CN107918142B - 一种地震勘探方法 - Google Patents

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    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting

Abstract

本发明涉及工程建设、资源与环境领域，具体涉及一种利用弹性波谐振进行地震勘探的方法。本发明提供了一种利用有源三分量地震勘探数据获得S波波阻抗率的技术方法，包括数据采集施工技术、数据处理流程等详细技术步骤。本发明所提供的技术方法解决了在特定地区(如城镇和工程施工场地)无源地震勘探精度低和施工速度慢的难题，特别解决了面波勘探中目标物体的边界模糊难以界定目标物空间几何位置的难题，为复杂构造地区的地震勘探特别是浅层地震勘探提供了一种快速解决的技术方案，是一种新的地震勘查技术方法。

Description

一种地震勘探方法
技术领域
本发明属于地震勘探领域，具体涉及一种地震勘探方法。
背景技术
就现有地震勘探而言，采用的主要是时间域反射勘探方案，亦即假设弹性地震波在时间和空间上传播满足波动方程和其边界条件，在地球表面采集人工源地震反射波序列，沿时间和空间传播过程和路线对时间域数据进行处理和成像，在时间域或者时间换算的深度域表述最终成果剖面，亦即以波动形式表述的波阻抗差。这种勘探技术方案传统上有一个弱点，难以对浅部地质体或者陡倾角地质体进行成像，其主要障碍在于地震波初至大部分为折射波，不属于反射成像范畴，所以必须切除。切除后的数据缺失浅层反射波，不能对浅层成像；其次在于反射成像必须具备一定范围和缓倾角的反射层，高角度反射数据和很小反射面的反射波数据都难以成像。因此，广泛使用的常规反射地震方法技术在特定地区和领域(如城市地区，浅层工程勘探领域)受到制约；同理，工程勘探中经常使用的折射波勘探技术，也由于难以找到连续的较明显的波阻抗差值界面造成勘探精度较低，在上述地区和勘查领域也具有很大的局限性。
在世界各地的破坏性地震中，人们观察到大部分损伤与某种频率振幅被放大的地震波场有关。对局部场地和天然地震频率效应的综合分析发展了一种技术，H/V频谱比经验方法，该方法也称为“中村技术”，被应用于评估分析天然地震对局部环境的危害程度。该技术的实质是测定地下物体的弹性波谐振频率。所谓谐振也称共振，即当物体在某一特定弹性波频率激励条件下，其响应的振幅被放大。美国有一座大桥刚刚建成没有多久，由于风的影响，桥梁发生谐振变形造成了坍塌。地下地质体对地震波的响应也是如此，当特定的频率振动作用于地质体，会使地质体发生共振，造成该频率的地震波振幅明显加大。
长期以来，人们对上述现象已经有了很多认识，但没有形成勘探理论体系，其主要原因首先是因为该技术利用被动源地震信号，需要从大量微弱的信号数据中通过反复叠加获得有用信息，在一个点上工作时间太长；其次自然界信号复杂，地质上有用的信号基本都是来源于地下的弱信号，应用长期观测和分析获得的数据在高噪音背景下难以获得质量保障。因此，这些因素影响了方法技术的发展。多年来，人们普遍认为，该方法通常适用于天然地震灾害性分析和调查当地特定的地震反应类型。近年来，由于微动技术的发展，人们开始尝试将该技术应用到构造探查领域。2016年，英国国家地调局应用该技术原理，开发了一种无源微地震技术，试图将其应用于碳酸盐岩溶发育和岩相变化地区的勘查，通过实验，人们惊喜地获得第四系与基岩分界、石灰岩与白云岩的分界面和裂隙发育带等信息。由于该技术实质是一种被动源(即非人工源)地震的微动技术分支，它的优点是省略了主动源，缺点是增加了大量的采集时间，在城市等高噪音背景下的应用有待进一步开展研究。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明具体提供了一种地震勘探方法，包括以下步骤：
①采用人工地震激发震源激发待测地，产生反射波序列；
②采用三分量地震数据采集方法，采集所述发射波序列，可以适当选择延
长采集时间；
③对所述三分量地震时间序列数据进行数据处理；
④将经过所述步骤③数据处理后的数据变换成频率域数据；
⑤在检波点对所述频率域数据进行叠加；
⑥对经过所述步骤⑤叠加后的频率域数据进行噪音压制、磨光处理；
⑦将经过所述步骤⑥处理后的频率域数据的垂直分量与水平分量进行比值
分析，即
其中，Γ为比值，H为频率域地震水平分量，Z为频率域垂直分量，f为频率，F代表傅里叶变换；
⑧从面波勘探成果数据中获得不同深度的S波速度平均值Vs，应用公式
将变换成得到随深度变化的波阻抗比率Γ，其中：f0为谐振频率，D为S波平均速度情况下f0对应的深度，d为深度；
⑨重复所述步骤③至⑧得到整个剖面的S波波阻抗比率。
本发明所提供的地震勘探方法，主要特征特别表现在应用主动源地震震源和多次叠加技术压制干扰噪声，使谐振频率下的地震数据中有用信号占优。
所述步骤①中，可以采用所述人工地震激发震源多次激发待测地。
所述步骤②中采集所述地下介质响应信号的时间可以相较常规三分量反射地震采集的时间延长。以便获得被动源信号或多次激发的介质响应信息。
所述步骤④中可以将经过所述步骤③数据处理后的数据通过进行波场分析变换成所述频率域数据。
所述步骤⑤中可以在检波点对所述频率域地震数据的各分量进行叠加，获得多次叠加数据。所述步骤②中采用三分量地震数据采集方法可以是通过三分量或更多分量检波器对地震数据进行采集。地震波主动震源与检波器的距离关系以及激发次数只要考虑到检波器接收该震源信号的能力即可。
在地震震源激发后，增加常规采集时间，同时也可以适当增加震源激发次数，以便获得高质量的地震响应数据信息。该信息在通常意义下包括了常规的被动源地震勘探长周期采集方案中的信息。
本发明应用主动源配合被动源适当长周期的地震采集方法以及叠加技术，形成了弹性波频率谐振勘探方法。其要点是将常规地震勘探的多次叠加技术和主动源勘探方案引入其中，应用大能量信号源以及多次激发和多次叠加技术压制大量的无用信号噪声提高有用信号的信噪比，提高浅层勘探能力和深层分辨能力。
本发明所提供的地震勘探方法，在地铁地质勘查，道路表面下缺损勘查，活断层勘查等方面都具有不凡的表现，与面波勘探成果进行联合解释，将成为地下空间探测重要的技术之一。
附图说明
图1为本发明所提供的地震勘探方法逻辑示意图；
图2为在碳酸盐地区，本发明所提供的地震勘探方法获得的频率谐振波阻抗率剖面与面波获得的S波速度剖面对比图；
图3为将本发明所提供的地震勘探方法应用到道路下方缺损的探测成果图。
具体实施方式
实施例1
如图2所示，在碳酸盐地区，本发明所提供的地震勘探方法与面波获得的S波速度剖面对比。图中看到，浅部低速度层在前者图中有清晰的反映；碳酸盐区域内低速与高速分界面被本发明划定为重要的极值界限。测线中部50米标高深度位置钻孔揭示岩溶发育，面波速度呈低值特征，在弹性波谐振分析获得的波阻抗率剖面上正好对应低值异常圈闭。
本发明所提供的地震勘探方法完全有能力发现碳酸盐溶洞类的地质体。
实施例2
如图3所示，本发明所提供的地震勘探方法应用到道路下方缺损的实例。实例中，道路下方雷达发现异常，应用本技术发现低波阻抗率异常，勘测结果为雨水造成下水道侧边渗漏，异常对应最大S波波阻抗变化位置。
本发明所提供的地震勘探方法可以用来探测道路下方缺损。
图3为将本技术应用到道路下方缺损的实例。实例中，道路下方雷达发现异常，应用本技术发现低波阻抗率异常，勘测结果为雨水造成下水道侧边渗漏。

