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1、 指导老师：组长：组员: XXX 项目浅析地微动探测技术在断层勘测中的应用浅析地微动探测技术在断层勘测中的应用- 2 -目录目录摘要- 4 -关键词： 地微动探测技术 优越性 断层勘察 隐伏断层.- 4 -第一部分 前言- 5 -一、物探技术的含义 .- 5 -二、断层的定义及其危害性- 5 -三、探测隐伏断层的意义 .- 6 -四、城市勘探中对探明隐伏断层的要求- 6 -第二部分 地微动探测技术- 8 -一、地微动探测技术介绍 .- 8 -（一）微动探测方法的由来- 8 -（二）微动探测工作原理和方法技术- 9 -二、地微动探测方法的优越性- 12 -三、地微动探测方法应用案例- 13 -（
2、一）地微动探测技术测深划分岩性层: 以地热井位选址为例.- 13 -（二）地微动探测技术在城市轨道交通勘探工作中的应用- 13 -（三）地微动探测技术在水库大坝隐患探测中的应用- 13 -（四）地微动探测手段在断层勘测中的应用- 14 -四、地微动探测方法的局限性和今后改进方向- 14 -第三部分 地微动探测手段在断层勘测中的应用 - 16 -一、 微动探测法在断层勘察中的应用以贵阳地铁 2 号线建设为例- 16 -（一）工程概述 .- 16 -（二）物探方法选择及测线布置- 16 -（二）微动探测结果和钻探验证结果分析- 17 -（三）微动探测结果 .- 18 -（四） 钻探验证结果 .-
3、20 -（五）总结 .- 22 -二、二维微动剖面探测隐伏断裂以河南某煤矿采区为例- 23 - 3 -结束语- 24 -参考文献- 25 - 4 -摘要微动探测技术是在传统微动测深的基础上研究发展的一种探测新技术。该技术是利用拾震器在地表接收各个方向的来波，通过空间自相关法提取瑞利波频散曲线，经反演获取 S 波速的地球物理探测方法。该项技术不受电磁及噪声干扰影响，探测深度大，虽然当前仍存在一定的局限，但其显示的优越性表明该技术是一种很有前景的新技术。近些年，此项技术逐步应用于国内城市活断层调查、工程地基勘察和场地稳定性评价等多个勘探领域。本文将浅析微动探测法在断层勘察中的应用，分析该技术在城市
4、强干扰地区探测地下隐伏断层的适用性，为类似地区开展物探工作、选择物探方法提供参考。关键词： 地微动探测技术 优越性 断层勘察 隐伏断层地- 5 -第一部分 前言一、物探技术的含义物探地球物理勘探的简称，它之所以能够解决或查明有关地质和工程问题，是因为所要探测的地质对象与周围介质间存在某种物性差异。而这种物性差异可影响被寻找地质体周围某种天然或人工物理场的分布特征。物探技术就是利用先进的物探仪器来摄取这些物理场的分布并与均质条件下的物理场相比较，找出差异的部分来研究与勘探对象之间的关系，达到解决地质问题或工程问题的目的。二、断层的定义及其危害性断层是地壳，表层中岩层顺破裂面面发生明显位移的构造。
5、岩石发生相对位移的破裂面，被称为断层。断层面之上的一侧称为上盘。之下的一侧称为下盘。上盘相对是下滑，错动的称为正断层。多是由于受拉张造成。上盘相对是上冲错动的称为逆断层或逆冲断层。多是由于受挤压造成。两盘沿断层走向呈相对水平错动的称为平移断层或走滑断层。断层有各种不同的尺度，从较小的破裂，到上千公里的板块边界的断裂带。小断层在地表的出露近似为一条线，很多大断层则常是包括多条断层集合的宽阔的地带。断层存在的深度不同，较小的断层一般存在于地壳表部，巨大的断层一般可达到地壳的脆韧性转换带。因此断层一般在中上地壳最为明显。大多数的地震也是发生在二三十千米以上这一深度的范围。深部的断层，有的直接出露地表
