浅层地震勘探在城市活断层探测中的应用论文_石磊

浅层地震勘探在城市活断层探测中的应用论文_石磊

河北省地质测绘院 河北省廊坊市 065000

摘要:近年来,我国的地震灾害频发,严重威胁到人们的生命财产安全。进入21世纪以来,世界各国开始重视对城市活断层危险性的评价工作,相继开展了一系列的地球物理勘探工作。其中,浅层人工地震勘探工作的探测效果最好,在城市地震危险性评价中发挥着重要的作用。鉴于城市背景环境干扰大的特点,为了准确识别活断层,就需要通过提高分辨率、提高信噪比、改进资料采集和处理手段等方法来解决。根据多个地区的实践经验可以得出,缩短道间距、选用合理的采集和处理方法都能提高地震反射的分辨率,从而识别出浅层活动断层。

关键词:活断层;地震勘探;危险性评价;防震减灾

引言

在地震勘探野外数据采集工作中,对激发的有效地震波要求有足够的能量、显著的频谱特征以及较高的分辩率,才能查明地下深度范围地层的构造形态、岩系分布和目的层赋存情况,更好的为资源合理开发服务。

1地震勘探的原理

地震勘探中的地震是人工地震,基本原理是通过人工地震激发的弹性波向地下传播,遇到地下介质弹性和密度差异分界面之后,产生反射波和折射波,在它们返回地面时,用高灵敏度的接受仪器记录。根据波的传播路程和时间,确定分界面的深度和形状,从而认识地下的地质构造。地震勘探的施工因素分为地震波的激发和地震波的接受。目前地震勘探大多数激发震源为炸药震源和可控震源。地震波的接受主要通过地震检波器、电缆线和野外地震仪器来实现。在各个检波点埋置检波器,将检波器通过电缆连接上仪器,做好激发和接受准备工作之后,仪器操作员通过仪器发出爆炸信号并启动记录系统。将获取的原始资料进行整理处理之后进一步解释地下地质构造。

2应用技术方法

近年来,我国进行了较多城市的活断层地震探测工作,特别是“十五”以来,我国已有20多个省会城市全面启动相关探测工作,深入系统地开展了活断层探测与研究,取得了一定的工作经验和实践方法,掌握了不同地震勘探方法的适用范围、成果解释等方法与技术。由于探测的城市一般均被第四系地层覆盖,且探测的目标断层绝大多数为隐伏断层,因此地球物理勘探在城市活断层探测工作中起到决定性作用。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆城市活断层探测工作的主要特点:活动断层探测的主要目的层是第四系地层,不仅要求查明断层是否存在,还要查明断层有无断至第四系内部及其层位,即断层上断点的确切位置。这就决定了其主要的探测方法有地震勘探、电磁勘探、探地雷达勘探和重力勘探。其中地震勘探效果最好,相对于其他方法使用地震勘探的方法较普遍,探测深度范围更大,分辨率和精度都比较高,在城市活断层探测中,无论在初勘阶段还是在详勘阶段,都是最主要的地球物理勘探手段。

3地震勘探在城市建设及规划的更适性

首先,城市在向下向上向外要资源的时候,需要了解城市地下浅层空间的详细地质情况,根据城市地下地质的情况,判断是否适合建设地下居住空间和地下交通;判断是否能满足超高层建筑物和大型桥梁高架交通道路的承载力要求。由于城市的特殊施工环境,物探方法中电磁法和重力法受地面建筑物、超复杂管路线路、电磁波等干扰,精度难以达到要求。物探方法中钻探方法难以连成面,不能详细具体了解地下地质情况,另钻探对城市生活的影响较大。对比来看,地震勘探能对城市地下地层进行比较准确的划分和追踪;同时地震勘探精度较高,能够发现地下空间的特殊地质构造;受到城市环境的影响较小,能够满足技术要求。其次,地震灾害对城市所造成的生命财产损失巨大,国内一些城市和国际上多地震国家投入了大量的资金和人力物力开展城市及周边地区地震活断层探测研究工作。地震活断层探测的主要技术手段就是地球物理勘探,其中地震勘探是其中最为有效的勘测方法,地震法能够稳定的追踪断层,了解断层的赋存姿态,发现较小的伴生构造。通过获取的断层资料,为新城区的规划提供参考,避开活断层,以减少地震灾害发生时造成的损失。

4提高分辨率的技术手段

城市活断层勘探对震源的要求有:①需要对城市环境无破坏、无污染,例如在城区爆炸震源将不能使用;②城市活断层探测需要探测的断距很小,因此震源要有比常规的地震震源更宽的频带范围;③在以上较宽频带范围的基础上,振幅谱应该向高频的方向增强;④城市活断层探测过程中有较强干扰背景,因此要求震源性能保持稳定且可重复性好。因此,目前用于城市活断层勘探的震源主要是可控震源、真空加速落锤、夯机震源、锤击震源、震源枪、电火花震源和炸药震源(适用于郊区)。目前城市活断层勘探主要以浅层地震勘探为主,在数据采集阶段主要采用具有线性或非线性具有变频扫描功能的可控震源以及与其相匹配的地震接收仪器。为提高勘探精度,一般采用小道距、小偏移距、多接收道、短排列和高频检波器接收的工作方法。在数据处理解释阶段,要加强折射静校正技术、子波压缩技术、子波零相位化技术、噪声压制技术、叠前偏移技术和高精度速度分析技术等的应用。人工地震勘探中的分辨率与探测深度和工区的地震地质条件相关,探测深度越浅或地震地质条件适合获取高主频、频带宽的反射波,则分辨率高,相反,则分辨率低;其次还与数据采集的方法和资料处理的程序有关,选用合理的采集和处理方法能提高地震反射的分辨率(图3)。目前最本质的问题是提高地震记录的分辨率,因为理论上地震勘探的分辨率可以高达地震波波长的1/4甚至是1/8,在浅层地震勘探中断层落差在1/4以上时都可以识别。总之,为提高地震勘探的分辨率,要从采集使用的仪器、激发条件、采集质量、接收方法、资料处理和地震方法的选择等方面加以改进。研究第四系覆盖区内物性差异和落差较小的活断层时,为了提高地震资料的信噪比和地层分辨率,还需要采用的数据处理技术:复杂表层的速度计算,静校正计算,随机噪声减弱和去噪滤波处理等。利用初至波有限差分走时层析成像技术,进行初至走时反演,当表层速度不均时,实现复杂浅地表结构的高精度、高效率的计算。在取得上述结果的基础上,充分收集和分析钻孔资料后,赋予地震勘探成果其地质含义。因为地震探测的异常具有多解性,地震剖面识别的断层异常具体位置需要进一步通过钻孔探测的结果来验证。在人工地震勘探中所需要的解释参数———速度资料,也可以通过钻孔中的速度测井获得。在这个识别断层与钻孔检验的过程中不断总结经验,提高断层识别的精确度。

结束语

综上所述,城市活断层勘探是一项利国利民的民生基础工程,是保证人民生命财产安全、促进社会和谐稳定、保持国民经济健康快速发展的重要工程。要从各个环节高质量、严要求地完成这项工作任务。在城区开展活断层探测服务,如何处理地震资料的信噪比和分辨率的问题,第四纪沉积物结构松散、胶结性较差的活断层受力后变形较小如何进行准确识别等,仍是下一步需要继续解决的问题。

参考文献:

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论文作者:石磊

论文发表刊物:《防护工程》2019年15期

论文发表时间:2019/12/3

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