微动勘探法在浅层探测中的研究与应用

发布时间：2020-07-18 01:55

【摘要】：浅层地下空间不仅蕴含有丰富的矿产、地热资源,且与人类的生存发展息息相关。微动是地球表面日常微小的颤动,等同于环境噪声。微动勘探则是利用微动中的面波信息对地下介质的横波速度结构进行研究,该方法以其无侵入、野外观测方便、不受电磁干扰等优势在浅地表勘探中发挥着重要作用。本文重点探讨微动勘探法中的空间自相关法(SPAC)和水平及垂直谱比法(H/V)的研究及应用,通过处理三个区域的实际数据,说明微动勘探方法的应用效果及解决的实际问题。首先,我们应用SPAC方法处理首都圈8个固定台站的微动数据和白云金矿8个流动台站的微动数据得到了两个区域浅层地壳S波速度结构。结果表明,在首都圈地区,地壳分别在5~8km和12~16km深处发育S波低速层,8km和20km处是上中下地壳较明显的分界面。辽宁丹东白云金矿区得到的结果显示上地壳在1.2~1.8km和6.2-7.Okm深度分别存在两个低速层,与背景噪声层析成像和大地电磁得到的结果较为一致,我们用H/V方法得到了白云金矿浅层三维S波速度结构,揭示了该区域沉积层分布,与地质图和噪声成像结果吻合较好。在本研究中,我们还采用微动勘探法对地热资源的探测开展了观测试验,为此,在北京通州西集地区布设了1条包含7个测点的微动阵列观测剖面,每个微动阵列观测点由7台仪器构成半径为200m和400m的嵌套三角形的顶点和中心,以100Hz的采样率进行至少30min的同步观测,针对地热勘探中关心的热储层顶界面和隐伏断裂形态进行探测。SPAC和H/V法结果均表明,在西集-1号地热井附近发育了一条走向近东西,倾向南,倾角约75°的夏垫断裂的次级断裂,其热储层顶界面埋藏深度大于3000m，这一结果与钻孔及大地电磁结果较吻合,表明用微动勘探方法探测断裂和热储水层的顶界面,是地热勘探的有效手段。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P624
【图文】：

位置分布,台站,位置分布,阵列

当阵列具有完全规则的形状，以中心的台站为圆心，其他１５个台站分布在逡逑直径为Ｄ的圆环上，己知ｒ0邋＝邋Ｚ）／２和＝邋Ｄｓｉｎ（／ＯＴ／ｎ）邋（１邋￡邋／ｃ邋Ｓ邋７）计算８个不逡逑同台间距的方位平均自相关系数＆，其台间距和方位角的空间分布如图２－２。注：逡逑方形的ＳＰＡＣ阵列不适用于该方法，因为相同的台站数量下其方位平均自相关系逡逑数骤减，导致该方法不能很好的收敛。逡逑Ａｎ邋ｅｘａｍｐｌｅ邋ｏｆ邋ｉｒｒｅｇｕｌａｒ邋ｉｍｐｅｒｆｅｃｔ邋ａｒｒａｙ逡逑＃Ｐ０５Ｈ逡逑！邋２００逦＾＇％Ｐ0＾ＰＩ０３Ｈ逡逑ｉ１５０逦ａ逡逑ｚ邋ｉ00－逦ｙ逦Ｖｐ0２Ｈ逡逑一？逦５０邋－逦Ｕｐ0８Ｈ逦＇、逡逑ｆ邋厂逦ｋ＿逡逑Ｉ邋，＊Ｌ°邋：逦Ｘ逡逑V邋ｉ逦Ｖ１１Ｈ逡逑0邋－２００邋－逡逑ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逡逑－３００逦－２００逦－１００逦０逦１００逦２００逦３００逦４００逡逑Ｃｏｏｒｄ邋ｘ邋ｓｔａｔｉｏｎ邋（ｍ）逡逑图２－１圆形ＳＰＡＣ阵列中１６个台站的位置分布逡逑加粗红线表示与完全规则的圆形阵列之间的误差。逡逑（取自邋Ｂ．邋ＢＥＴＴＩＧ，邋２００１）逡逑７逡逑

