（地球探测与信息技术专业论文）层析成像技术在汶川地震反射波资料处理静校正中的应用.pdf

川| i j j l | f i i i i j i f | | i i | l i | 1 1 i i l l l 舢 y 1717 5 2 6 c t i o ni nw - e n c h u a ns e i s m i c i n gb yt o m o g r a p h y m 句o r ：g e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n ga n di n f o r i i l a t i o nt e c h n o l o g y d i r e c t i o no fs t u d y ： e n g i n e e r i n gs e i s m i ce x p l o r a t i o n g r a d u a t es t u d e n t ：z h ul i x i u s u p e r v i s o r ：p r o c h e n gz h i p i n g c o l l e g eo fe a n hs c i e n c e g u i l i nu n i v e r s i 哆o ft e c h n o l o g y s e p t e m b e r ，2 0 0 8t oa p r i l ，2 0 1o 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者( 签字) ：生丝壑 签字同期：二坦，上生l 鱼上 斗 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。 本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社 会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 本论文是否保密：是否如需保密，保密期限为： 学位论文作者签名：捣之动扒 签字日期：y 萨4 月1 日搿勰 摘要 在复杂构造地区，近地表地形高差起伏大、地貌单元多变都会导致地震勘探 变得复杂，静校正问题尤其突出。对于地震勘探来说，地震处理中的静校正问题 可以直接影响地震反射波的成像，极大地影响着叠加剖面的成像效果和构造形 态。如果地震反射波双曲线发生畸变，将导致地震剖面出现虚假构造，从而给解 释工作带来许多困难。因此，对静校正问题的探讨和研究就具有十分的重要意义。 本文根据目前静校正存在的问题和实际需要，利用地震初至波层析成像技术反演 复杂地表构造地区的速度模型，求取静校正量，获得了比较好的效果。 首先，本文研究了初至波旅行时层析成像方法的基本原理和基本步骤。其中， 原理包括近地表模型的建立、射线路径和初至时间的计算、反演方程的建立。在 反演近地表速度场时，利用了阻尼最小二乘法迭代重建技术求解大型、稀疏的方 程组，该算法稳定、快速且准确地重建了速度场，保证了层析技术能够准确的解 决近地表模型的速度和厚度。 其次，针对川西地区野外的地质情况做了静校正实验，对比了由折射静校正 和层析静校正两种方法获得的最终剖面成像效果，得出层析静校正更适合用于解 决本地区的静校正问题。本文中试算了层析反演理论模型，并在实际地震勘探资 料处理中对层析反演方法进行了实际检验。结果表明在近地表起伏剧烈、横向速 度变化大的复杂地区，利用层析静校正方法可以准确地反演出近地表低速带的模 型，直观地反映整条测线地表及近地表速度的纵横向变化规律，确定观测点下低 降速带底界的形态，进而求取静校正量。在地震资料处理中总结出，层析反演静 校正方法适合用于解决本研究区的静校正问题，它具有有效性和可行性。 关键字：地震层析反演折射静校正 a b s t r a c t i nt h er e g i o no fc o m p l e xs t r u c t u r e ，f l u c t u a t i i l gn e a r - s u r f a c et e n 。