surface waves side scattered by near-surface diffractors

Near-surface diffractors are one of the problems in land seismic exploration. They can scatter the surface wave energy emanating from the seismic source and contaminate the signal received by seismic receivers. The scattered energy from the near-surface diffractors manifests itself on seismic shot gathers as strong hyperbolic events, called diffractions, masking the weakly reflected body waves. Diffractions present complications to most of surface-wave suppression schemes, especially when they have been scattered by scatterers outside the receiver line. Different methods have been used to eliminate diffractions from seismic data, including geophone arrays, filtering, and inverse scattering. Each of those methods has its own limitations. In this study, we present processing algorithms to map and attenuate near-surface diffractors of surface waves in seismic shot gathers. The mapping algorithm is based on semblance measurements and time–offset relations, while the attenuation algorithm is based on the least-square fitting of a source wavelet. The algorithms are applied on synthetic data from two different models. The first model has three near-surface diffractors, while the second model has three clusters of near-surface diffractors. Each cluster consists of three near-surface diffractors with a different geometry for each cluster. The results show that the proposed algorithms are successful in locating and attenuating most near-surface diffractors, except when the separation between individual diffractors is below the wavelength of the diffracted surface wave.     

天然源槽波勘探的可行性研究

常规炸药震源在高瓦斯矿井受到了十分严格的管制,迫切需要一种新型非炸药震源的槽波勘探方法作为替代。基于此,开展了矿井中天然源槽波勘探方法的可行性实验研究。通过理论分析和数值模拟实验,论证了煤层具备天然源槽波发育的地球物理基础。通过构建“三随机”天然源槽波模型,即震源的空间位置随机、震源初始激发时刻随机和震源的振幅随机,成功实现了天然源槽波的时间域数值模拟实验。采用相移法对天然源槽波数值模拟数据进行了频散谱计算,结果具有明显的频散特征。数值模拟实验结果证明了理论模型中天然源槽波的存在,且基阶和高阶形态均发育。在安徽淮南某煤矿工作面进行实测实验,成功采集到天然源槽波三分量数据,对实测数据进行频散谱计算,结果表明3个分量均具备频散特征,其中X分量频散曲线能量脊较为清晰,达到了验证天然源槽波存在的预期目标。总的来说,数值模拟结果表明天然源槽波的地球物理基础和形成机理是正确的,现场实验结果证明了天然源槽波在煤层中自然存在,该方法在矿井地质勘探中具有可行性和潜力。     

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。     

准噶尔盆地表层结构基本类型及特征

地震勘探区内表层及近地表结构的地球物理特征，往往取决于相应的地质体结构的变化．研究不同表层及近地表地质体的地质特征和地球物理特征，对地震勘探中静校正方法的确定以及静校正量的求取至关重要．准噶尔盆地就其表层地质结构可分为山前冲积扇、戈壁、农田、沙漠等类型，不同类型的地质结构体具有各自独特的地球物理特征。     

近地表隐伏断层地震波场响应特征与初至波成像应用研究

近地表隐伏断层直接影响工程安全施工。通过构建浅覆盖层下方陡立界面断层数值模型,分析近地表隐伏断层地震波场的传播与转换规律。通过工程实测数据验证了数值模拟波场响应特征的可靠性,并利用初至波走时层析成像技术对地下介质波速进行成像。研究结果表明：(1)初至波转换形成的断点绕射波具有1频率升高、速度突变的特点,可清晰指示测区内断裂带的存在,可作为现场数据采集时断层的直观反映;(2)工程实测中通过原始波形到时、频率信息可初步判断断层的存在,基于射线追踪的初至波层析成像结果与后期钻孔揭露情况基本吻合,说明初至波层析成像在浅层地震勘探中的实用性;(3)接收测线排列内布设震源的方式,两侧震源延拓距离短,无需额外为震源激发提供场地,在工程施工中具有经济、快速、高效的特点,可作为野外复杂地表条件地下浅层结构探测的有效观测系统使用。     

地震波速层析成像方法研究进展

本文回顾了利用天然地震观测获取地下速度结构的方法。尽管有不同的新方法涌现,天然地震波速层析成像方法,尤其是多震相联合反演的格点层析成像方法,是当今使用广泛使用的层析成像方法之一,是对地球内部成像的最有效方式。波速层析成像方法的未来发展首先是提高第一手的观测资料,即增加接收地震波信息的地震台站分布密度;同时,通过多种地球物理方法联合反演相互约束可以给出较为严格的地球物理模型,并来降低了地球物理反演和解译的多解性,这是地球物理探测研究的趋势,也是天然地震波速层析成像方法的研究趋势。     

工程地震折射波解释方法研究进展

地震折射波勘探是工程与环境地球物理中应用最为广泛的方法之一。作为一种简洁方便又经济实惠的勘探方法,它可为工程地质提供近地表地层起伏变化和速度横向变化以及潜水面变化资料等。随着工程地质勘查和城市地质勘探工作的发展,工程地震折射波法数据处理与解释变得尤为重要。本文主要介绍了浅层地震折射波法的发展历程、应用条件,并总结和讨论了几种主要折射波解释方法的原理。在此基础上,比较并讨论了各种方法在应用中的优势和不足,阐述了近年来国内外浅层地震折射波法的发展现状及趋势,并着重介绍了作为研究热点的折射层析成像方法。研究表明：当探测深度较浅且分界面足够平整、界面倾角较小时,最方便的解释方法是截距时间法;当勘探目标的深度达到25 m时,t₀差数法最为适用;勘探目标埋深超过25 m时,应当使用广义互换法。随着勘探精度要求越来越高,使用折射波走时层析成像技术可以满足纵横向速度变化的近地表地层,包括大倾角地层、隐伏层、界面起伏层等。     

基于F-K变换的井下多道瑞利波频散曲线提取

井下瑞利波勘探中频散曲线的提取多采用基于两道之间互相关的表面波谱分析法,此方法仅能提取基阶模式的瑞利波频散曲线.为了能够获得多阶模式频散曲线,提高煤矿井下瑞利波勘探的探测距离和精度,运用基于F-K变换的多道瑞利波频散曲线提取方法处理井下地震数据.针对井下地震数据的特点对方法进行了改进,在利用合成数据验证方法的有效性后,将其应用于工作面内部构造探测中,并从中获取了具有多阶模式的瑞利波频散曲线,从而证实了当煤层中存在断层时多阶模式瑞利波的存在.     

稳态瑞利波法在中国的应用及进展

采用电磁震源的稳态瑞利波法在我国应用已有近10年的历史,是我国应用最早的面波勘探方法。近10年来,通过理论和试验两方面的研究,在资料采集、处理和解释方面都取得了显著进展;确定"拐点"和"之字型"异常为D-_vR曲线上地层界面的两种基本异常形态;根据单条曲线的形态,可以确定洞穴、裂隙、松软带等地质异常的基本类型;并获得了深达一二百米以上的实测资料。稳态瑞利波法成功地应用到许多大、中、小型工程项目之中,解决了一些复杂的工程地质问题,在勘探深度、解释精度和空洞判断准确率方面都达到了较高水平。稳态法所具有的优势是其它类似物探方法包括目前的瞬态面波法很难比拟的。可以预见,随着稳态和瞬态方法、仪器的发展,两者互相促进,互为补充,必将进一步提高瑞利面波勘探的水平和解决各种复杂地质问题的能力。