基于三角和线性台阵的煤矿背景噪声成像技术适用性研究

背景噪声面波成像在大尺度区域构造及浅层工程勘探中已得到广泛应用,但在几百米至1 km深度范围内探测研究相对较少。该探测深度利用的噪声源为几赫兹至十几赫兹的人文环境噪声,在时间空间上变化较大。为研究背景噪声成像技术在煤矿尺度探测中的适用性,本文以里必煤矿深部探测为例,通过实验数据系统分析了噪声源的分布特征及不同台阵频散成像的适应性。研究发现,矿区2 Hz以下噪声能量在晚上占主导,大于2 Hz噪声源能量在白天占主导;目标3号煤层埋深(700 m)利用的噪声频段(2~10 Hz)主要分布在东南方向;当噪声源能量和方位相对单一时,与噪声源方向一致的线性台阵可以获得比三角形台阵更好的频散数据。最后,通过提取NW向线性台阵的频散数据,获得了台阵下方的一维速度结构。与台阵附近ZK101钻孔岩性柱状图对比分析,得出利用背景噪声成像获得的速度结构与地下岩性具有较好的对应关系。说明在充分考虑噪声源分布的情况下,基于线性台阵的背景噪声成像可以获得煤矿尺度1 km以浅可靠的速度结构。

基于密集线性台阵的背景噪声成像在明光市城市活断层调查中的应用

近年来,短周期密集台阵被动源探测技术逐渐成为地壳精细结构探测研究中的重要手段.为了探讨其应用于城市活断层调查在勘探尺度的有效性,在横跨安徽省明光市郯庐断裂带东界两条主干断裂位置,沿同期的主动源S波反射剖面,安徽省地震局和中国科学技术大学联合布设了一条由133个短周期地震仪组成的被动源密集测线.我们通过该被动源测线获得了约28天的连续波形记录,并采用一种新的线性台阵背景噪声成像方法——拓距相移法提取了10 Hz~2.0 s宽频的基阶Rayleigh波相速度频散曲线.利用得到的宽频带频散曲线,我们反演了近地表1.3 km以浅的高分辨率S波速度结构,并与基本重合的主动源S波反射剖面以及地质资料等进行对比,验证了反演结果的可靠性,同时进一步分析了郯庐断裂带东界两条主干断裂的断层特征.结果表明:(1)被动源与主动源反演结果在近地表100 m以浅高度一致,且被动源的反演深度更深;(2)池河—太湖断裂是隐伏于深部的走滑断裂和浅部伸展断裂的综合反映,浅部为倾向北西的正断层,向上穿透第四系地层,可能为活动断裂;(3)拓距相移法能有效拓宽频散曲线的提取频带,保证浅部结构具有高分辨率,同时大大加强对深部结构的约束.该方法能够获得可靠的地下结构反演结果,可以作为城市活断层调查的一种新的有效手段.

利用非线性台阵叠加方法快速追踪2015年4月25日尼泊尔M_W7.9地震破裂能量中心运动轨迹

本文应用一种非线性台阵叠加方法,通过对地震记录瞬时相位信号的延迟叠加来估计信号间的一致性程度,用于在震后快速追踪大地震破裂能量中心相对于震中运动轨迹.基于此方法,文中利用欧洲地震台网不同频率段的数据对2015年4月25日尼泊尔M_W7.9地震的破裂轨迹进行了追踪,并对成像结果的不确定程度进行了估计,且通过理论地震图计算,验证了该结果的可靠性.研究结果表明,该事件为东南向发展的单侧破裂,破裂尺度至少达到120 km.整个破裂过程主要分为三个阶段,第一阶段破裂在震中附近释放小部分能量;第二阶段破裂向东南方向发展,表现出明显的沿断层倾向辐射频率变化的现象,相对更高频的能量辐射在更深处发生;第三阶段破裂继续向东南方向发展,不同频段得到的能量中心运动轨迹趋于一致,这可能提示了滑移范围的逐渐变窄.同时,推断在主喜马拉雅逆冲断裂的更深部(断层深度大于等于20 km处)也存在破裂的可能.