a i l le l e v a t i o na n d c h a n g i n gl a l l d f o r mu 1 1 i t sw i l lr e s u l ti ns e i s m i ce x p l o r a ，t i o nc o m p l i c a t e d a n dt 1 1 es t a t i c c o r r e c t i o np r o b l e mi sp a n i c u l a r l yc o n s p i c u o u s f o rs e i s 面ce x p l o r a t i o 玛m es t a t i c c o r r e c t i o np r o b l e mi ns e i s m i cp m c e s s i n gc a nd i r e c t l ya 艉c tt h es e i s m i cr e n e c t i o n i m a g i n g ，a i l di tg r e a t l yi r l f l u e n c e st h ei m a g ee 任e c t so fs t a c k e ds e c t i o na n ds t m c t u r a l f e a t u r e s i ft l l es e i s i i l i cr e f l e c t i o nh ) ，p e r b o i i cb e c o m e sd i s t o r t i o n ，i t 谢l lr e s u l ti na f a l s ec o n s t 九l c ta b o u ts e i s m i cp r o f i l e s ，恤c hb r i n g sl o t so fd i 珩c u l t i e st oe x p l a i l l t h e r e f o r e ，i ti sag r e a ts i g n i f i c a l l c et o 咖d ya 1 1 dr e s e a r c ht h ep r o b l e m so fs t a t i c c o r r e c t i o n t h ep 印e ri sb a s e do nt h ep r e s e mp r o b l e m s 锄dn e e d so fs t a t i cc o r r e c t i o n ， a n du s i n gs e i s m i cf i r s tw a v et o m o g r a p h yi r e r s e st h ev e l o c i t ) rm o d e lo ft h ec o m p l e x s u r f a c ea n dc o n s t l c t i o na r e a st oo b t a i nm e a s u r eo f 删i cc o n e c t i o n a n d 、 ，eo b t a i n f a i r l yg o o d r e s u l t s f i r s t ，w es t u d yt l l eb a s i cp r i n c i p l e s 锄db a s i cs t e p so ft o m o 伊a p h y p r i n c i p l e s i n c l u d et h en e a rs u r f a c em o d e l ，r a y 俩c i n ga 1 1 dc a l c u l a t i o no ft h ef i r s ta r r i v a lt i m e ，t l l e e s 讪l i s h i n go fi n v e r s i o ne q u a t i o n 帅e nw ei n v e r s en e 孙s u r f a c ev e l o c 时f i e l d ，w e u s ed 锄p e dl e a s ts q u a r em e t h o di t e 均t i v er e c o n s t m c t i o nt e c h n i q u et 0s o l v el a 曙ea i l d s p a r s ee q u a t i o n s t h ea l g o r i m mr e c o n s t m c t st h ev e l o c i t ) rf i e l ds t a b l y f a s t 砒l d a c c u r a t e l y i te n s u r e st o m o 莎a p h yt e c h n o l o g yt o a c c u r a _ t e l y s o l v et l l es p e e da n d t h j c k n e s so fn e a r s u 妇em o d e l s e c o n d l y ，a c c o r d i n gt os i c h u a i lw e s t e mg e o l o g yo ff i e l d ，w em a k em es t a t i c e x p e r i m e m s a n dt l l e nw ec o m p a r et l l ee f r e c to ff i n a ls t a c k e ds e c t i o ni l i l a g e sa _ b o u t t 1 1 er e 矗。