6、。有些则是隐伏的，他们在深部的位置和延伸情况要靠地球物理等方法间接测定。在漫长的地质历史过程中，地球表面层形成过不计其数的大大小小的断层。他们形成与活动的时代新老不同。许多断层经过强烈滑动位移之后，早已停止了活动。成为已愈合的死断层。这类断层一般不再具备引发地质灾害的危险。- 6 -对研究现代断层引发的地质灾害的危险性来说。更关心现代仍在活动着的断层。即活断层。从地质学角度看，一条断层如果在现代构造应力场的背景下，或者说是在现代构造环境下曾是活动的，它就可被视为活动断层。工程意义上的活断层是指自晚更新世（12 万年前左右）以来的活断层。这些活断层在我国大陆内广泛分布，尤其是在中国的西部地区，活
7、断层规模大，活动性强，造成了严重的地质灾害，大断层常常构成区域地质格架，控制区域地质结构的演化，而小断层由于数量多，分布广，隐蔽性强，其破坏性更不容忽视，分布于城市地下的断层多属于这一类型，因此对城市地表建筑和地下生命线构成严重威胁。三、探测隐伏断层的意义活断层是地壳中最重要的构造，也是引发地震、地裂缝，地表沉陷、坍塌、滑坡等地质灾害的罪魁祸首。城市建筑物密集、人口密度大、基础设施网络化、系统本身存在着严重的脆弱性，因此断层的存在严重威胁着城市和人类的安全。面对活断层引发的地质灾害，人们通过对不良地质的调查，圈定潜在的灾害区，从而制定相应的防灾措施。对活断层的探测与识别中最困难的则是对隐伏断层
8、的勘测，他们在深部的位置和延伸情况只能靠地球物理等方法间接测定。因此开展隐伏断层的探测，对城市建筑和人类的安全保障至关重要。四、城市勘探中对探明隐伏断层的要求 在地震安全性评价和工程场地勘探中，探明隐伏断层是一项必做的工作；而探明隐伏断层的方法选择要因地制宜，经济科学。在场区内选取普查活断层的有效物探方法，不仅要考虑岩石的物性、断层构造面的形态特征及其引起的物性差异，而且还要考虑场区环境对物理、化学探测方法的干扰和限制。目前常规物探探测方法主要有: 高密度电阻率法、直流电测深法、地震波法和地质雷达。对于城区的地质勘探，由于这些方法受城市复杂的环境条件制约，探测效果不甚理想。高密度电阻率法和直流
9、电测深法受硬化路面制约，无法满足电极接地条件; 地震波法受到城区的交通、行人、机械振动和高压输电线干扰，基本无法采集有效信号; 地质- 7 -雷达法分辨率较高，但有效勘探深度一般小于 5 m，无法满足轨道交通的探测深度要求，且在城市主城区勘探时受到地下管线、管网，以及测线附近建筑物干扰，雷达资料判释时常常具有多解性。微动探测法则适用于地面障碍物覆盖区（城区）的构造勘探，且不受电磁干扰、场地噪音及高低速夹层、低阻高导层屏蔽作用的影响，对深部地层的分辨能力强，对断层破碎带（裂隙发育） 、采空区（空洞） 、花岗岩孤石等探测效果好。- 8 -第二部分 地微动探测技术一、地微动探测技术介绍（一）微动探测
10、方法的由来地球表面无论何时何地都存在一种天然的微弱震动，被称为“微动” 。这是一种在时间、空间域内都极不规则的震动现象，既由诸如气压、风速、海浪、潮汐变化等自然现象产生，也源自车辆行驶、机器运行以及人们日常生活、生产活动等。根据波动理论，微动信号中既包含体波也包含面波，但大多数情况下微动的震源在地表或海底，故微动信号中的面波成分相对于体波占绝对优势。微动探测方法（The Microtremor Survey Method，简称 MSM） 是从圆形台阵采集的地面微动信号中通过空间自相关法提取出面波（瑞利波）频散曲线，经反演获取台阵下方 S 波速的地球物理探测方法。这一方法在国外、特别是在日本已广
11、泛应用于盆地结构调查、工程地质勘察、场地稳定性评价等多个领域。徐佩芬等近年来在传统微动测深的基础上研究发展了微动剖面探测技术，并率先应用于国内多个勘探领域，在地热调查、煤矿采区构造及采空区探测、城市地质调查、活断层探测等多个领域取得实用性成果，是对传统微动探测方法的继承与创新。- 9 -（二）微动探测工作原理和方法技术1. 工作原理微动测深的物理前提是基于不同时代沉积地层之间存在的波速差异。地层波速与岩石密度和弹性有关，新生界、中生界、古生界到中上元古界地层的波速差异较为明显，形成了由低到高可以识别物性界面（从几百 m/s 至几千 m/s） 。这种方法利用的是地球表面无时不在的地面微小“震动”