线性台阵被动源面波法在地下空间探测中的应用

城市地下空间利用日益呈现出深层化特点,开展城市环境下深层化探测技术研究对于保障城市地下空间开发和利用具有重要意义。在对被动源面波法基本原理介绍的基础上,分析了现有二维观测系统在城市地下空间深层化探测方面存在的不足,提出了一种长排列线性台站被动源面波观测系统。该观测系统具有探测深度大、布置灵活、工作效率高等特点。偏线噪声源水平分析及对比试验结果表明:城市环境下线性台阵被动源面波观测系统受偏线噪声源影响较小,能够有效地获取地下介质横波速度结构。工程应用结果表明:线性台阵被动源面波法在土石界面划分、隐伏地质构造探测方面具有较好的应用效果,在城市地下空间探测,尤其是深层化线性工程地下空间探测方面具有较好的应用前景。

线性台阵背景噪声成像技术在陷落柱探测中的应用

背景噪声成像技术是近年来发展起来的有效的地层速度结构成像方法,其具有设备简单、对勘探环境破坏较小等优势,将其应用于陷落柱的探测,效果良好。本文主要对背景噪声成像技术应用于陷落柱探测的理论依据及针对性的关键处理技术进行了详细阐述,并对其应用效果进行了对比分析。结果表明,背景噪声成像技术必将以其独特优势,在未来的勘探中发挥越来越大的作用。

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。

短周期线性密集台阵揭示的粤东地区地壳结构特征

利用跨江西省、广东省、福建省布设的225个短周期密集台阵观测时长为58d的远震波形数据,采用P波接收函数H-κ扫描叠加和共转换点(CCP)叠加两种方法,对研究区下方地壳厚度、泊松比分布和接收函数成像进行研究。结果表明:1)研究区地壳厚度和泊松比具有明显的分块性,并与断裂分布有关,地壳厚度变化总体上表现为由西北向东南由薄变厚再逐渐减薄的趋势,变化范围为27.1~33.9km,平均地壳厚度为29.9km,且地壳厚度变化与地表起伏符合地壳均衡理论。2)研究区泊松比变化范围为0.21~0.33,平均泊松比为0.26,整条测线泊松比大于0.25的部分占比70.83%,属于高泊松比区域,原因可能为研究区多发育断裂破碎带,俯冲板块物质的深部熔融导致地幔物质沿断裂部分上涌,使得地壳中石英含量减少。3)研究区在距地表10~15km范围内存在一个较为连续的负极性界面,结合前人研究,将其解释为华夏地块东部广泛存在的低速层顶部界面,在距地表15~20km范围内存在地壳低速体,发育位置偏向内陆方向。

基于线性密集台阵的2023年甘肃积石山M_(S)6.2地震断层低速带研究

2023年12月18日,甘肃省积石山县发生M_(S)6.2逆冲型地震。该地震发生在祁连活动地块拉脊山北缘断裂带,在断裂两侧曾发生过20余次5级左右中强地震,地震活动频次高,因此研究拉脊山断裂带特征具有重要意义。根据拉脊山断裂走向和此次地震余震分布,在刘集乡布设一条线性密集台阵,利用不同方位的余震事件计算体波的走时延时和放大效应。结果表明,P波和S波分别存在6个采样点(约0.012 s)和15个采样点(约0.03 s)的走时延时,推断出台阵西侧存在一个约150 m宽近似垂直的断层低速带,且该结果与远震P波相似性系数矩阵结果一致。

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.

微动技术在轨道交通勘察地质分层中的应用

城市轨道交通一般处于城市中心,对于勘察钻孔和布设大范围的微动台阵有很多的不便和限制。本文提出利用微动技术的线性台阵,沿城市道路方向布设检波器,减少了占地范围,为道路地下地质分层提供了丰富的频散曲线信息。研究表明,线性台阵利用多通道采集技术,获得多个勘探点的数据,通过频散曲线的拐点、斜率和频散点疏密进行分层,与已知钻孔资料对比后,确定了方法的可靠性。本文以南京某在建地铁为例,结合附近运营线路钻孔资料和微动技术勘测资料,为在建补充地质勘察工作提供了依据,相比钻孔成果微动技术更能揭露地下复杂地层的分布,提高了工程地质勘察精度和效率,缩减了勘察成本和工期。