a c t i o ns t a t i cc o r r e c t i o nm e m o da n dt h es t i t i cc o n e c t i o nm e t h o d t h a tw et h i l l l 【 t o m o g r a p l l i cs t a t i cc o n e c t i o ni sm o r es u i t a b l e t 0s o l v em es t a t i cr e g i o nc o l l r e c t i o n p r o b l e m w bt e s t t h e o r e t i c a lm o d e l sb yt o m o 擎印l l i ci r e r s i o i l a n d 、et e s t t o m o 舒印h i ci n v e r s i o nm e t h o df o rt h ea c t u a ls e i s m i cd a t ap m c e s s i n g t h er e s u l t s s h o wt h a tt o m o 铲a p l l i cs t a t i cc o r r e c t i o nc a ni n v e r s et h ev e l o c i t yi nn e a r - s u r f a c e c o m p l e xr e g i o n ，d i r e c t l yr e n e c tt h ev e l o c i t yc h a n g e so fw h o l es e i s m i cl i n ei ns u r f a c e a n dn e a rs u “犯e ，a n dc e r t a i nb o 仉o mb o r d e ra _ b o u tl o wv e l o c i t ) ，l a y e ru n d e r o b s e r v a t i o np o i n t s t h e n 、v es e e kf o r 锄o u n t i tc a nt l l e ns t r i k eas t a t i cc o r r e c t i o no f s u r f - a c ea r e a i nt h i ss t u d y ，w ec a no b t a i nt h ec o n c l u s i o n ：t o m o 伊印l l i ci i e r s i o ns t a t i c c o r r e c t i o nm e t h o di sb e t t e rt h a nr e f r a c t j o ns t a t i cc o l t e c t i o n i ti se l t 色c t i v - ea n df e a s i b l e u l a tt o m o g r a p t l i cs t a t i cc o n e c t i o nm e m o ds o l v e st h es t a t i cc o n e c t i o np r o b l e mi i l c o m p l e xr e g i o n k e yw o r d s ：t o m o g r a p h i ci n v e r s i o n ，s t a t i cc o r r e c t i o n ，r e 仔a c t e dw a v e 摘要 目录 a b s t r a c t 第l 章引言 1 1 课题研究的背景和意义l 1 2 课题的研究现状2 1 2 1 地震层析反演国内外研究进展2 1 2 2 静校正技术发展和应用3 1 3 课题研究内容4 第2 章研究区概况与数据采集的方法5 2 1 研究区概况5 2 1 1 研究区地理、气候概况5 2 1 2 研究区地质特征7 2 1 3 地球物理特征1 4 2 1 4 研究区地形、地貌特点。1 4 2 2 数据采集方式1 5 2 2 1 激发1 5 2 2 2 接收1 6 2 3 本章小结1 6 第3 章层析成像技术 1 7 3 1 层析成像反演的基本原理和步骤1 7 3 1 1 初至走时层析成像正反演模型1 7 3 1 2 初至波走时层析成像反演步骤1 9 3 2 层析反演算法。