基于MF-J变换的DAS观测高阶面波提取和浅地表结构成像

分布式声波传感(DAS)技术可以将现有城市通信光缆转化为密集宽频带地震观测系统,利用城市通信光缆进行主/被动源面波成像为城市浅地表结构成像和地下空间探测提供了新手段,具有广阔的应用前景.近年来大量研究表明,充分利用高阶面波信息能显著提升面波结构成像效果.为探索DAS记录中的高阶面波提取和利用的可行性,本文推导了适用于DAS系统地震记录提取多模式面波频散曲线的MF-J变换公式,并成功应用于白家疃光纤实验的主动源观测数据,提取了多模式频散曲线并反演构建了研究区高分辨、高精度的横波速度结构剖面.研究结果表明,MF-J方法能有效地从DAS主动源记录中提取多模态频散曲线,并能去除传统MF-J方法中的交叉假频现象;基于多模式面波频散曲线反演的速度结构分辨率和置信度都明显优于只用基阶模态的反演.本文的研究结果揭示了利用城市通信光缆实现低成本高分辨率地下结构探测的可能性.

高阶模态面波在软弱薄层探测中的应用

面波勘探在浅地层波速测试及速度分层工作中取得了较好的地质效果 .在一般情况下主要利用面波的基阶模态 .有低速薄层存在时 ,瑞利面波的能量不仅分配在基阶面波中 ,有些高阶模态的面波还具有较高的能量 ,高阶模态面波的高能量反映了低速层的存在 .在以高能量为标准的方法合成频散曲线时 ,各阶面波的综合作用使频散曲线上出现“之”字形特征 .根据这些特征可以确定软弱薄层的空间位置 .在实测资料解释中 ,注意利用高阶模态面波 ,取得了较好的地质效果 。

层状介质瑞利面波的波形模拟研究

对地质模型进行瑞利面波正演计算可以模拟地震波在地下介质中的传播规律,以明确地质体瑞利面波记录特征。在瑞利面波资料解释过程中,对地质模型的正演计算可以对解释结果进行验证,并能提供地下地质体地震波岩石物理响应特性。本文首先根据地震波叠加原理,模拟计算3种常见速度结构地层条件下的瑞利面波波形记录;然后分析讨论了不同速度和厚度结构地层的高阶和基阶面波的能量分布和面波波形记录特征,研究结果证明由于地层速度和厚度结构的差异,各阶模态面波的能量分布不同,形成特征不同的波形记录。模拟面波波形能够帮助判断地层速度特征、指导野外施工参数设计等工作。在面波勘探工作中,具有重要的实用价值。

数字滤波法分离高、基阶模态瑞利面波的应用

面波勘探主要利用基阶模态面波频散曲线进行定性或定量解释,而记录中的高阶模态面波对提取基阶模态面波频散曲线是一种规则干扰,本文采用二维数字滤波法去除高视速度的高阶模态面波。模拟了软夹层型和硬夹层型两种地层结构的含多阶模态面波理论记录和频散数据。利用带通切饼式二维数字滤波器对存在视速度差异的高阶模态面波和基阶模态面波进行滤波分离试验,研究证明二维数字滤波方法简单可行,可以在一定程度上压制高阶模态面波的影响。特别对于高阶模态面波影响严重的面波记录有突出基阶模态面波的较好效果。

浅地表面波成像技术研究进展与展望

基于主动源和被动源的面波成像技术近年来发展迅速,已在全球和区域尺度的地球内部圈层精细结构成像、油气田勘探与开发、浅地表地质调查、工程质量超声检测、环境污染治理成效监测等领域开展了广泛的应用研究.关于面波成像技术的研究成果,涉及到了从理论到应用的众多方面.本文简要回顾了主要基于瑞利波和勒夫波的浅地表面波成像技术的发展历程,较为详细地调研并综述了高阶模式面波的应用、多道面波波形反演、被动源面波成像、多分量面波成像等技术的研究进展.并简要分析了其他关于面波信号采集与处理技术的研究情况,如基于高速铁路噪声信号的高铁地震学和基于光信号在光纤内部后向瑞利散射原理的分布式光纤声波传感技术.最后对浅地表面波成像技术的发展前景进行了简要地展望.

