被动源面波勘探方法与应用

被动源面波源于自然界和人类活动所产生的各种振动,通过分析被动源面波的频散特性可推断地下横波速度结构。介绍了被动源面波的特征及被动源面波勘探的基本流程;阐述了从被动源面波数据提取频散曲线的SPAC与F—K等两种方法,通过数字模拟对两种方法进行了对比;列举了采集被动源面波数据的技术要求;给出几个应用实例,说明其效果。     

双源面波数据采集与处理系统及其应用效果

双源面波数据采集与处理系统融两种勘探方法的硬件性能和软件功能于一体,既能采集与处理主动源面波数据,又能采集与处理被动源面波数据。同一测线上的双源面波联合勘探,既能兼顾浅层勘探分辨率的要求,同时也可以达到更大的勘探深度,取得良好的地质效果。对于同一场地,不同类型观测台阵、不同采集时间数据的被动源频散曲线具唯一性;排列的布设与空间位置无关,主动源面波采集数据重现性良好。     

浅谈瑞雷面波工程勘探的装置问题

文章简要介绍了瞬态瑞雷面波勘探的原理和开发的数据采集系统,探讨了对于坚硬路面及直立挡土墙,如何安放检波器,以及如何通过改变激震方式加大探测深度,实践证明合理地选择检波器装置及激震源,可拓宽面波勘探的应用领域,提高勘探效率.     

综采工作面随采地震的采煤机震源模拟

为了分析以采煤机作为震源接收到的随采地震数据的波场特征,从正演模拟的角度出发,通过将采煤机截割方式及滚筒的受力情况转换为震源力函数的形式,以不同时间不同位置的荷载分布作为震源对波动方程进行加载,采用高阶交错网格有限差分法对波动方程进行求解,得到正演单炮数据。最终,数值模拟得到的随采地震数据显示出,采煤机震源激发的波场中,横波能量占据主导地位,纵波能量较小,且在高频数据中,y分量上有明显的槽波存在,其极化特征显示出该槽波为Love型槽波。最终,模拟数据与实际采集的y分量数据对比表明,二者在波场成分及分布方面具有较高的相似性。      

被动源面波线形台阵在路基采空区勘查中的应用

被动源面波勘探又称作微动勘探,以其野外采集布设灵活、抗干扰、环境适应性强等优点,在城市工程勘察中的应用效果越发明显。文章以某地城市道路交通施工前期的采空区勘探工作为例,开展了被动源面波法线性台阵在探测路基下方采空区的应用效果研究,采用Atlas节点地震仪布置线形台阵采集微动数据,利用SWAINS面波处理软件提取微动数据的频散曲线,进而反演地下介质视横波速度剖面。试验结果表明,线形台阵被动源面波法适合于城市道路复杂场地环境下的采空区探测,钻探验证率高。     

WD智能天然源面波数据采集处理系统及其应用试验

我国自主研发的WD智能天然源面波数据采集处理系统,改变了迄今为止现场仪器只采集天然微振动波形记录的现状。该系统利用大数据计算、筛选、叠加、归一化等技术,创先性研制出现场仪器在采集微震信号的同时,可直接显示勘探成果的面波频散曲线;信号采集过程中,无需震源,无需人工控制;装置系统安置在地面,10~30min可获得上百米深度地层的面波频散曲线,得知土层软硬。在不同岩性地区的试验结果证实,该系统能快速、准确地进行地层划分,操作便捷,适应性强,为天然源面波勘探广泛应用于工程勘查提供了技术保障。     

主-被动源地震面波勘探方法在岩溶区浅覆盖层探测中的应用

采用主-被动源地震面波勘探方法,对桂林市兴安县典型浅覆盖层实验区三维地质结构进行探测研究.结合主-被动源面波数据提取的频散曲线,拓宽了频带,提升了低频信号的分辨率.实验结果显示,测区内地下介质横波速度值范围为161.5～519.5 m/s,根据速度值的差异将实验区地下介质大致分为4个层位,第一层速度范围为161.5～2...     