2 0 3 2 1s i r t 算法。2l 3 2 2 阻尼最小二乘法2 1 3 3 层析反演静校正的优点和局限性。2 2 3 4 覆盖次数和偏移距对层析射线的影响一2 3 3 5 本章小结2 4 第4 章静校正方法。 4 1 高程校正。2 5 4 1 1 高程校正的公式2 5 4 1 2 高程校正的特点。2 6 4 2 折射静校正方法2 6 4 2 1 延迟时静校正2 7 4 2 2 扩展广义互换法2 9 4 2 3 小结。3 3 4 3 层析静校正方法。3 3 4 3 1 层析静校正最的计算3 4 4 3 2 层析静校正心用的条件。3 4 4 4 本章小结3 5 第5 章对研究区地震资料静校正的处理 5 1 高程校正。3 6 5 2 折射静校正3 7 5 3 层析静校正3 8 5 3 1 处理流程3 8 5 3 2 层析反演。3 9 5 3 3 层析静校正与高程静校正瞥炮记录对比分析。4 3 5 3 4 层析静校正与折射静校正单炮对比分析。4 4 5 - 3 5 高程静校正、折射静校正与层析静校正叠加结果4 5 5 3 6 数据采集中覆盖次数影响层析静校正效果。4 8 5 4 本章小结。5 0 第6 章结论和建议 致谢 参考文献 个人简历 v 5 2 5 3 5 6 梓林理_ 人学硕十学位论文 第1 章引言 1 1 课题研究的背景和意义 2 0 0 8 年5 月1 2 日，我国四川省汶川县发生了世界罕见的大地震。汶川地 震震裂带发生在青藏高原东缘龙门山断裂带上，大小余震多达三万多次，受灾面 积广泛。因此，汶川地震后引发了对地震活动断裂的研究。国内外专家认为，在 汶川地震断裂带上实施科学钻探，通过原位观测、井中试验、断裂带物质的实验 室分析以及长期监测等手段，可以为解决地震的物理化学和地震机制的根本问题 提供重要的答案【l 。3 1 。本次研究是国家科技支撑项目“汶川地震断裂带科学钻探 的课题“横穿龙门山地震反射剖面探测及深部结构的地震解释 的内容。 2 0 世纪5 0 年代以来，静校正问题一直困扰着地震勘探领域，特别是困扰着复 杂地区的地震勘探和地震资料采集、处理和解释等主要问题。静校正问题处理的 好坏是影响地震勘探效果的关键，是各阶段后续处理和解释质量好坏的关键。尤 其在中国西部地区，地表结构复杂( 地表为黄土塬、沙漠、戈壁、山地) 、地表 地形起伏剧烈的地区，静校正问题十分突出1 4 刁j 。 由于近地表风化层的存在、近地表介质纵横向的变化和介质的不均匀变化引 起了地震波传播旅行时的不均匀延迟的存在，这些因素很大程度上都影响了地震 剖面的品质、成像效果和构造解释。因此消除近地表高程的变化、低速层速度和 厚度的变化等近地表问题，对地震剖面效果具有至关重要的影响。在地震勘探中， 山地地形条件复杂多变，野外获得近地表资料不足够详细和准确，因此静校正工 作更多是在室内地震数据处理中来完成。对原始地震资料处理时，如何准确、合 理的消除近地表因素来确保地震资料最终成像的精度，已成为此类地区地震资料 处理、解释过程中最为关键的问题【8 】。近地表校正是贯穿于反射地震勘探资料采 集、处理和解释中的一项基础性工作。近地表校正欠佳，不仅严重地影响着后续 各阶段的处理质量，也会导致错误的解释结果。 随着地震勘探向复杂地区的深入，在资料处理中利用初至波层析成像技术构 建近地表速度场是解决复杂山区近地表静校正问题的有效途径之一。层析静校正 能够很好地解决复杂地区近地表地形起伏剧烈，横向速度变化大等现象的静校正 问题，这种方法近几年已经被广泛应用，并且也取得了很好的实际效果。在复杂地 区初至波层析静校正对解决长波长和短波长静校正问题都有较好的应用效果，但 是，在实际的应用中仍然存在很多问题，这需要进一步的研究【9 ，l 们。 本课题根据我国汶川地区地震反射波勘探中急需解决的静校正难题，进行复 棒林理一i ：人学硕十学位论文 杂近地表地区的初至波层析静校正，具有重要的理论意义和实用价值。 1 2 课题的研究现状 1 2 1 地震层析反演国内外研究进展 层析成像( t o m o 铲a p h y ) 一词最早源于希腊文，本是断面或切片( t o m o s ) 的 含义，是一种用来获取固定物体某一选定平面的图像的方法i l 。层析成像因1 9 1 7 年奥地利数学家j r a d o n 的“关于由函数沿某些回路积分确定该函数 的文章确 立了它的数学基础。1 9 5 6 年b r a c e w l l 在射电天文学领域实现了第一个图像重建。 随着数学图像重建方法在射电天文学和电子显微学等方面的应用和发展，到六七 十年代中期，在数学计算方法上出现了的褶积投影法，c h a p m a n 从理论上证明了 地震学中的t p 变换即是r a d o n 变换( c h a p m a n ，1 9 8 1 ) 。