面波勘探和台阵地脉动观测相结合的地基调查法及其在松江古照壁保护中的应用

通过对高密度面波勘探和台阵地脉动勘探的频散分析算法的理论分析,推导出了2种勘探数据频散分析目标函数的统一表达式.根据该结果,用加权函数将2个目标函数结合起来,联合分析2种数据得到一条由高频到低频的完整的频散曲线;反演该频散曲线就可得到由地表到大深度的地下构造.将该方法应用于松江古照壁文物保护之地基勘查,为建立地震响应分析模型提供了由地表到40 m深处的横波速度构造.该方法是一种简便快速并兼顾浅层精度和勘探深度的工程地质调查方法.     

地下空洞的面波探测

 利用有限元方法对Rayleigh 面波的波场特征进行数值模拟,比较不同网格长度对Rayleigh 面波频散的影响,针对20 Hz的主频震源,确定当网格划分长度为0.5 m 时可满足要求。由于Rayleigh 面波散射的时距关系为双曲线,在地面布置检波器可接收到地震信号,根据地震记录所携带的地质信息对非均匀地质体进行查找,通过数值模拟验证其有效性。以Lafayette 体育馆的空洞为例,研究表明Rayleigh 面波勘探结果与电法探测的结果吻合。通过频散数据按等效半空间法,反演得到V-H 频散曲线排列和x-H-V 速度等值线图,在勘探深度范围内,能较准确地确定地下空洞的位置。     

小波变换在面波插值中的应用

利用瑞雷面波的频散信息可有效反演浅层横波速度结构.但在大时空采样地震记录中,由于瑞雷面波的速度很低,其记录中的高频成分容易出现严重假频,甚至出现超周期现象,这会降低其频率速度谱的信噪比,影响频散曲线的提取精度,在高频段更加如此.基于小波变换原理,实现对瑞雷面波的时空插值;根据瑞雷面波同相轴线性的特点,将线性动校正引入到插值中,改善高频信息的插值效果;进行理论模型数据和实际记录的试算与频率速度谱的提取以及插值前后频率速度谱的对比分析.研究结果表明:基于小波变换原理的插值方法是正确的;该方法可以有效提高频率速度谱的信噪比和频散曲线的提取精度,为大时空采样地震记录瑞雷面波频散曲线的提取提供理论基础.     

基于矢量波数变换法的主动源瑞雷波多模式提取方法在近地表地层结构探测中的应用研究

基于瞬态多道面波分析法(MASW)的数据采集方式, 对矢量波数变换法(VWTM)、相移法和高分辨率拉东变换法3种瑞雷波频散成像方法进行对比分析。首先, 采用合成地震数据对比3种方法的成像效果, 发现VWTM在成像精度和成像质量方面都有很大的优势, 成像分辨率高, 与理论频散曲线拟合准确, 高阶模式成像效果突出, 且抗噪能力也优于另两种方法。然后, 采用实际多道瞬态面波数据进行对比分析, 发现与相移法和拉东变换法相比, VWTM在瑞雷波基阶模式成像精度和高阶模式成像质量方面仍具有优势。采用遗传算法对比基阶与高阶频散曲线反演结果, 发现含有高阶模式的多模式频散曲线联合反演的多解性明显降低, 反演结果精度更高, 也更稳定。在实际瞬态瑞雷波勘探实践中, VWTM能够高质量地提取多模式瑞雷波频散特征, 可为多模式面波频散联合反演提供可靠的基础数据。研究结果表明, 将VWTM法与有效的反演方法相结合, 可以极大地提高瑞雷波浅地层探测能力和探测精度。     

用双曲正切和反正切函数拟合面波频散曲线的适应性分析

双曲正切函数和反正切函数的形态与面波频散曲线较相似,将其用于频散曲线拟合可减少数据噪音对反演稳定性的影响。这两类函数的曲线形态都是单调变化的,无法完全刻画某些特殊地层结构形成的频散曲线的复杂变化情形,如果用这两类曲线来拟合频散曲线则会存在本质上的模型误差。通过一系列正演模拟,分别运用这两类曲线拟合随层厚、P波速度、S波速度和密度变化模型的频散曲线,定量分析每个参数的变化对拟合误差的影响。结果表明,拟合结果随着P波速度、密度和层厚变化的分布很稳定,误差值保持在0.03~0.11。在S波速度随深度单调增加的情况下,拟合误差变化起伏比较大,误差范围为0.00~0.14,表明这两类三角函数模型的适应性会随着地层间S波速度差异的增大而降低。当模型中含有一定厚度的倒转低速层的时候,拟合误差可高达0.30,表明双曲正切函数和反正切函数频散曲线模型均不适用于拟合含强烈反差的低速倒转地层的频散曲线。实验发现,严重影响频散曲线拟合的误差突跳难题,可以通过多个随机种子的组合得到有效解决。     