基于频率-贝塞尔变换法的关东盆地S波速度成像

将一种新的方法--频率-贝塞尔变换法(F-Jmethod)应用于日本NIED在关东盆地布设的MeSO-net台网的背景噪声数据中,证明频率-贝塞尔变换法可以有效地从背景噪声中提取高阶频散曲线.利用提取的基阶和高阶频散曲线反演关东盆地区域的沉积层和地震基岩层的S波速度结构,并将我们反演得到的S波速度结构与Koketsu等提出的日本综合速度结构模型进行对比讨论.我们的例子证明,在基阶面波的基础上,高阶面波能减少在反演中的非唯一性,得到更为准确的S波速度结构.

基于微动方法的浅层结构探测实验设计与实施

为了增加地球物理学专业本科生野外科研实践,设计了基于微动面波法的校园浅层结构探测实验。该实验包括基阶与高阶面波频散曲线联合反演地表浅层结构的方法和原理、野外微动数据采集、高阶和基阶面波频散曲线提取与地下结构反演等,最后完成反演结果的分析与解译,即完成一次野外科研实践。结果表明,该实验项目能够提升学生的动手操作能力,为探索和完善新工科背景下地球物理类基础实验课程教学和科研实践提供了有益借鉴。

基于F⁃J法微动探测的表层结构调查

三维地震勘探常常处于城镇、道路等无法实施微测井等静校正方法的区域,近期人们尝试利用微动调查替代现有的静校正方法,取得了一定效果。现今微动调查在石油勘探的应用中主要通过提取面波频散曲线反演地层速度结构。该方法在石油勘探领域仍处于起步阶段,作为核心技术的频散成像方法种类繁多,其中2019年提出的频率—贝塞尔变换法(Frequency‑Bessel,F‑J)受到人们的广泛关注。相比空间自相关方法(SPAC),F‑J方法在利用背景噪声高阶模式面波成像上具有巨大优势。为了更好地研究F‑J方法的适用性,首先利用合成数据分析了不同观测系统和采集参数对F‑J成像的影响;然后利用四川某地实际噪声数据分析了不同观测系统、采集时间对F‑J频散成像的影响。实际应用中采用分段择优叠加得到的频散谱,可有效提高频散谱成像质量,为准确提取频散曲线提供了数据基础。进一步对比测井数据,发现利用基阶、高阶模式频散曲线进行多模式联合反演可精确地反演地层结构,使经济、高效地获得表层结构成为可能。

频率-贝塞尔变换方法在巢湖滩涂浅层勘探上的应用

目前常用的基于背景噪声的面波方法反演地下速度结构,存在频率范围较低,对浅部不够敏感,无法有效提取高阶面波频散曲线的缺点。研究表明,高阶面波包含丰富的地下介质结构信息,在反演时加入高阶提供更多的约束,可降低反演非唯一性,提高反演结果准确性。这里用频率-贝塞尔变换方法对从安徽巢湖滩涂采集到的背景噪声数据进行处理,并使用拟牛顿法进行反演。对比了只用基阶频散信息和基阶、1阶频散曲线联合反演两种情况,结果表明,在结合了1阶频散信息后,得到了更为准确的浅部速度结构,说明频率-贝塞尔变换方法在浅层勘探中的应用是行之有效的。

基于频率-贝塞尔变换法的浅地表三维S波速度成像

100 m以内浅地表的高精度勘探对城市发展具有重要意义,近年来利用环境噪声研究浅地表横波速度结构的被动源面波勘探方法得到快速发展.为探讨频率-贝塞尔变换法在浅地表勘探中的应用效果,本文将频率-贝塞尔变换法应用到杭州东部某地区布设的小尺度密集台网的环境噪声数据中,有效地从环境噪声中提取了基阶和高阶面波频散曲线.利用提取的各阶频散曲线联合反演了该地区浅地表的横波速度结构,并将反演结果与Chen的Maps法、层析成像结果和测井数据进行对比.结果表明:频率-贝塞尔变换法较于Maps法具有更高的水平和垂直分辨率;在反演横波速度结构时,加入高阶面波频散曲线能够加强深部的约束效果,使深部的反演结果更接近测井值;其在小尺度的浅地表勘探中也具有较好的应用效果.研究为浅地表高精度被动源面波勘探方法的选择和频率-贝塞尔变换法在小尺度地区的应用提供了指导.