12、作为观测对象，它的振幅很小（微米量级） 。微动是一种由体波( P 波和 S 波) 和面波( 瑞利波和拉夫波) 组成的复杂振动，并且面波的能量占总能量的 70% 以上。尽管微动信号的振幅和形态随时空变化，但在一定时空范围内具有统计稳定性，可用时间和空间上的平稳随机过程描述。微动探测方法就是以平稳随机过程理论为依据，从微动信号中提取面波 (瑞利波) 频散曲线，通过对频散曲线反演获得地下介质的横波速度结构。2. 工作方法一般用频率空间自相关（SAC） ）法和频率波数（FK）法来获取和处理分析面波。：2. 1 空间自相关法（1）野外工作方法空间自相关法是利用特殊阵形（如圆阵、棱形阵等） 接收天然场源的
13、面波，总的原则需满足一台拾震器位于圆心，其它各拾震器布设在半径为 r 的圆周上，这样以便接收各个方向的来波，拾震器越多，勘探的精度越高，所以在实施过程中应尽量多布设拾震器。（2）数据处理方法- 10 -空间自相关法主要是在时间域进行面波提取的一种比较简便，实用方法。对于野外所接收的数据首先在时间域进行窄带滤波处理，求出不同频率的空间自相关系 ，此空间自相关系数实际是面波频率成份 f 及空间坐标的函数，也就说，它不但与频率有关，还与拾震器的位置有关。从形态上看，实测空间自相关曲线应是近似于零阶贝塞尔函数曲线，通过它来求取“效正值” ，再加入空间坐标参数就可以提取各个频点的相速度，据以画出相速度频
14、散曲线，进而进行地质分层。2. 2 频率 波数法（1）野外工作方法频率波数法可以采取随机布阵的方式，对工作场地要求不高，基本上可以做到布阵的随意性，但它应满足各个拾震器尽量呈平面展布，以满足可以接收到各个方向的来波条件。在实际勘探过程中，也可采用规则布阵，通常以一个拾振器为中心，其它测点在周围形成若干个边长不等的正三角形，这样在处理分析资料时既可也使用频率波数法，也可使用空间自相关法提取面波。 （2）数据处理方法频率波数方法是在频率域进行面波提取的一种方法，首先对野外所采集的数据，通过付氏变换对原始数据进行带通滤波，以便去除各种干扰信号，再通过最大似然法等方法求取各个频率成份的功率谱的分布图，
15、此功率谱只是与空间坐标的单值函数，- 11 -所以可以比较方便地求出相速度 频散曲线，进行地质分层。频率波数法比空间自相关的野外布阵更加灵活，并可有意地避开干扰源（如锅炉房、车辆较多的主干道） ，从而间接地提高了抗干扰能力。缺点是频率波数法野外所需的拾震器的数量比空间自相关法要求的多，数据处理的工作量也相应增加。2. 3 观测形式微动探测通常有 3 种形式：（1）单点勘查形式观测台阵是单点勘探的最大特点，方阵的组成是两个大小不一的的同心圆，同心圆中内接正三角形。将多个微动观测仪分别设置在两个圆的心与圆周上的内接正三角形的顶点处。单点勘查观测方式最大的特点是勘查深度与台阵的大小是成正比关系的。如
16、果勘查要求的深度大，可以增加同心圆，使观测台阵的观测点增多。（2）测线勘查形式当需要进行大面积的勘查时，单点勘查就不能满足要求。因此，为获得 S 波速度剖面成果图，可以根据要求采用测线(剖面） 观测系统。具体方法是在测区内，根据一定的间距来设置测线，达到实现二维微动测深勘探的目的，同时能够反演测区三维 S 波速度结构。如果这种方式的勘查能够结合钻孔或者其他相关的一些地质资料，有利于利用速度异常区域进行地质解释。（3）平面探查形式平面探查用于精细的勘探。当仪器数量较多时，采用平面观测，同时反演测区三维 S 波速度体，达到圈出速度异常体或者面的目的。- 12 -2. 4 观测系统观测系由多个垂直摆（宽频带拾震器） 、多通道直流放大器和数字记录仪组成。垂直摆的固有周期大于 5 秒，灵敏度大于 500 mv/cm/s，相位一致性良好; 直流放大器的增益为固定增益低噪声放大器，增益范围 20 80 db，内部噪声小于 10 uv，无明显零漂; A/D 均独立工作，满足同步采样，转换位数 12 20 位，采样间隔 20
