天然源面波勘察方法介绍

WD微动智能勘探技术介绍北京市水电物探研究所金荣杰[e-mail]在地球表面，不管什么时候，无论任何地方都存在着各种震动，这是一种“存在于大自然的信息”。如同地震勘探一样，我们也可以利用这一“大自然发出的信号”来进行勘探。由于这些震动信号来源于大自然，而非人为激发所产生，因此我们将这些震动的来源称为天然源。与地震勘探法相比，天然源勘探法在震源、所利用的波的类型等方面不同。地震勘探需要使用人工可控震源，所利用波的类型为体波（P波或S波）与面波；而天然源勘探法不需要人工震源，所利用波的类型为面波。因此天然源勘探即“天然源面波勘探”。天然源面波勘探定义人工源面波勘探的常用震源形式锤击震源落重震源炸药震源天然源面波勘探的震源形成天然震源由火山喷发、潮汐作用、风动、人文活动等产生天然源震动的特点天然源这种“大自然发出的信号”是由于人类的日常活动以及自然现象所产生的。当人类的日常活动为天然源的震源时，这种天然源的主频约为1Hz以上，其振幅、周期有明显的日变化。当主要由风、气压、波浪等自然现象为天然源的震源时，这种天然源的主频约为1Hz以下，其振幅、周期随这些自然现象的变化而变化。此外，天然源还有随场所而变的特性。因为大自然中的震动大多存在于地表或海底，所以其中面波的含量与体波相比占绝对优势。天然源勘探法正是利用这一占绝对优势的面波的勘探方法。天然源面波勘探的优点由于天然源勘探法利用的是地球表面无论何时何地都存在着的震动，因此使用该方法不仅能够显著减少勘探经费，而且由于其野外勘探作业不会对环境造成任何影响，在不能实行地震勘探的城市里或对环境保护要求特别严格的地方，除了天然源勘探法以外，至今还没有更好的地球物理勘探方法。利用人工源面波技术获得大于50米深度的成果，需要较大的冲击动能或采用炸药震源。天然源面波技术无需人工震源，其装置连续对地观测几分至十几分钟，即可获得分析地层的面波曲线。对于高分辨和大深度的岩土勘察任务要求，采用人工源面波和天然源面波相结合，既保持了浅层的高分辨，又可以方便实现较大深度的工程勘察目的，事半功倍。特点：1.24个检波器等间距排列成一条直线，在测线延长线外进行激发。2.测试深度与排列长度相当（震源频率满足的条件下）。3.采集环境需要高的信噪比。人工源面波勘探观测系统：各种波型的分布：1.直达波与折射波2.反射波3.声波4.面波其中：面波在近震源处，速度低，幅度大。人工震源面波勘探地震波记录采集方式：1次震源激发采集1次地震波传播过程，类同拍照。特点：1.无需任何人工震源2.抗干扰能力强(只要最大三角形范围内没有干扰即可，尤其适应城市勘察)3.勘察深度大(最大勘察深度与最大边长关系密切，二者之间大概为4~10倍的关系,可用于采空区勘察)检波器排列的基本形状为圆形，即在圆的中心点处以及圆周上等间隔布置检波器。测点数最少的圆形排列为3点组成的排列，即圆周上等距离的3点所构成的正三角形排列。为了提高勘探效率，可设计成不同半径的同心圆排列。例如：7点可构成2个、10点可构成3个正三角形排列。天然源面波勘探观测系统：天然源面波勘探观测布置图采集方式：对应一个时段内，采集并记录无数震源激发的地震波的传播过程。类同录像。与常规面波采集区别：低频、宽带、高灵敏，采样间隔大、采集记录时间长，可采集10分钟以上。天然源面波勘探地震波记录WD天然源面波智能勘探仪采集与处理同步进行：直接显示可用于地质分层的面波成果曲线，实现智能勘探。安装专家系统赋存经验数据手指点一点采集处理自动干天然源面波勘探的数据处理1.F-K频率波数法，从频率波数谱求面波相速度的方法2.空间自相关，简称SAC法两种方法假定微动为稳定的随机过程，其理论基础为随机过程理论。分析微动的幅频特性，提取微动中包含的面波的频散特性（频散曲线），实现地层地质勘察目的。F-K频率波数法分析微动频谱提取面波频散转换频散曲线空间自相关法频点自相关及与J0函数拟合度形成频散曲线天然源面波勘探现场工作照上海岩土工程勘察设计研究院协作福建建筑设计研究院协作北京市水利规划设计院陕西渭南试验现场天然源面波勘探现场试验成果采集地点：福建马尾采集参数：观测最大边长32米，勘察深度90米。左图为钻孔柱状图和标贯参数，右图为天然源面波频散曲线和横波速度曲线。曲线与地层界面及标贯值分布，对应良好。采集地点：福州南隅采集参数：最大边长32米，勘察深度90米。天然源面波勘探现场试验成果左图为钻孔柱状图右图为天然源面波频散曲线和横波速度曲线福州五一广场香格里拉酒店扩建工程天然源面波勘探现场试验成果地点：上海世博园最大边长60米，勘探深度140米。天然源面波勘探现场试验成果左图钻孔地震波测井曲线右图为天然源面波曲线和对应的横波速度曲线。地点：上海世博园最大边长64米，勘察深度140米。左图为对应钻孔地层柱状图和钻孔波速测井曲线。右图为天然源面波曲线和经过反演计算得到的横波分层曲线。天然源面波勘探现场试验成果左图为钻孔地层及钻孔横波速度测井资料；右图为天然源面波频散曲线，和经过反演计算得到的横波速度曲线。天然源面波勘探现场试验成果地点：天津城建大学双源面波勘察——人工震源地点：陕西渭南震源冲击力3吨，资料深度60多米，面波速度高，分层明显，与本区的卵砾石地层相吻合。双源面波勘察——天然震源地点：陕西渭南台阵最大边长64米，勘察深度250米。面波速度高，分层明显。红线是人工源面波频散曲线，蓝线为天然源面波频散曲线，二者曲线衔接段基本吻合，检验双源方法成果可信，二者组合可行。双源面波勘察——两种震源成果组合天然源面波勘探技术应用研究------不同频率对比左图为采用4HZ检波器的天然源曲线，深度90米；中图为采用1HZ检波器的天然源曲线，深度135米；右图为两条曲线比较，90米以上曲线完全吻合。1.WD智能勘探仪：安装微动专家识别系统、筛选系统、刷新叠加系统，改变迄今为止地震仪只具有采集功能的现状，做到直接获得成果数据，并且实时显示面波频散曲线。2.应用WD智能勘探仪，以往复杂的事今天简单做，高技术岗位可由熟练工人完成。3.微动勘探技术无需震源，操作便捷，适应环境强。——听着大地脉动，看到地层软硬，物探工作变轻松！结论谢谢！