一次波和多次波联合成像在障碍观测系统中应用

在地震资料采集过程中,不可避免地会遇到一些障碍区域,如某段区域由于地形特殊性无法放炮而只能放置接收器,在这种特殊观测系统下,若依然只利用一次波作为有效波,可能会出现地下结构成像信息不足。而如果此区域有比较发育的多次波,尝试将多次波和一次波同时作为有效信息用于波场逆向延拓,在震源记录中同时加入一次波和多次波成像所需的震源信息用于正向延拓,并引用2D反褶积成像条件,从而实现多次波和一次波联合成像,获取比常规一次波成像更加丰富的成像信息。模型数据和实际资料测试结果表明,此方法技术可以实现对障碍观测区域成像信息的补充,说明多次波信息在一些障碍观测区域应用的有效性。     

被动源面波法在水电工程勘察中的应用研究

水利水电工程大多坐落于高山峡谷中,地质条件复杂,物探方法作为主要勘探手段,在勘测设计中发挥着重要作用。近年来随着水利水电工程建设不断向难度更大的上游地区转移,对物探工作提出了更高的要求。被动源面波法是通过记录地球表面微弱振动的垂直分量,从中提取瑞雷波频散信息,推断地下介质横波速度结构的一种物探方法。这里首次将被动源面波方法应用于大型水利水电工程勘察中,基本上查明了坝址区地下约100m以内地层的横波速度结构,满足了勘探任务要求。在本次勘察中,除了在河谷阶地采用三角形台阵进行观测外,在陡峻河谷段尝试使用了直线排列方式,采用空间自相关法提取频散曲线,取得了良好的应用效果。实验结果表明,与其他物探方法相比,被动源面波法以其抗干扰能力强、分辨率高、受场地条件影响小等特点,在水利水电工程勘察中具有一定的技术优势和良好的应用前景。     

勘探地震物理震源模拟分析

震源是油气资源勘探和微地震监测中很重要的部分。为恰当地选择地震波勘探震源、节约野外勘探成本,文中基于加载压力源、剪切源和集中力源的理论公式,通过交错网格有限差分法数值模拟获得震源在各向同性介质中的地震波场图,详细讨论震源激发波的分布特征。通过波的偏振理论,从物理上细致地分析震源产生地震波的机理,与解析解一并验证数值模拟结果。所得结果说明:震源力是数值模拟地震波场的可控性因素;震源在三维裂缝介质中可观测到横波分裂现象;物理分析是很好地解释地震波场分布图的一种验证方法。     

天然源面波法在西藏扎西康矿区采空区勘察中的应用

天然源面波勘探是从自然界的各种微小振动中提取出瑞雷面波,经过面波频散曲线的反演得到岩层速度结构,达到推测地下岩层和构造分布状况的目的。该方法克服了人工源激发困难的问题,对场地适应性强,有效探测深度较大,探测结果具有分辨率高、抗干扰能力强等特点。文章以扎西康矿区采空区勘察中的应用为例,介绍了天然源面波法特点、优势及应用效果。     

Measurement and Analysis of Ground Vibration with Various Sources at Iron and Steel Complex

In this paper, the measurement technique and analysis method of ground vibration with various sources at iron and steel complex are described. The practical measurement cases of ground vibration excited by gas compressor, hammer, truck, train etc. at iron and steel complex are presented. The shapes of wave velocity, peak values, and the main frequency from measured point are listed. The measurement results point out that the velocity waves with different sources have different forms, which are mainly divided the wave forms into three types : the complex-steady-state wave, the shock wave, and the random wave, different main frequency spectrum, different peak values of velocity, and different decay law with distance from sources. The wave in three directions have different forms at each measured point with same seismic source, and their decay laws are different, too. The decay laws of vertical displacements caused by fallen-hammer with the distance from source quite fit in with the equation derivative by Bornitz.     

