物探新技術(shù)微動(dòng)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(dòng)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(duì),貴州都勻558000)摘要1微動(dòng)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(dòng)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(gè)勘探領(lǐng)域.該方法是利用拾震器在地表接收各個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)領(lǐng)域提供了一種新技術(shù).1微動(dòng)探測方法的由來地球外表無論何時(shí)何地都存在一種天然的微弱震動(dòng),被稱為“微動(dòng).微動(dòng)探測方法TheMicrotremorSurveyMethod,簡稱MSM是從圓形臺陣采集的地面微動(dòng)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(dòng)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(jià)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(dòng)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(dòng)剖面探測技術(shù),并率先應(yīng)用于國內(nèi)多個(gè)勘探領(lǐng)域,是對傳統(tǒng)微動(dòng)探測方法的繼承與創(chuàng)新.基于臺陣技術(shù)的微動(dòng)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(dòng)測深的物理前提是基于不同時(shí)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(shí)不在的地面微小“震動(dòng)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(dòng)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(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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(gè)拾震器盡量呈平面展布,以滿足可以接收到各個(gè)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(gè)拾振器為中央,其它測點(diǎn)在周圍形成假設(shè)干個(gè)邊長不等的正三角形,這樣在處理分析資料時(shí)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(dòng)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(gè)大小不一的的同心圓,同心圓中內(nèi)接正三角形.將多個(gè)微動(dòng)觀測儀分別設(shè)置在

8、兩個(gè)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(dòng)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(gè)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(shí),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(dòng)測深勘探的目的,同時(shí)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(shí),采用平面觀測,同時(shí)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(gè)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(dòng)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(gè)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(gè)點(diǎn)的局部地質(zhì)信息.理論上認(rèn)為在這個(gè)圓的范圍內(nèi),地下各個(gè)速度界面均近似于水平一維,反演計(jì)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(jì)算結(jié)果才相對準(zhǔn)確.而在自然界中,各時(shí)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(gè)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(dòng)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(shí)往往受到嚴(yán)重干擾,難以取得令人滿意的效果,微動(dòng)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(dòng)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(shí)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(duì).貴州省從江縣那哥鉛鋅礦西礦段電法勘探

13、報(bào)告R.2021.3貴州省地礦局102地質(zhì)大隊(duì).貴州省從江縣平忙鉛鋅多金屬礦區(qū)電法勘探報(bào)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(dòng)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(shí),只需要導(dǎo)入各測點(diǎn)坐標(biāo)值,填入到計(jì)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(shí)代ImprovementofCalculationMethodBasedonElectrodeArrayCoefficientKofTwoResistivitiesPENGHong-jun,ZHANG

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

16、atform,itmakesadjustmentofKvaluewhichchangesforelectrodedisplacementandtopographicrelief.Thismethodisaccurate,simple,connivent,fastandeasytodo,itsveryusefulforelectricalprospectinginthemountainarea.KeywordsKvalue;coordinate;topography;surfacedistance;actualdistance;resistivity(上接第77頁)ANewGeophysical

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