1 9 6 7 一1 9 7 0 年期间，美 国地球物理学家b a c k u s 和应用数学家g i l b e r t 提出了完整、严格的反演理论一b g 理论，用来研究地球物理参数的连续变化，用联系函数表达反演问题。w i g g i n s 和英国的j a c k o s n 等人先后提出了广义反演方法，与b g 理论表达的离散模型相适 应。1 9 7 9 年，d i n e s 和l y t l e 做了大量数值模拟，利用弯曲的地震波射线进行地下 地震波速度成像。地震层析技术研究真正展开的标志是1 9 8 4 年亚特兰大召开的第 5 4 届s e g 年会，由美国海湾开发研究公司和海湾石油勘探开发公司学者第一次公 布了关于地震层析成像( c t ) 的研究成果。在7 0 年代，地震层析成象是以井间 速度结构为调查研究对象。1 9 7 2 年由美收系统的地震层析成象理论、方法和技术 以数值模拟的形式进行了广泛的研究。9 0 年代至今，利用天然地震数据和人工地 震数据资料的地震层析成像技术在地学界各领域广泛应用并取得较好的发展 【1 0 ，1 2 1 o 在2 0 世纪7 0 年代，地球物理反演理论和成像技术被介绍到中国。8 0 年代初， 我国就开设了地球物理反演成像的课程，而且多次召开了关于数学物理反演的学 术会议。我国的地震层析成像研究工作主要集中在区域结构的成像上。1 9 8 0 年， 利用p 波走时资料，金安蜀【1 3 j 等采用奇异值分解法解大型超定方程组g m = f ，对 北京地区地壳上地幔的三维速度反演，得到该地区不同构造地壳速度的差异。 1 9 8 9 年，刘福田【1 4 j 领导的研究小组利用原有的中国地震台网资料( 近震和远震资 料) ，通过正交投影算子实现了速度模型与震源参数的分离，重建了华北地区、 京津唐地区、中国大陆及邻近地区、南北带、华南及海域等的地壳和上地慢的三 维p 波速度结构。1 9 9 7 年，万永革【l5 j 等采用遗传算法反演得到所选地震的震源位 置和京津唐张地区的地壳结构。2 0 0 6 年，周民都n 剐等利用近震走时资料及人工地 震测深，重建了青藏高原东北缘地壳三维速度结构等等。总之，随着资料的增多 和研究工作的深入，我国的地球物理学家和数学家对地震层析成像反演技术的认 2 棒林理i ：人学硕十学位论文 识和发展也作出了应有的贡献。 地震层析成像是对观测到的地震波各种震相的运动学( 走时、射线路径) 和动 力学( 波形、振幅、相位、频率) 的资料的进行分析，进而反演由大量射线覆盖的 地下介质的结构、速度分布及其弹性参数等重要信息的一种地球物理方法。 近几十年，地震层析成像技术已经广泛应用到地球科学、能源勘探丌发、工 程地质和灾害地质、金属矿勘探开发、矿山工程地质和水文地质研究等领域中， 这种方法推动了地球物理学进一步研究的步伐【 之0 1 。 在地球科学领域，地震层析成像能够了解地球内部精细结构，利用天然地震 资料，经过初步地震层析成像研究了解地球内部具有高度的不均匀性：在能源勘 探开发领域，地震层析成为油气储集层描述和动态监测、煤田勘探的重要手段之 一，此外在探测综采障碍方面( 如小断层等) 地震层析成像也取得好的成果；在 工程地质和灾害地质领域，地震层析成像在探测工程危体、确定适用存放核废料 的致密花岗岩的内部构造等方面都起来重要的作用：在金属矿勘探开发领域，地 震层析成像在原理上不依赖于层状地球模型，可以用来探测各种类型的不均匀 体，较适用用于探测金属矿等等。可见，地震层析成像技术对地球物理学的 发展做出了不可缺少的贡献。 1 2 2 静校正技术发展和应用 地震勘探中的静校正是许多地震资料处理的一项关键性的工作。静校正就是 消除近地表介质不均匀变化引起的地震波传播旅行时的不均匀延迟。 2 0 世纪5 0 年代初到今天，地球物理学家经过努力发展了许多静校正方法和技 术。由于地震勘探深入到复杂地区，野外静校正、折射波静校正、剩余静校正这 些传统的静校正方法很难找到较平缓的地表和层状介质的近地表，很难满足静校 j 下中的地表一致性问题，自此反射时距曲线也就很难形成双曲线。于是，2 0 世纪 7 0 年代，出现了利用正演把地面上的数据延拓到另一个深度面上的方法，如1 9 7 9 年b e r r y h i ll 的波动方程基准面校正和1 9 8 8 年s h t i v e l m a n 和c a n n i n g 的波动方程 层替换方法得到了研究和应用。1 9 9 7 年波动方程基准面校正方法也有了新的发 展。2 0 0 0 年，b e r k h o u t 利用偏移领域中c f p ( c o 舳o nf o c u sp o i n t ) 技术的相等时 间准则估计出相应算子来消除复杂近地表的影响。 