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探地雷达:浅表地球物理科学技术中的重要工具

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地球物理学报 2015年第8期58卷 2606-2617页

作者：刘澜波钱荣毅美国康涅狄格大学土木与环境工程系中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083

探地雷达(GPR)是浅表地球物理科学技术中的一项重要手段.其重要性体现在它的应用广泛性和有效性.在工程检测、环境保护、文物考古、灾害救援、反恐安检、资源勘探、水文水利等科学技术领域中探地雷达都在发挥着其他手段无法取代的重要作... 详细信息

探地雷达(GPR)是浅表地球物理科学技术中的一项重要手段.其重要性体现在它的应用广泛性和有效性.在工程检测、环境保护、文物考古、灾害救援、反恐安检、资源勘探、水文水利等科学技术领域中探地雷达都在发挥着其他手段无法取代的重要作用.关于探地雷达发展历史、基本系统及原理、信号处理与成像等方面的综述性文章已经很多.本文将重点评述作为浅表地球物理观测技术重要手段的探地雷达在几个基础地学与工程技术领域中的应用.这些方面包括沙漠中高大沙丘的内部结构与形成机理,永久冻土的现状探测与演化预测,民用基础设施(公路、桥梁、大坝、堤防)内部或地基内空洞及软弱带的检测,以及地震灾害现场生命探测与救援.本文还将用一定篇幅评述探地雷达技术的变异形式(如钻孔雷达、探月雷达).评述将结合观测实例,尤其是在中国大陆的实例.最后将就探地雷达技术现存的问题及发展方向提出个人见解.需要强调的是,尽管本文以探地雷达的科研应用为主题,浅表地球物理科技成果在各个领域的成功应用绝对不可能倚赖任何单一手段或方法.所有成功的实例都证明一定要强调某一方法为主,其他手段为辅,多手段、多方法的有效配合,才有可能最大程度的减小探测结果的非唯一性,提高准确度和精确度.

关键词：浅表地球物理探地雷达高大沙丘永久冻土生命探测与救援

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TTI介质各向异性伪谱法逆时偏移

石油地球物理勘探 2012年第4期47卷 566-572,682+513页

作者：王伟国熊水金徐华宁钱荣毅广州海洋地质调查局广东广州510760 中国地质大学(北京) 北京100083

在Thomsen精确相速度方程和弱各向异性假设前提下,将VTI相速度方程拓展为TTI介质相速度方程,进而得到TTI介质的P波方程。利用伪谱算法对P波方程进行了正演和逆时偏移,并和各向同性F-X域深度偏移效果进行了对比,结果表明:①对于各向异性... 详细信息

在Thomsen精确相速度方程和弱各向异性假设前提下,将VTI相速度方程拓展为TTI介质相速度方程,进而得到TTI介质的P波方程。利用伪谱算法对P波方程进行了正演和逆时偏移,并和各向同性F-X域深度偏移效果进行了对比,结果表明:①对于各向异性介质,利用各向同性的偏移算法得到的结果会有误差,成像结果有明显的畸变;②在考虑效率和精度的前提下,伪谱法由于其利用快速二维傅里叶变换解决空间导数的计算问题,这对于实际应用中计算成本颇高的逆时偏移是一个较理想的选择;③推导的近似方程在弱各向异性条件下可以较好地应用于TTI介质中。

关键词： TTI介质各向异性伪谱法逆时偏移

美国南加州Ridgecrest M W6.4-M W7.1地震地表破裂几何学及运动学特征

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地球物理学报 2021年第4期64卷 1206-1214页

作者：马振宁钱荣毅 Rufus Catchings Mark Goldman 祁生文中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083 美国地质调查局地震科学中心(USGS-ESC) 莫菲特菲尔德940353 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

2019年7月4—6日位于美国南加州城市Ridgecrest附近地区,在不足两天的时间内接连发生了一系列地震,其中包括震级达M W6.4和M W7.1的强震.震后两天对震中区产生的地表破裂进行了实地地质调查和测量,发现两次地震分别产生了NW方向长度50 k... 详细信息