Claims (6)

1.一种地震勘探方法，其特征在于，包括以下步骤：
①采用人工地震激发震源激发待测地，产生地下介质响应信号；
②采用三分量地震数据采集方法，采集所述地下介质响应信号，形成三分量地震时间序列数据；
③对所述三分量地震时间序列数据进行数据处理；
④将经过所述步骤③数据处理后的数据变换成频率域数据；
⑤在检波点对所述频率域数据进行叠加；
⑥对经过所述步骤⑤叠加后的频率域数据进行噪音压制、磨光处理；
⑦将经过所述步骤⑥处理后的频率域数据的垂直分量与水平分量进行比值分析，即
其中，Γ为比值，H为频率域地震水平分量，Z为频率域垂直分量，f为频率，F代表傅里叶变换；
⑧从面波勘探成果数据中获得不同深度的S波速度平均值Vs，应用公式
将变换成得到随深度变化的波阻抗比率Γ，其中：f0为谐振频率，D为S波平均速度情况下f0对应的深度，d为深度；
⑨重复所述步骤③至⑧得到整个剖面的S波波阻抗比率。
2.根据权利要求1所述的地震勘探方法，其特征在于，所述步骤①中，采用所述人工地震激发震源多次激发待测地。
3.根据权利要求1所述的地震勘探方法，其特征在于，所述步骤②中采集所述地下介质响应信号的时间相较常规三分量反射地震采集的时间延长。
4.根据权利要求1所述的地震勘探方法，其特征在于，所述步骤④中将经过所述步骤③数据处理后的数据通过进行波场分析变换成所述频率域数据。
5.根据权利要求1所述的地震勘探方法，其特征在于，所述步骤⑤中在检波点对所述频率域地震数据的各分量进行叠加，获得多次叠加数据。
6.根据权利要求1所述的地震勘探方法，其特征在于，所述步骤②中采用三分量地震数据采集方法是通过三分量或更多分量检波器对地震数据进行采集。
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