2 0 世纪7 0 、8 0 年代，地震勘探中出现了地震层析技术这种方法。近年，基于 规则网格的波f j i 射线追踪技术的旅行时层析反演方法取得了很大的发展。根据算 法原理的不同，发展了有限差分法求解程函方程的方法；用解析解扩展波前的方 法；用图论理论通过寻找最短路径扩展波前的方法。这些方法都推动了层析反演 静校正的发展，层析成像静校正方法其应用前景开阔，它代表静校正技术的未来 发展方向幽】。 桂林理工大学硕士学位论文 随着地震勘探向复杂地区的深入，静校正技术已经成为地震勘探资料处理的 重要环节之一，它在实际应用中获得非常好的效果。在我国西部地区，由于一些 重要油气田的发现，利用折射静校正技术很好解决了长波长静校正问题，如塔里 木盆地中部大沙漠的大深度低幅度构造和鄂尔多斯盆地黄土源区的苏里格气田 复杂岩性勘探中的静校正问题；在复杂地表地区如玉门的窟窿山，柴达木的乌南， 塔里木的柯克亚等许多复杂地表区都利用初至折射波解决三维大的剩余静校正 问题【2 3 1 。 由于基于折射波法的静校j 下技术存在一定的弊端，近几年初至波层析静校正 技术在处理复杂地区静校正问题中成为主要手段。利用层析反演技术解决高陡复 杂构造地震资料的静校正问题，如通过在层析技术解决四川盆地东部南门场构造 地震资料处理中静校j 下问题，对查明构造主体形态和圈闭含气构造取得了重要进 展【2 4 】；层析静校正方法也可以解决黄土塬覆盖区的静校正问题，如鄂尔多斯盆 地富县地区由于地表覆盖巨厚黄土、沟壑纵横、地形起伏大，通过层析成像技术 解决了该区长波长和短波长的静校正问题，取得了很好的成果【2 引。 1 3 课题研究内容 本课题深入的研究了地震层析成像反演理论、算法，分析对比了高程静校正、 折射静校正和层析静校正方法的原理，适用条件。最终，选择把层析成像反演与 静校正技术实际应用到本次研究区地震资料的处理当中，并分析了这种方法的优 越性。具体内容如下： l 、本课题首先研究总结了层析反演技术的优点。层析法不用分辨初至波类 型，这就避免了在地震记录上识别初至波类型的困难；同时，层析法反演的介质 可以不是层状的，这就更加适合用于地表构造复杂的地区。其次，分析了三种静 校正方法的特点( 如高程静校正，折射静校正和层析静校正) ，对比三种静校正 方法总结归纳出各自的适用条件，这有利于实际应用。再次，本课题利用了层析 技术解决本区的静校正问题。 2 、本研究区地表高差大( 最大高差达到1 0 0 0 米左右) ，近地表风化严重，地 表岩性明显变化，岩石出露明显，这些地形特点使得浅表层速度变化大，很难寻 找统一、稳定的折射层，静校正问题非常突出。 3 、针对本地区的地质状况，利用不同的静校正方法进行了检测。首先，对 层析反演方法进行了不同地质模型的试算，取得的效果较好；其次，把层析法应 用到实际的研究区中进行试算，获得了显著的效果。再次，对照利用高程、折射 和层析三种静校正方法得出的最终成像剖面后，总结出层析静校正更加适用于本 研究区。 4 桂林理t 大学硕士学位论文 第2 章研究区概况与数据采集的方法 2 1 研究区概况 2 1 1 研究区地理、气候概况 研究区位于龙门山断裂区中断，都江堰市以北3 0 k m 。测线沿北西、东南方向 穿过虹口乡、向峨乡和丰乐镇。西北端起于虹口乡连山坪，终止于丰乐镇，全长 1 8 3 k m 。如图2 1 ，其中黄线为研究区地震勘探位置，研究区附近主要有虹口一都 江堰、向峨一彭州一虹口两条道路经过，经过5 1 2 地震后，这些道路基本中断。 测线起始于龙门山断裂带的中央断裂，翻越区内最高的火烧山，穿过森林后进入 盆地并且有多处穿越滑坡体，交通不便。 研究区位于中亚热带湿润性季风气候区，四川盆地西缘山地，它的气候特点 主要表现为常年阴湿多雨。四季变化明显，特点是春晚，夏短，秋早，冬长。降 水量全年分布不均，坝区7 8 两月降水达5 7 1 2 m m ；1 2 月、1 月、2 月三个月降水 4 7 5 姗，年均降水日数1 9 0 天，形成夏涝冬干的特点。5 1 2 地震后，本区天气变 化发生较大的变化，雨水较地震前同期明显增多。 5 clj蚪犁科以凶硬蕾【n匝 仪秘堪嘉千隧貅长h剐嚣蜒 桂林理工大学硕士学位论文 2 1 2 研究区地质特征 1 ) 地层 研究区地层出露相对齐全，前震旦系为一套变质火山沉积岩系，晚古生代为 陆堋一浅海相沉积建造，中生代为泻湖一陆相沉积建造，新生代地层主要为第四纪， 主要为河流相沉积建造。如表2 1 表2 1 研究区地层简表 地质厚度沉积 年代 岩石地层单位( 符号)岩石类型 ( m ) 环境 现代河流沉 现代高山冰碛河流相 积( q 柏)( q 四) 2 5 2 0 砾石、弧粘土 白 剑门关组 二段( k j 2 ) 1 3 5 4 含砾砂岩、砂、泥岩河流相 垩i 纪 ( k j ) 一段( k j l ) 2 4 0 1 砾岩、含砾砂岩、粉砂岩 冲积扇 三段( j t 3 ) 2 6 2 砂岩、粉砂质泥岩、泥岩河湖相 莲花口组( j t )二段( j t 2 ) 6 6 7 含砾砂岩、粉砂岩、砂岩i 侏二段( j t l ) 3 4 3 砾岩、含砾砂岩、砂岩 冲积扇 罗 遂宁组( j 。) 