2019年7月4—6日位于美国南加州城市Ridgecrest附近地区,在不足两天的时间内接连发生了一系列地震,其中包括震级达M W6.4和M W7.1的强震.震后两天对震中区产生的地表破裂进行了实地地质调查和测量,发现两次地震分别产生了NW方向长度50 km和NE方向长度10 km的两条破裂带.根据野外调查,NW方向的地表破裂表现出右旋走滑特征,是M W7.1地震产生的破裂带,而NE方向的地表破裂表现为左旋走滑性质,是M W6.4地震产生的破裂带.地表破裂野外调查和地震序列统计分析表明,NW方向是本次地震序列的主要破裂带,释放了本次地震的大部分地震矩.通过发震的时序关系和地震序列密集条带分布推断,本次地震是NE和NW两个方向应力作用下,两条共轭断层先后破裂产生的一组复杂共轭地震,推测M W6.4地震是一次强烈前震,促进了震级更大的M W7.1主震发生.

关键词： Ridgecrest地震地表破裂野外调查几何学

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地质雷达有限差分逆时偏移方法研究

地球物理学进展 2017年第2期32卷 885-890页

作者：鲁兴林钱荣毅中国地质大学(北京) "地下信息探测技术与仪器"教育部重点实验室北京100083

地质雷达技术是用于研究水文、环境与气候变化等重大科学问题最有效的地球物理技术之一,并广泛应用于检测道路和建筑内部结构,探测冻土层、沙漠沙丘演化特征,进行地质灾害和考古探测等.具有探测速度快、分辨率高和探测结果直观成像的优... 详细信息

地质雷达技术是用于研究水文、环境与气候变化等重大科学问题最有效的地球物理技术之一,并广泛应用于检测道路和建筑内部结构,探测冻土层、沙漠沙丘演化特征,进行地质灾害和考古探测等.具有探测速度快、分辨率高和探测结果直观成像的优势.但由于受到介质横向速度变化,孤立块体的绕射波和倾斜界面复杂反射波的影响等,在雷达探测剖面上经常难以真实地反映地下目标体的空间位置和形态.偏移处理技术可以提高成像的真实性.逆时偏移能有效地利用回转波、多次波成像,使反射波准确归位,绕射波完全收敛,是一种受横向变化影响小,倾斜界面成像精度高的偏移方法.本文推导出基于麦克斯韦方程组TM波方程的有限差分格式、稳定性条件和PML边界条件,并编程实现有限差分零偏移距逆时偏移算法.两层模型和空洞模型的逆时偏移剖面与对应的原速度模型完全相同,有效地验证了有限差分零偏移距逆时偏移算法的准确性.相比于两层模型和空洞模型的Kirchhoff偏移剖面,逆时偏移剖面能更有效地提高垂直界面和空洞底界面的成像分辨率,更真实地反映两层模型和空洞模型的空间形态和内部结构信息.

关键词：地质雷达有限差分逆时偏移雷达成像

过汶川地震主断裂科学钻WFSD-1反射地震采集方法研究

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地球物理学报 2011年第8期54卷 2060-2071页

作者：陈强钱荣毅常锁亮姜枚张贵宾中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083 太原理工大学矿业工程学院太原030024 中国石油大学(北京)资源与信息技术学院北京102249 中国地质科学院地质研究所北京100037

横穿龙门山地震反射剖面系列探测是WFSD工程中的一项重要研究内容.通过WFSD-1先导孔区二维反射地震的观测方法研究和试验,实现了预期目标:(1)在震后恶劣的天气、陡峭地形和地表严重破裂、破碎、滑塌等困难条件下,获得了WFSD工程首条分... 详细信息

横穿龙门山地震反射剖面系列探测是WFSD工程中的一项重要研究内容.通过WFSD-1先导孔区二维反射地震的观测方法研究和试验,实现了预期目标:(1)在震后恶劣的天气、陡峭地形和地表严重破裂、破碎、滑塌等困难条件下,获得了WFSD工程首条分辨率较高的二维反射地震剖面;(2)从地学研究目的出发,结合龙门山地区的复杂地震地质条件,提出了以浅、中、深部复杂反射体探测为目标的高密度时间、空间采样的数据采集方法,为后续剖面的实施提供了方法依据;(3)发现了映秀—北川断裂带地表出露位置以西5 km范围内垂向上的多层次地质体的反射;1.2 s以下的中深部反射体明显具有层状沉积岩或变质岩的特征;推断认为测线上彭灌杂岩最大厚度约3 km;(4)灌县—安县断裂带呈明显的双层结构,山前隐蔽带沉积体系完整;(5)在孔区附近800m范围内,进行了20～30 m激发点距、10 m道距的密集观测,为WFSD-1孔完钻深度以浅反射体的高精度标定提供了可靠的原始数据.