钢铁联合企业各种振源地基振动的测量与分析

本文叙述了钢铁联合企业内各种振源地基振动的测量技术和分析方法,介绍了武钢等企业内空气压缩机、落锤、锻锤、汽车、火车等振源地基振动的实测情况,列出了各测点的速度波形、峰值、主频等数据。实测表明:不同的振源具有不同的振动波形(大致分为复合稳态波、冲击波、随机波三类)、不同的主频率带、不同的速度峰值及其随距离衰减的规律,且同一振源各测点上三个方向的振动波形不同,衰减规律也不同。落锤振源各测点垂直位移随距离的衰减规律与博尼茨(Bornitz)推导的关系式比较符合。     

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。     

交通荷载作用下边坡振动响应特性分析

通过对316国道土质边坡及岩质边坡进行振动响应测试,研究交通荷载引起土质及岩质边坡振动加速度大小及其空间变化特征,同时利用FFT方法对振动信号进行频谱分析,得到岩质及土质边坡的振动响应频谱特性。测试及分析结果表明,振动波传播过程中携带了反映介质固有特性的信息,岩质及土质边坡对交通荷载的响应均较为敏感,相同荷载在土质边坡引起的振动加速度及振动幅值大于岩质边坡,其中土质边坡沿坡由下向上振动响应有减弱的趋势,且振动在短距离内衰减较快,而岩质边坡振动响应在短距离内衰减较慢;主频随着振动波的衰减有向低频移动的趋势。测试为分析振动传播途径和研究振动对边坡稳定性的影响提供了宝贵资料,对多因素引起的边坡稳定性评价有重要的实际意义。     

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。     

Evaluating the structural model from ambient vibration recordings and shallow seismic refraction techniques. A case study of Zagazig City,Egypt

This study uses the seismic refraction and noise measurements to investigate the velocity structure of the subsurface and emphasize the advantage of ambient vibration over the conventional seismic refraction technique. Field measurements were carried out at nine sites in and around Zagazig city. Shallow seismic refraction data were interpreted using the delay time method to obtain the two-dimension ground model at each site. Ambient vibration arrays are used to infer the one-dimensional compressional and shear wave velocity profiles through two main steps. The first step is to derive the dispersion curve from the recorded signals using the frequency-wavenumber method. The second is to invert the dispersion curve to obtain the site velocity profiles. The results of the compressional wave velocities obtained from seismic refraction technique showed that the subsurface consists of a number of layers ranging from two to four layers and give a good agreement with the results of the seismic wave velocities obtained from the ambient vibration arrays. The ambient vibration arrays gave a deeper depth of penetration than the other method, providing more information on the subsurface structure without any disturbance to the environment. This work provides reliable estimates of the seismic velocity structures of both shallow and deep sedimentary layers within the area of interest.     

地铁列车进出站时土层空间振动特性分析

地铁列车进、出站引起的土层振动是一种振源特性丰富且复杂的特殊振动。为了研究地铁进、出站时引起土层振动差异性和空间振动特性,首先将地铁进、出站过程中变速移动的振源简化成振动频率、车离站相对位置及行驶位置不断变化的柱面振源。基于波动原理,采用波函数展开法建立空间振源在土层内的波动场表达式;利用反射定律推导不同波型反射波的传播方向,再根据Graf加法公式以及贝塞尔函数的变换特性将波场表达式转换到统一坐标系下,利用大圆弧地表的边界条件求解不同振源位置下的待定波场系数;最后根据频域内振动叠加原理,确立在整个列车进、出站过程中变速移动振源的总波动场。通过比较计算得到的列车进、出站时地表振动频谱和实测地表频谱特性,验证柱面振源的有效性,发现进、出站引起的地表振动低频特性更明显。参数分析表明,启动最大加速度和制动初速度的增加都将使地表竖向振动响应增大。     

Single-station ellipticity retrieval and its joint inversion with dispersion curve,for a borehole test site

To obtain the shear wave velocity profile for engineering application to near-subsurface, many geophysical techniques are used. The dispersion curve alone is unable to provide deeper shear wave velocity information for deep soil deposit; therefore, a joint inversion of dispersion curves with the horizontal over vertical (H/V) (i.e., apparently ellipticity) curve is recommended. The H/V curve obtained from the microtremor recording contains a major part of Love wave contribution to the noise wavefield horizontal component. Due to this presence of Love wave fraction, the H/V curve does not completely replicate the ellipticity of Rayleigh wave. In this study, we try to compare the Rayleigh wave ellipticity obtained from the borehole velocity model to the H/V curve obtained at the same locality from seismic ambient noise recording. Two different techniques available for the Love effect minimization are tested and compared with the borehole ellipticity. Finally, the joint inversion of H/V and dispersion curve is made, which shows great correspondence with the previous measurement at the site.