2 3 6 2 含砾砂岩、粉砂岩、泥岩 河流相 纪 沙溪庙组( j 。) 3 4 0 砾岩、砂岩、泥岩 千佛崖组( j a ) 2 9粉砂岩、泥岩、细砂岩河湖相 四段( t x 4 ) 2 5 4 砂岩、夹炭质页岩及煤层 须家河组三段( t x 3 ) 1 0 5 砾岩、长石石英砂岩、粉 扇三角洲相 ( t x ) 砂岩 = 二段( t x 2 ) 1 1 5 4 砂、泥、页岩、砾岩辫状河三角洲 1 4 一段( t x l ) 3 0 0 砾岩、砂、泥岩夹泥灰层 相 叠 纪 嘉陵江组( t j ) 5 0 粉砂岩、泥页岩夹灰岩潮坪 - 含燧彳i 结核灰岩夹粉砂 。- 吴家坪组( p w ) 6 5 7 叠岩 滨浅海相 纪 龙潭组( p l t ) 2 3 4 6 砂泥岩与灰岩夹煤线 l浅海相 盯r l0 z ，口，n 、凰舄扣虫“一胁似日扣坐 7 棒林理工人学硕士学位论文 石 夹粉砂岩泥岩 炭梁山组( p 1 ) 2 9 粉砂质页岩夹骨屑灰岩 纪 黄龙纽( c p h ) 3 5 2 含蜓质纯灰岩 总长沟组( c z ) 4 3 骨屑灰岩和沙屑灰岩 白云岩与砂、粒屑灰岩互 沙窝子组( d s ) 6 6 1 3 l泻湖相 层 泥 观雾山组( d g 、v ) 1 6 9 3 4 9 礁灰岩、生物屑灰岩、砂 盆 岩、粉砂岩、泥岩 微晶骨屑灰岩夹粉砂岩、浅水陆棚及混 纪 养马坝组( d y ) 1 3 l 泥岩合潮坪 粉砂岩、泥岩夹介壳灰 甘溪组( d g ) 4 9 岩、泥晶灰岩 震火山碎屑岩段：集块岩、 日 苏维组( z s )二段( z s 2 ) 3 0 5 凝灰岩、钠闪碱流粗喷发沉积 纪面 ( 据l ：5 0 0 0 0 都江堰幅地质图说明书改编) 前震旦系为变质结晶岩系，主要由变质基性、酸性火山岩、火山碎屑岩和变 质沉积岩构成。 震旦系主要出露地层为苏雄组，岩性主要为沉积凝灰岩和粗面岩。 古生代主要由泥盆和石炭纪组成，泥盆系主要岩性为：灰岩、白云岩、粉砂 岩、泥岩等；石炭系岩性主要为：灰岩和粉砂质页岩。 中生代主要由三叠和侏罗组成，三叠系主要岩性为：砾岩、砂岩、粉砂岩和 少量灰岩；侏罗系砾岩、砂岩、粉砂岩和少量泥岩。 新生代主要为第四纪，主要为一些亚粘土和砾石 2 ) 构造 区域上主要由自西向东分别为茂汶一汶川断裂带( 又称后山断裂带) 、北川一 映秀断裂带( 又称中央断裂带) 、彭灌断裂带( 又称前山断裂带) 四大主干断裂带组 成，自西向东呈北东一南西方向平行展布见图2 2 。映秀一北川断裂以西，松潘一 甘孜印支褶皱带以东的广大地区，为大型复式背斜。 3 ) 侵入岩 该区的侵入岩主要为中生代，除由变质基性、酸性火山岩、火山碎屑岩和变 质沉积岩的黄水河群外，其他都是侵入其间的各类侵入岩组成。岩性主要为云英 闪长岩二长花岗岩和钾长花岗岩等。 8 梓林理工人学硕士学位论文 1 第四系；2 上三叠统一白垩系、上三叠统一侏罗系、侏罗系一白垩系、侏罗系一下第三系； 3 上三叠统须家河组；4 三叠系西康群；5 泥盆一石炭系、志留一三叠系、泥盆一三叠系、 泥盆一二叠系的飞来峰；6 泥盆一二叠系；7 志留系茂县群；8 震旦一三叠系；9 震旦一 寒武系、震旦一奥陶系、震旦一志留系、志留系；1 0 前震旦系及晋宁一澄江花岗岩体；1 1 花岗岩；1 2 闪长岩；1 3 角度不整合；1 4 主干断裂：( 1 ) 彭灌断裂，( 2 ) 映秀一北川断裂，( 3 ) 汶川一茂汶断裂，( 4 ) 青川断裂；1 5 一般断裂 9 桂林理工大学硕士学位论文 根据地质情况，研究区可分成三部分，如图2 3 2 5 所示： 第一部分即如图2 6 测线高程图中的1 区，主要为砾岩、砂岩和泥质砂岩区， 该区地层倾角小，地层连续性较好，如图2 3 单炮记录，资料信噪比较高，存在 比较清晰且连续性较好的反射波，声波和低频面波发育较差； 第二部分即如图2 6 测线高程图中的2 区，主要为花岗岩区，该区资料信噪 比一般，存在相对不够连续的反射波，低频面波和高频随机干扰波相对严重，如 图2 4 单炮记录； 第三部分即如图2 6 测线高程图中的3 区，主要为灰岩和白云岩区，该区地 形陡峭、地层倾角变化剧烈，在浅层很难看见连续性较好的有效波，且高频干扰 严重，资料信噪比较低，如图2 5 单炮记录。 l o ；兰 卜一 臻一 叠一 置 啭霉嫂蚌帮凶献雷釜n一匝 l _ 1 1 _ i _ l _ i _ i _ i _ 一 一 一 l _ 霉i 露 j 鼹 鼹 鹦 鼹 鼹 箍 孽 謦 景 眷善。