方位角分布,方位角分布,台站,圆形

图２－２邋１６个台站组成的规则圆形ＳＰＡＣ阵列的台间距及方位角分布逡逑（取自邋Ｂ．ＢＥＴＴＩＧ，邋２００１）逡逑图２－３模拟的是一个不完美的圆形ＳＰＡＣ观测阵列中各个台站的台间距及方逡逑位角分布，并且对应的（ｒ，少）分布于Ｓ邋ｒ幺￡）ｍａ；ｃ之间。由图２－３知，该阵列逡逑方位分布较均匀，但我们不能用计算恒定半径圆形台阵的方法计算该台阵的方位逡逑平均空间自相关系数。因此，我们需要计算在位于平面（ｒ，＜ｐ）中的环（ｒ１；ｒ２）上的逡逑方位平均空间自相关系数，公式（２－７）将变化为：逡逑逦邋＾逦ｎ邋ｒ逡逑Ｇ⑷％逦＼：产逡逑ｙ邋２邋Ｗ邋（２－１１）逡逑＇逦（？７Ｃ逦ＣＯＶ逡逑＝逦逦逦—［ｆ邋＂邋ｃｏｓ（—－￣￣－ｑｏｓ｛６邋－邋ｃｐ））ｒｄｒｄｃｐ．逡逑ｎ｛ｒ￣邋Ｊｏ逦ｃ＼ｃｏ）逡逑由贝塞尔函数／0和八的定义可知：逡逑Ｊｏ（．ｘ）邋＝逦ｃｏｓ（ｘ邋ｃｏｓ邋ｃｐ）ｄ（ｐ．逦（２－１２）逡逑ｘＪｉＯＯ邋＝逦（２－１３）逡逑因此：逡逑８逡逑

方位角分布,方位角分布,圆形阵列,台站

－４００逦－３００逦－２００逦－１００逦０逦１００逦２００逦３００逦４００逡逑Ｃａｓｅ邋ｏｆ邋ｐｅｒｆｅｃｔ邋ｉｎ邋ｓｈａｐｅ邋ａｒｒａｙ逡逑图２－２邋１６个台站组成的规则圆形ＳＰＡＣ阵列的台间距及方位角分布逡逑（取自邋Ｂ．ＢＥＴＴＩＧ，邋２００１）逡逑图２－３模拟的是一个不完美的圆形ＳＰＡＣ观测阵列中各个台站的台间距及方逡逑位角分布，并且对应的（ｒ，少）分布于Ｓ邋ｒ幺￡）ｍａ；ｃ之间。由图２－３知，该阵列逡逑方位分布较均匀，但我们不能用计算恒定半径圆形台阵的方法计算该台阵的方位逡逑平均空间自相关系数。因此，我们需要计算在位于平面（ｒ，＜ｐ）中的环（ｒ１；ｒ２）上的逡逑方位平均空间自相关系数，公式（２－７）将变化为：逡逑逦邋＾逦ｎ邋ｒ逡逑Ｇ⑷％逦＼：产逡逑ｙ邋２邋Ｗ邋（２－１１）逡逑＇逦（？７Ｃ逦ＣＯＶ逡逑＝逦逦逦—［ｆ邋＂邋ｃｏｓ（—－￣￣－ｑｏｓ｛６邋－邋ｃｐ））ｒｄｒｄｃｐ．逡逑ｎ｛ｒ￣邋Ｊｏ逦ｃ＼ｃｏ）逡逑由贝塞尔函数／0和八的定义可知：逡逑Ｊｏ（．ｘ）邋＝逦ｃｏｓ（ｘ邋ｃｏｓ邋ｃｐ）ｄ（ｐ．逦（２－１２）逡逑ｘＪｉＯＯ邋＝逦（２－１３）逡逑因此：逡逑８逡逑

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