岩石边坡失稳的瑞利面波频散响应特征

根据边坡失稳的地球物理模型,系统研究了岩石边坡失稳的瑞利面波基阶模的相速度、波数响应特征,总结了边坡从稳定→失稳演化过程的瑞利面波基阶模频散特征变化规律,从中提取边坡失稳的瑞利面波基阶模相速度、波数、频散曲线等特征标志,使瑞利面波法不仅能用于探测边坡失稳的滑动面或结构面,而且还能评价边坡的稳定性,对边坡失稳进行综合预测预报.     

基于Fourier变换的瑞雷面波分离提取及实例分析

应用Fourier变换法分离提取地震记录中不同模态的瑞雷面波,其原理是:利用瑞雷面波各模式传播速度的差异,将时间域中叠加在一起的瑞雷面波信号在频率波数域中分开,以此实现分离提取各阶模态瑞雷面波。研究结果表明:τ-p变换只能提取浅部能量较强的部分瑞雷面波,不能提取瑞雷面波的全部频散成分且不能使不同模态瑞雷面波分离;利用Fourier变换可以准确分离提取不同模态的瑞雷面波,且经分离后计算所得频散曲线的频带宽度扩展,有利于提高瑞雷面波勘探的能力。     

粒子群算法在面波频散曲线反演中的应用

针对目前线性化和非线性化算法在面波频散曲线反演中的局限性问题,分析了一种新的非线性全局优化算法——粒子群算法(PSO)及其基本原理和算法流程,并且采用了细化分层理论与粒子群算法相结合的方法,在求解横波速度结构的基础上,分别对四层速度递增理论模型和野外实测数据进行了反演试算.实验结果表明:频散曲线反演拟合效果较好,粒子群算法表现出了全局寻优特点.研究结论初步验证了粒子群算法在面波频散曲线反演中的可行性与有效性.     

基于多模式分离的S变换瑞雷波频散曲线提取

对多阶模式下的瑞雷波信号进行分离,利用S变换计算2道数据单模式的频散曲线并进行反演得到二维横波速度剖面,以提高瞬态瑞雷波法横向分辨率。对理论模型和实际瑞雷波数据进行处理和分析,研究结果表明:利用S变换计算2道数据的频散曲线时,采用F-K分离后的单模式瑞雷波数据可有效提高计算精度,在此基础上对多条频散曲线进行反演得到的二维横波速度剖面可提高瑞雷波法勘探的横向分辨率;采用该方法还可计算2道数据的高阶模式频散曲线。     

瑞雷波勘探在地铁车站中的应用分析

为了解决地铁车站洞桩法施工中地下空洞区的存在位置,采用了Fourier变换、滤波、小波分析等方法,研究了地下空洞区瑞雷波频散曲线的变化规律。结果表明:经过瑞雷波的频散曲线分析对整个场地地基土体工程地质性质的评价,选取了地下正常和地下有空洞的不同地层进行频散曲线对比,地下空洞区频散曲线图中拐点相当明显,由此确定频散曲线的不协调处为地下空洞区的位置,该方法证明了在浅层地下空洞区探测中的实用性和有效性,具有较好的应用效果和发展前景。     

浅层地震横波反射法最佳应用条件研究

通过对浅层地震波纵、横方向分辨率的讨论，给出了提高地震反射波测试分辨率的几条途径，通过对震波反射系数和地震波速分布的讨论，表明地震波速在地震勘探中的重要性，尤其是给出了软基地区的地震波传播速度值与地层深度的某种关系式，在此基础上着重研究了浅层地震横波反射地区的优点以及局限性，并论述了该方法的最佳应用条件。     

