物探新技術(shù)微動探測技術(shù)介紹王洪

1、S波速度剖面上有明顯的物探新技術(shù)微動探測技術(shù)介紹王洪(貴州省有色地質(zhì)和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊,貴州都勻558000)摘要1微動探測技術(shù)是中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所副研究員徐佩芬博士等近年來在傳統(tǒng)微動測深的根底上研究開展的一種探測新技術(shù),并率先應(yīng)用于國內(nèi)多個勘探領(lǐng)域.該方法是利用拾震器在地表接收各個方向的來波,通過空間自相關(guān)法提取其瑞雷面波頻散曲線,經(jīng)反演獲取S波速度結(jié)構(gòu)的地球物理探測方法.該方法不受電磁及噪聲干擾影響,探測深度大,雖然當(dāng)前仍存在一定的局限,但其顯示的優(yōu)越性說明該技術(shù)是一種很有前景的新技術(shù).關(guān)鍵詞微動探測；瑞雷面波；反演；地層波速結(jié)構(gòu)；測深中圖分類號P631文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文

2、章編號1000-5943(2021)010075-032021年1月,在?國際地球物理期刊?第188卷第1期115-122頁上,發(fā)表了由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所副研究員徐佩芬博士等撰寫的一篇?利用微動排列分析方法測量隱伏地?zé)釘鄬?(Mappingdeeplyburiedgeothermalfaultsusingmicrotremorarrayanalysis.GeophysicalJournalInternational.2021,188(1):115-122)的論文,該文例舉了用微動探測方法在江蘇吳江地?zé)峋贿x址上的成功應(yīng)用.實(shí)測結(jié)果說明,隱伏斷裂破碎帶在微動視低速異常顯示(見圖1)口

3、.這一方法為探測深部隱伏地?zé)針?gòu)造開拓了一條新的技術(shù)途徑,也為金屬礦產(chǎn)探測、煤礦陷落柱及采空區(qū)探測、工程地質(zhì)勘察(鐵路、地鐵、城市地質(zhì)調(diào)查)等多個領(lǐng)域提供了一種新技術(shù).1微動探測方法的由來地球外表無論何時何地都存在一種天然的微弱震動,被稱為“微動.微動探測方法TheMicrotremorSurveyMethod,簡稱MSM是從圓形臺陣采集的地面微動信號中通過空間自相關(guān)法提取其瑞雷面波頻散曲線,經(jīng)反演獲取臺陣下方S波速度結(jié)構(gòu)的地球物理探測方法.該方法曾廣泛應(yīng)圖1江蘇吳江地?zé)峋贿x址微動視S波速度剖面Fig.IMicrotremorSwavespeedingeothermalwellinWujian

4、gofJiangsu用于地震構(gòu)造探測及場地穩(wěn)定性評價等方面,應(yīng)用領(lǐng)域很有限.徐佩芬等近年來在傳統(tǒng)微動測深收稿日期20211212作者簡介王洪1967,男,湖南雙峰人,物探高級工程師,碩士,長期從事地物化研究工作.76貴州的根底上研究開展了微動剖面探測技術(shù),并率先應(yīng)用于國內(nèi)多個勘探領(lǐng)域,是對傳統(tǒng)微動探測方法的繼承與創(chuàng)新.基于臺陣技術(shù)的微動理論早年由美國地球物理學(xué)家Aki1957和Capon1969提出反.2工作原理和方法技術(shù)2.1工作原理微動測深的物理前提是基于不同時代沉積地層之間存在的波速差異.地層波速與巖石密度和彈性有關(guān),新生界、中生界、古生界到中上元古界地層的波速差異較為明顯,形成了由低到

5、高可以識別物性界面從幾百m/s至幾千m/s.這種方法利用的是地球外表無時不在的地面微小“震動作為觀測對象,它的振幅很小微米量級,它是由自然界中海浪、氣壓變化、人類工地質(zhì)2021年30卷業(yè)及交通活動所產(chǎn)生.它的成份較為復(fù)雜,包括有面波、體波等各種成份,其中面波占主要成份.2.2工作方法一般用頻率一空間自相關(guān)SAC法和頻率一波數(shù)FK法來獲取和處理分析面波.2.2.1空間自相關(guān)法野外工作方法空間自相關(guān)法是利用特殊陣形如圓陣、棱形陣等接收天然場源的面波,總的原那么需滿足一臺拾震器位于圓心,其它各拾震器布設(shè)在半徑為r的圓周上,這樣以便接收各個方向的來波,拾震器越多,勘探的精度越高,所以在實(shí)

