大地面波测深

(一)大地面波测深方法简介

地球表面的任何地方都在不停的颤动着,由于这种颤动,使地表位移很小,俗称微动。此类微动主要是以弹性波的形式传播,其主要成分为面波(瑞雷波和拉夫波)。大地面波测深法就是利用天然地表微动中传播的面波,反演地下地质构造的一种新的地球物理勘探方法。

面波(SurfaceWave)主要指瑞利波(Rayleigh Wave),是沿地面表层传播的一种弹性波。面波在传播过程中携带着大量的地下地质情况的信息,在传播过程中,其主要能量集中在半个波长(λ_R/2)范围内,这半个波长即层的厚度。其频散曲线(V_R-f或V_R-H(αV_R/f))的变化规律主要与地层的厚度和波速有关。因此利用频散曲线通过反演可得到各地层的厚度和波速值,自上而下累加各层厚度,可得到目的层的埋深。波速值的大小,反映了地层的岩性和物理力学性质,这样就实现了地质勘查的目的。

一般用下式定义面波的勘探深度H

沉积盆地型地热田勘查开发与利用

式中:H为勘探深度(m);V_R为面波传播速度(m/s);f为面波的频率(Hz);α为波长深度转换系数(无量纲)。

由上式可以看出,面波的频率越低,勘探深度越大,反之则越小。使面波的频率由高向低变化,分别测出每个频率的V_Ri值,就实现了由浅部向深度的勘探。

(二)天津地区波速特征

由于地下热水的形成往往与近期的地壳活动有密切关系,特别是高温地带的微地震活动比较活跃。所以,通过微地震的观测与研究对圈定地热异常范围具有一定的意义。综合天津地区及其他地区的测深成果,统计得出天津地区主要地层波速变化范围及平均值,见表3-5。

表3-5 天津地区地层波速(Vr)统计表

从上述统计结果分析,随着地层时代由新到老,波速变化不同。一般情况下,埋深增大,岩石密度加大,波速值也增高。第四系波速值一般小于1300m/s,明显小于其他地层的波速,为低速层。其他地层之间如石炭系—二叠系与寒武系—奥陶系、寒武系—奥陶系与青白口系、青白口系与蓟县系间的波速差异也十分明显,形成主要的波速界面,其中石炭系—二叠系与青白口系为低速层,寒武系—奥陶系与蓟县系为高速层,蓟县系波速值最高,一般大于2700m/s。可见,利用大地面波测深方法能较容易地将新近系、古近系、蓟县系与其他地层区别开来。