譬暑u=l-!臣_r啦tll哺-奢。一h譬一卜-冒，已i童。；pp嗄hz拳qztlz-錾u-l盆。-精r，一 仪秘逍外1千隧扑kh尉羹军 瓣- 芝- 毫 一 o t o 知吆- s o o o 最n吕口no 口no o s l o 口口一 口o 瞄堙更蚌帮j11枨沤堪|，n c l j _ z 一- 口i 卜 l - r n ： 霉i _ 口，_量|u-意卜_童臣 - f r r 露l - h 岛 n 0 -h一占芑t一卜h-t譬-o-。h-扣t。； r r l _ i _ h 绣 n h 霉 “荨 p口q。tl零尊u置青聋一_oi-。-h一rv l _ “嚣 i - h 慕 议秘堪扑_千隧扑kh剐嚣辜 昌p 爱f 爨p 瞄霉簧砷帮 凶献怄虹，娄nn田 i z 一io - 、一卜 l - 卞叶1 1 _ 一 p 贮| j l j 瓦 9 t h 嚣_。童叠p o一卜=一色_t：芑一雌卜 一 - 锭 ，r 致o p l _ i j r 菇 | | m n 9 辑 t 糯t 譬，-富毒x-嚼盆静囊。009曩叠h王霉口zii王 h v - l _ 一钟_ 馕h 诉 。一。蝽hrrv 议嵇堪扑书隧扑kh剐蒌堪 棒林理二人学硕七学位论文 2 1 3 地球物理特征 本区一般岩层分为三个段，主要有砂砾岩段，花岗岩段，灰岩和白云岩段， 岩性如下表2 2 所示。表中，风化带的最大速度和最小速度有3 倍的差异。因为 风化带中存在凝聚物，波的速度为2 0 0m s 。1 时纵波传播的时间长于波的速度为 6 0 0m s j 时的时间。同时，风化层于基岩也存在明显的速度差异，所以可以用 层析成像技术来探测风化层厚度。 表2 2 研究区主要岩性纵波波速分布 地层岩性纵波速度m s 。1 风化带 2 0 0 一6 0 0 砾石 3 0 0 一2 0 0 0 黏土 12 0 0 2 5 0 0 灰岩 2 0 0 0 一4 7 0 0 砂岩 2 1 0 0 一4 5 0 0 白云岩 3 5 0 0 一6 9 0 0 花岗岩 4 7 5 0 6 0 0 0 2 1 4 研究区地形、地貌特点 ( 1 ) 研究区内测线高程如图2 6 所示，可见区内地表高程起伏很大，地震测 线经过的开端处相对高差为1 0 0 0 m ，中部相对高差最大为1 5 1 3 3 m 的火烧山，末端 高程为5 2 1 9 m 最低处： 图2 6 测线高程图 ( 2 ) 植被覆盖密，降水、河流形成坡积、卵砾、河道堆积等现象发育； 1 4 桂林理t 大学硕十学位论文 ( 3 ) 近地表浅层和深层的地质条件都极其复杂，近地表风化严重，断层活 动频繁，特别经过大地震后出现地表松散、滑塌等地质现象严重； ( 4 ) 地表岩性变化明显，岩浆岩、石灰岩和砂泥岩均有出露。 2 2 数据采集方式 研究区采用了二维弯线，中间激发，不对称接收的观测系统，如下表2 3 。 试验仪器如表2 4 。 表2 3 二维观测系统主要参数表 名称参数 观测系统类型中间激发，不对称接收 排列方式 4 9 8 0 1 0 一( 1 0 ) 一l o 一1 3 8 0 炮间距 5 0 m 1 0 0 m 接收道数6 4 0 道 接收道距 1 0 m 检波器主频l o h z 检波器 覆盖次数 3 2 6 4 次 表2 4 试验仪器采集参数表 名称参数 仪器名称a r i e s 数字地震仪 采样问隔 1 m s 记录长度 1 0 s 前方增益 1 2 d b 记录格式 s e g y 炸药类型地震探测专用成型药 2 2 1 激发 根据研究区地理、地质情况，尽可能选择在基岩或有水的基岩中激发。如下 表2 5 ，表2 6 所示 梓林理一i ：人学硕十学位论文 袁2 5 激发条件 激发区激发深度( 米) 基岩出露或沟谷区 1 2 1 4 米 强风化和坡积物覆盖区、半坡以上地段 1 6 一1 8 米 双组合井区 = l o 米 表2 6 激发药量设定 激发地段激发药量( k g ) 基岩裸露的北段或有水的沟谷1 2 1 4 k g 大山无水的中段1 4 1 6 k g 南段 l o 1 2 k g 建筑物区卜2 k g 2 2 2 接收 为了保护中深层低频端有效反射信息，保证采集资料的信噪比和连续性，采 用了频率1 0 h z 的检波器接收。 本次研究采集主要在火烧山西北测线部分。火烧山地形起伏剧烈，地势陡峭， 破碎、滑坡现象是主要的地质状况，这些严重影响人员、钻探仪器和地震采集仪 器的运送。同时，根据附近地区以往油气勘探资料，在火烧山山顶和山坡地段很 难获得有效的地震波，因此在野外数据采集过程中没有在这一地段布设震源和检 波器，而是在火烧山半坡两侧、沟谷等较平坦、地层倾角较小地段布设了炮点( 激 发条件较好的地方设置了加密炮) 。这