三维SH波地震勘探关键技术研究

论文摘要

在浅层工程勘察中,地震勘探是一种常用的物探方法,在大型工程的基础勘察、铁路高速公路的路基勘察、隧道围岩分类与地质超前预报等工作中均发挥着重要作用。然而,在这些应用当中,地震方法有时并不是最佳的选择,其原因在于工程地震方法存在着一些基本难题,包括:(1)工程物探是小尺度的精细化勘探,表层介质不均匀性相对较突出,特别是一些人工处理的地层、杂填土、填石等会造成地震波散射严重,使得目的层反射波同相轴连续性差;(2)工程勘探中受震源、炮检距、检波组合、探测目的层深度浅等因素的限制,采集到的反射纵波、面波等混杂在一起,难以分离;(3)石油、煤田地震勘探由于目的层埋深大,低速风化表层的存在,致使接收到的目的层地震反射纵波在近地表出射角接近于0度,采用纵波检波器接收到的信号中没有或很少横波分量;然而,工程勘察的深度一般在100m以浅,甚至几十米以内,目的层反射波在近地表出射角度大,因此,用纵波检波器接收到的波,不仅仅有纵波,下部地层产生的各种转换波都会记录到这个纵向分量里,纵波和横波混杂在一起,在后续的纵波处理中也难以分离;(4)相对于工程勘察的目标尺寸,地震纵波的波长偏大,分辨率较低。上述原因造成浅层地震纵波勘探成像效果差,使得地震勘探在工程勘察中并没有像石油、煤田地震那样,在勘探工作中发挥着不可替代的重要作用。相对而言,在同一地质条件下,由于SH波传播速度低、波长短分辨率高、不易产生转换波,在工程物探中有较大优势,可以解决上述工程物探中存在的这些问题。考虑到三维地震勘探在解决小尺度小规模的地质问题时优于二维地震勘探,作者选取了三维SH波地震勘探方法作为作者的研究课题。经过多年的研究工作,作者首次提出了三维SH波的勘探方法,系统地研究了三维SH波从激发、采集到数据处理的各种问题,并在应用研究方面取得了一定的进展,具体研究成果和创新如下:(1)通过理论研究和波动方程数值模拟,确认激发出以震源为中心360°方向辐射和传播的SH横波是完全可行的;多个模型的波动方程数值模拟和相应的极化分析,表明了作者所设计的震源激发模式可以激发出比较纯粹的SH波。(2)研制了简易三维SH波圆盘状震源,通过旋转振动,剪切地面,能产生一个均匀剪切力,从而在震源所在平面360°的每一个方向上产生SH横波,并以圆盘圆心为中心向四周辐射传播,经过实际地震激发和采集实验,证实了可以在任意方向上产生SH横波。(3)经过理论分析,作者设计的三维SH横波数据旋转处理方法,使三维SH波数据的双分量地震记录旋转合成为单分量的地震数据,以至于可以用三维纵波的处理方法和处理软件来处理三维SH波数据,使得三维SH波数据的处理变得异常简洁。理论和实际数据的处理验证了该方法的正确性。(4)在某铁路工程局城市地铁隧道的实际三维SH波地震勘探实验中,检验了我们所设计的简易震源的实用性,三维SH波数据处理方法的有效性,比较好地探测和定位了孤石,提高了甲方的施工效率,降低了盾构机(TBM)的施工风险。经过理论分析、模拟数据和实际采集数据的处理解释,可以认为从激发、采集、数据处理的三维SH波勘探的关键技术问题研究取得了一定的进展。目前,三维SH波勘探已经进行了试验性的应用。未来大规模的三维SH波勘探数据的采集和应用需要解决可控震源、处理软件等问题,还需要进一步的理论研究的支撑和实践工作验证。只有经过了大量的理论研究和实践工作检验,才能将该方法真正的应用于工程物探之中。论文分六章。第一章是绪论,介绍了本研究的研究意义和研究内容,以及研究方法和主要研究成果;第二章阐述SH波传播的基本理论和特点;第三章主要讨论了三维SH波的激发和传播过程的数值模拟并对模型数据进行处理验证;第四章研究SH波的震源和观测方法设计,通过试验采集处理验证震源的有效性。第五章是三维SH波勘探的综合试验和实际工程的采集处理应用;最后一章是第六章,为本论文的主要成果总结。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 李广超

导师: 朱培民

关键词: 地震,三维震源,旋转处理,辐射

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 中国地质大学

分类号: P631.4

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000231

总页数: 126

文件大小: 8854K

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