城市地表建筑物密集区的微动探测方法——以成都市某海鲜批发市场的浅表精细探测为例

城市建成区普遍存在场地限制、地面硬化、复杂干扰等难题，因此对城市物探方法的场地适应性、抗干扰能力、探测分辨率等提出了较高要求。本文以成都市某海鲜批发市场的浅表精细探测工作为例，在地表密集建筑物间的狭小空间灵活布置短极距“T”、“L”型组合观测台阵，通过扩展空间自相关（ESPAC）算法获得了高质量的50-10Hz频段面波频散数据，反演获得的横波速度剖面达到了地下浅表2-40米埋深地质体的精细分层要求，有效支撑了成都市某地铁轨道的建设工作。综合研究结果及钻孔资料表明，“灵巧小台阵”及ESPAC算法可替代以往探测浅表地层时需要额外补充部署主动源工作补齐高频信号的工作模式，在大大节省施工成本的同时，也避开了以往重锤敲击所造成的噪声、震动等扰民干扰，在城市地球物理勘查领域具有一定的可推广应用价值。     

浅层断层探测技术及工程应用

浅层断层探测是工程场地地震安全性评价的现场工作内容之一,其主要目的是查明地表附近断层的空间展布特征和最新活动时代,为地震危险性评价、工程避让或采取抗断措施等提供依据。浅层断层探测常用的方法有浅层地震反射波法、浅层地震折射波法、探地雷达法、高密度电法、地球化学法等。结合各探测方法的原理,分析了各探测方法在适用介质条件、探测深度、探测分辨率等方面的特点,进行了实际工程应用验证。根据各探测方法的特点,给出了不同场地类型条件下的浅层断层探测的优选方法及方法组合方案;并在实际工作中取得了良好的应用效果。     

地震勘探中平均速度的求取方法及应用

针对地震数据处理和资料解释过程中经常用到地层的平均速度,而平均速度的求取不易,尤其在测井资料很少的情况下,平均速度的求取更难等问题.依据地震勘探原理,在中、浅层地震勘探中,可将沉积地层近似为连续介质的地质模型,在连续介质中速度随深度的变化存在一定规律,不同地区有不同的经验公式,应用均方根速度在连续介质情况下的近似公式及数据处理中所得到的速度谱资料能够计算出平均速度的经验公式,得出的平均速度能够满足中、浅层地震勘探中时深转换的需要,另外,应用平均速度及钻孔资料可以对地震时间剖面进行相位标定.     

采面小构造综合探查技术研究

为提高矿井小构造探测准确性，将探地雷达和矿井瞬变电磁法结合应用于采面小构造探测中．井下探查实践表明，探地雷达探测速度快、精度高，但探测深度浅；矿井瞬变电磁法分辨率高，有效探测深度达110m，实施两种方法综合探测，通过相互对比验证，不仅可以保证小构造探测的准确性，而且可以保证一定探测深度。钻探验证表明，综合地质解释具有相当高的准确性。     

横波震源的设计及激发效果

针对横波地震勘探方法是一项有前途、应用范围广的技术,浅层横波勘探的关键问题是震源问题,如何制造出适合野外工作特点的低噪声、大能量、易于操作、经济实用的横波震源是推广横波地震勘探技术的关键;结合横波地震勘探技术在伊敏煤田一露天矿横波地震勘探中的应用,对横波震源的特性进行了分析,对不同特性的横波震源在不同介质中的激发效果进行了试验分析,分析了影响激发效果的因素及采取的各种措施,得出如下结论:在野外采集时,注意提高资料的信噪比和分辨率非常重要,不能只靠数据处理来提高资料的分辨率,另外,要想取得好的激发效果,震源与地表耦合的好坏很重要.     

用于地震面波分离的倾角中值滤波法

针对西部地区受近地表低降速带影响、反射地震资料中浅层面波干扰严重和野外采集资料信噪比低的情况,根据面波的特性,基于中值滤波法,提出一种用于地震面波分离的倾角中值滤波法。该方法利用面波的线性特征和反射波的非线性特征对面波分离,达到增强反射波的目的。理论模型和实际资料应用结果表明：该方法能够在叠前有效分离面波,提高资料的信噪比、分辨率,满足浅层高分辨资料处理的需求。