6、施過程中應(yīng)盡量多布設(shè)拾震器.數(shù)據(jù)處理方法空間自相關(guān)法主要是在時間域進(jìn)行面波提取的一種比擬簡便,實(shí)用方法.對于野外所接收的數(shù)據(jù)首先在時間域進(jìn)行窄帶濾波處理,求出不同頻率的空間自相關(guān)系p,此空間自相關(guān)系數(shù)實(shí)際是面波頻率成份f及空間坐標(biāo)的函數(shù),也就說,它不但與頻率有關(guān),還與拾震器的位置有關(guān).從形態(tài)上看,實(shí)測空間自相關(guān)曲線應(yīng)是近似于零階貝塞爾函數(shù)曲線,通過它來求取“效正值,再參加空間坐標(biāo)參數(shù)就可以提取各個頻點(diǎn)的相速度,據(jù)以畫出相速度一頻散曲線,進(jìn)而進(jìn)行地質(zhì)分層.2.2.2頻率波數(shù)法野外工作方法頻率一波數(shù)法可以采取隨機(jī)布陣的方式,對工作場地要求不高,根本上可以做到布陣的隨意性

7、,但它應(yīng)滿足各個拾震器盡量呈平面展布,以滿足可以接收到各個方向的來波條件.在實(shí)際勘探過程中,也可采用規(guī)那么布陣,通常以一個拾振器為中央,其它測點(diǎn)在周圍形成假設(shè)干個邊長不等的正三角形,這樣在處理分析資料時既可也使用頻率一波數(shù)法比空間自相關(guān)的野外布陣更加靈活,并可有意地避開干擾源如鍋爐房、車輛較多的主干道,從而間接地提升了抗干擾水平.缺點(diǎn)是頻率一波數(shù)法野外所需的拾震器的數(shù)量比空間自相關(guān)法要求的多,數(shù)據(jù)處理的工作量也相應(yīng)增加.2. 3觀測形式微動探測通常有3種形式.2.3.1單點(diǎn)勘查形式觀測臺陣是單點(diǎn)勘探的最大特點(diǎn),方陣的組成是兩個大小不一的的同心圓,同心圓中內(nèi)接正三角形.將多個微動觀測儀分別設(shè)置在

8、兩個圓的心與圓周上的內(nèi)接正三角形的頂點(diǎn)處.單點(diǎn)勘查觀測方式最大的特點(diǎn)是勘查深度與臺陣的大小是成正比關(guān)系的.如果勘查要求的深度大,可以增王洪：物探新技術(shù)微動探測技術(shù)介紹第1期頻率一波數(shù)法,也可使用空間自相關(guān)法提取面波.數(shù)據(jù)處理方法頻率一波數(shù)方法是在頻率域進(jìn)行面波提取的一種方法,首先對野外所采集的數(shù)據(jù),通過付氏變換對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波,以便去除各種干擾信號,再通過最大似然法等方法求取各個頻率成份的功率譜的分布圖,此功率譜只是與空間坐標(biāo)的單值函數(shù),所以可以比擬方便地求出相速度一頻散曲線,進(jìn)行地質(zhì)分層.77-加同心圓,使觀測臺陣的觀測點(diǎn)增多.2.3.2測線勘查形式當(dāng)需要進(jìn)行大面積的勘查

9、時,單點(diǎn)勘查就不能滿足要求.因此,為獲得S波速度剖面成果圖,可以根據(jù)要求采用測線剖面觀測系統(tǒng).具體方法是在測區(qū)內(nèi),根據(jù)一定的間距來設(shè)置測線,到達(dá)實(shí)現(xiàn)二維微動測深勘探的目的,同時能夠反演測區(qū)三維S波速度結(jié)構(gòu).如果這種方式的勘查能夠結(jié)合鉆孔或者其他相關(guān)的一些地質(zhì)資料,有利于利用速度異常區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)解釋.2.3.3平面探查形式平面探查用于精細(xì)的勘探.當(dāng)儀器數(shù)量較多時,采用平面觀測,同時反演測區(qū)三維S波速度體,到達(dá)圈出速度異常體或者面的目的.2.4觀測系統(tǒng)觀測系由多個垂直擺寬頻帶拾震器、多通道直流放大器和數(shù)字記錄儀組成.垂直擺的固有周期大于5秒,靈敏度大于500mv/cm/s相位一致性良好；直流放大器

10、的增益為固定增益低噪聲放大器,增益范圍2080db,內(nèi)部噪聲小于10uv,無明顯零漂；A/D均獨(dú)立工作,滿足同步采樣,轉(zhuǎn)換位數(shù)12-20位,采樣間隔20200ms,記錄長度無限.2. 5方法的探測水平及分辨率利用自然界中1秒3秒周期的微動信號,可以大致獲取1006000m波長的面波信號,探測深度可達(dá)3000m.分辨率主要由受目的層與上、下地層速度差及層厚的影響汽3方法的優(yōu)越性1不需要笨重的人工能源.2測點(diǎn)布設(shè)比擬靈活.3不受電磁及噪聲干擾影響,探測深度大,效果好.4方法的局限性和今后改良方向1物探測量都是一種體積勘探,即在水平方向有一個影響半徑范圍.某一點(diǎn)的大地面波探測結(jié)果其實(shí)是代表了直徑約一

