面波勘探方法与技术进展

面波勘探方法与技术研究进展,徐义贤夏江海罗银河梁青等中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室地球物理与空间信息学院,6/7/2020,2,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,内容,引言层状半空间模型中面波接收的最小偏移距含低速层模型的一维反演分辨力问题二维时域有限差分模拟方法研究高阶模式瑞雷波截止频率的等值性正在进行的研究工作,6/7/2020,3,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,一、引言,面波以“地滚波”(伪瑞雷波)在油气勘探领域臭名昭著；面波在研究全球和区域尺度上的壳幔结构方面的能力早已为地球物理学家们认可，目前对面波特性的认识主要来自于这一领域；在工程应用领域，80年代以前主要以地震工程方面的应用为主；德克萨斯大学奥斯汀分校岩土工程系推出的SASW方法在80-90年代在岩土工程领域得到广泛应用，但地球物理学家参与较少；,6/7/2020,4,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,续上页,主动源多道面波勘探（MASW）是在美国堪萨斯大学堪萨斯地质调查所（KGS）的推动下发展起来的，也因此获得SEG2001年颁发的“最佳贡献奖”。自2002年开始，中国地质大学（武汉）与堪萨斯大学合作，先后派出3名访问学者和2名博士研究生在堪萨斯大学进行合作研究，主要涉及面波的激发和采集、任意复杂介质的面波模拟、高分辨频散分析及反演方法研究，等等。下面的报告主要取材于本人及所在团队近3年来的研究结果。,6/7/2020,5,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,何处观测到频散的面波？,Xuetal.,2006,JAG.,6/7/2020,6,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,最小偏移距与覆盖层厚度、纵横波速度比之间的关系,6/7/2020,7,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,面波受地层结构的“屏蔽”吗？,Liangetal.,2007,6/7/2020,8,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,经典自由面边界条件适用于瑞雷波模拟吗？,面波与空气中的声波存在能量耦合的现象（理论上如PressandEwing,1951;EwingandPress,1957;实践中观测到如Knapp,1986；Artru等,2004;Ryden等,2006)现有高阶TDFD方法总是隐式或显式地将空气中的所有场分量置为零，因而不适合于瑞雷波的模拟。,6/7/2020,9,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,LeakRayleighwaves,FromRydenetal(2006),6/7/2020,10,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,流体-固体界面：压力连续,6/7/2020,11,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,声学/弹性边界近似,Xuetal.,2007,Geophysics.,6/7/2020,12,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,MinormodificationfromMittetsmethod!,6/7/2020,13,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,14,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,15,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,16,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,17,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,18,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,19,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,20,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,21,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,截止频率问题,Xuetal.,2009,PAGEOPH,6/7/2020,22,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,23,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,等效模型,6/7/2020,24,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,25,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,26,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,27,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,截止频率等值性的射线解释,AmplitudeEffectsinPhaseVelocityEstimationfromShotGather,Xuetal.,inProceedingsofICEEG08,6/7/2020,29,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Preface,Interferencebetweenmultipathingseismicsurfacewaveisamajorsourceoferrorindispersionanalysis.Scattercanbereducedbyspatialaveraging,butthereisnoguaranteethattheaverageisunbiased;andthespatialresolutionisdefinitelydecreasedbyaveraging.,6/7/2020,30,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Theproblem,Mathematictellus:onlysingleplanewaveinahomogeneousandisotropicmediumpropagateswithaphasevelocitycharacteristicforthemedium,butasuperpositionofsuchwavespropagateswithavelocitythatalsodependsonthedistributionofamplitudes.Thephasevelocityextractedfromshotgatherbyconventionaldispersionanalysisisthereforegenerallydoesnotmapthepropertiesoftheundergroundmediumcorrectly!,6/7/2020,31,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Planewavepropagation,6/7/2020,32,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Calculationmethod,.,Fortraceiofshotgatherinfrequencydomain:,Structurephasevelocity:,dx-interval,6/7/2020,33,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Otherusedtechniques,TheshotgathersweresynthesizedbyFDmethod(Xuetal,Geophysics,2007)ThesinglefundamentalmodeseparatedfromshotgatherbyLRTmethod(Luoetal,PAGEOPH,2008)Phaseunwrappingmethoddevelopedbyauthorsinthisstudy,6/7/2020,34,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Numericalexamples,Model(1)Normallayeredhalf-spaceModel(2)LVLcontainedlayeredhalf-space,6/7/2020,35,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,6/7/2020,36,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,DynamicphasevelocityforSG(b)StructurephasevelocityforSG(c)DynamicphasevelocityforSFM(d)StructurephasevelocityforSFM,Model(1),6/7/2020,37,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Phaseunwrappingformodel(1),6/7/2020,38,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,DynamicphasevelocityforSG(b)StructurephasevelocityforSG(c)DynamicphasevelocityforSFM(d)StructurephasevelocityforSFM,Model(2),6/7/2020,39,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Phaseunwrappingformodel(2),6/7/2020,40,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,(3)Verticalfaultmodel,6/7/2020,41,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,DynamicphasevelocityforSG(b)StructurephasevelocityforSG(c)DynamicphasevelocityforSFM(d)Theoreticalstructurephasevelocity,Model(3),6/7/2020,42,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Phaseunwrappingformodel(3),6/7/2020,43,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Realworldexample,DataacquiredfromVancouveratboreholeFD95-2,seeXiaetal,2003,JAG,6/7/2020,44,2009面波勘探春季培训班，中国地质大学，武汉,Conclusions,Amplitudeeffectscanbeclearlyseeninphasevelocityprofileestimateddirectlyfromshotg