11、公里圓內(nèi)范圍的平均物性結(jié)果,并不是圓內(nèi)某個點(diǎn)的局部地質(zhì)信息.理論上認(rèn)為在這個圓的范圍內(nèi),地下各個速度界面均近似于水平一維,反演計算公式都是在這種假設(shè)的前提下推導(dǎo)出來的,只有符合條件,計算結(jié)果才相對準(zhǔn)確.而在自然界中,各時代地層由于構(gòu)造如褶皺、斷裂較為復(fù)雜,常常不能滿足這個一維假設(shè),人們事先又不能發(fā)現(xiàn),所以物探的推斷解釋結(jié)果也是有出入的.2觀測系統(tǒng)有待改良.現(xiàn)在的觀測系統(tǒng)是用多條導(dǎo)線使各拾震器和記錄儀相連接,這樣不但布線麻煩,導(dǎo)線容易受損,而且又是一種干擾.3數(shù)據(jù)處理方法有待改良.如采用自回歸模型AR模型和遺傳算法等.5結(jié)語人類活動范圍越來越大,高壓線、電纜、各類管道、地下建筑等分布廣泛,采用電

12、磁及地震類等物探手段時往往受到嚴(yán)重干擾,難以取得令人滿意的效果,微動探測方法那么不受電磁等干擾影響,而且探測深度大,雖然目前還有一定的局限性,但仍是一種很有前景的新技術(shù).參考文獻(xiàn)3冉偉彥,丁連靖.大地面波微動測深在地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用A/大慶：全國油區(qū)城鎮(zhèn)地?zé)衢_發(fā)利用經(jīng)驗(yàn)交流會C.2003:340-36.下轉(zhuǎn)第60頁州地質(zhì)2021年30卷開展的迫切需求產(chǎn)生的.這種方法相對于傳統(tǒng)方法的諸多優(yōu)勢,讓筆者有理由相信這種方法值在貴州礦區(qū)的廣泛應(yīng)用是科技進(jìn)步與時代開展的必然.參考文獻(xiàn)1劉國興.電法勘探原理與方法M.北京：地質(zhì)出版社,2005.2貴州省地礦局102地質(zhì)大隊.貴州省從江縣那哥鉛鋅礦西礦段電法勘探

13、報告R.2021.3貴州省地礦局102地質(zhì)大隊.貴州省從江縣平忙鉛鋅多金屬礦區(qū)電法勘探報告R.2021.1徐佩芬.Mappingdeeplyburiedgeothermalfaultsusingmicrotremorarrayanalysis.GeophysicalJournalInternational.2021,1881:115122.2科技與成果轉(zhuǎn)化處.GJI:微動技術(shù)探測深層隱伏地?zé)針?gòu)造R.202103-20中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,60,貴K值有許多優(yōu)點(diǎn),其優(yōu)點(diǎn)是十清楚顯的,其一是準(zhǔn)確性,各坐標(biāo)值來源于測區(qū)限制測量、測網(wǎng)測量,坐標(biāo)值真實(shí)的反響剖面地形,所求得的K就是實(shí)際工作的K

14、值；其二是實(shí)用性,此方法不僅可以降低地形對K值的影響,更重要的是實(shí)用于常規(guī)電法勘探的任意裝置,即規(guī)那么裝置、非規(guī)那么裝置、電極位移等都可根據(jù)實(shí)際坐標(biāo)值求得準(zhǔn)確的K值；其三是普遍性,相對于傳統(tǒng)方法只適用于水平、單一地形中,該方法適用于任何復(fù)雜地形；其四是簡捷性,此方法在室內(nèi)處理數(shù)據(jù)時,只需要導(dǎo)入各測點(diǎn)坐標(biāo)值,填入到計算模板中即可求得K值,處理過程簡單快捷、易于操作.應(yīng)用電極點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)值求K值是順應(yīng)時代ImprovementofCalculationMethodBasedonElectrodeArrayCoefficientKofTwoResistivitiesPENGHong-jun,ZHANG

15、Ying-wen,DAIDi,MAQiang,DAICan-yi(GeologicParty106,GuizhouBureauofGeology&MineralExplorationandDevelopment,Zunyi563003,Guizhou,China)AbstractThecalculationiscomplexandhasabundantquantitywhenKvalueisadjustedbyconventionalmethod.Byuseelectrodecoordinateparameter,spaceanalyticgeometryandExcelcomputi

16、ngplatform,itmakesadjustmentofKvaluewhichchangesforelectrodedisplacementandtopographicrelief.Thismethodisaccurate,simple,connivent,fastandeasytodo,it'sveryusefulforelectricalprospectinginthemountainarea.KeywordsKvalue;coordinate;topography;surfacedistance;actualdistance;resistivity(上接第77頁)ANewGe

17、ophysicalTechnologyMicrotremorSurveyTechnologyWANGHong(GeophysicalandGeochemicalExplorationParty,GuizhouNonferrousMetalsGeologicalExplorationBureau,Duyun,Guizhou558000,Guizhou,China)AbstractMicrotremorsurveytechnologyisanewsurveytechnologywhichdevelopedonthebasisoftraditionalmicrotremordepthsoundingbyDoc.XUPeifenandothersofInstituteofGeologyandGeophysicsofChineseAcademyofScienceinrecentyears,ithasbeenusedinmanyexplorationfields.Thistechnologyisuseseismicdetectortoreceivethewavesfromeverydirectiononsurface,taketheRayleighwavedispersioncurvesbySPACm