关键词：科学钻探映秀-北川断裂反射地震采集方法

汶川地震发震构造带过WSFD-2钻井深反射地震数据3-D处理技术研究

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地球物理学报 2018年第5期61卷 2022-2037页

作者：雷小琼鲁兴林肖继文马振宁钱荣毅张贵宾中国地质大学(北京)"地下信息探测技术与仪器"教育部重点实验室北京100083

2008年5月12日汶川发生里氏8.0级地震的发震机制与龙门山断裂带的构造特征紧密相关,应用反射地震探测方法精细探测发震构造内部的结构特征,对研究汶川地震的发震机理有重要意义.5.12地震后在地表错断最剧烈的区域之一虹口乡白庙村穿过... 详细信息

2008年5月12日汶川发生里氏8.0级地震的发震机制与龙门山断裂带的构造特征紧密相关,应用反射地震探测方法精细探测发震构造内部的结构特征,对研究汶川地震的发震机理有重要意义.5.12地震后在地表错断最剧烈的区域之一虹口乡白庙村穿过发震构造和深钻科研井WSFD-1和WSFD-2布置了兼顾浅中深层信息的反射地震探测剖面,该区域断裂带硬岩出露,地形地貌复杂多变,起伏剧烈,只能采取弯线地震测线布设方式采集二维反射地震数据,而且弯曲度大,造成CDP点分散严重.区域内构造复杂,褶皱逆推构造发育,地层和构造倾角大,采用常规二维地震数据处理方法进行叠加处理时,易将不同地层的反射信息叠加到同一反射层.弯线叠加剖面上侧面波,混波干扰严重,会显著地降低原本低信噪比数据的分辨率,或剖面可靠性低,容易在二维剖面中造成解释陷阱.本文利用弯线地震采集的三维特性,用拟三维地震叠加技术处理汶川地震科学钻井附近横跨北川—映秀断裂带的二维弯线地震数据,弥补常规二维弯线地震数据处理技术的不足,将不同地层的反射信息分离归位到不同的三维叠加剖面上,解决二维弯线地震数据处理时混波干扰严重的难题.通过理论分析和实验选取合适的共中心点面元,获得了高分辨率的三维叠加剖面.相比于二维弯线叠加剖面,三维叠加剖面切片成像更真实,剔除了不同地层反射信息混叠的影响,能得到更准确的断点信息,并可以获得沿断层走向横向的信息,显著提高了构造解释的可靠性和精度.应用拟三维地震数据处理方法处理龙门山断裂带的二维弯线地震数据,获取高分辨率的构造信息,有利于断裂带内汶川地震发震机制和龙门山隆起机制的解释.

关键词：汶川地震发震构造弯线地震探测 3-D叠加

复杂环境扇三角洲沉积结构探地雷达精细探测技术研究

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石油地球物理勘探 2022年第2期57卷 478-486,I0010页

作者：凌建宇钱荣毅刘董壹张俊王羽琛张诗奇中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083

以冲积扇、扇三角洲为主的粗粒沉积扇体规模庞大、体系多样、生储盖配置良好,蕴含巨大勘探潜力。以往主要通过观察露头、分析岩心、测井和地震勘探等方法研究扇三角洲的沉积结构与演化规律,存在获取地下信息不连续、效率低和分辨率低等... 详细信息

以冲积扇、扇三角洲为主的粗粒沉积扇体规模庞大、体系多样、生储盖配置良好,蕴含巨大勘探潜力。以往主要通过观察露头、分析岩心、测井和地震勘探等方法研究扇三角洲的沉积结构与演化规律,存在获取地下信息不连续、效率低和分辨率低等问题。利用探地雷达可进行快速、高分辨率连续探测,有助于精细解剖扇三角洲浅部沉积特征。文中利用探地雷达对青海希里沟湖扇三角洲内部结构进行探测,通过野外采集实验,分析数据特征和属性,阐明复杂环境对探测结果的影响,提出复杂环境下探地雷达精细探测的最优野外数据采集方案。同时,针对数据中道间距不一致、同相轴交叉和地形起伏等问题,提出距离归一化、偏移和静校正三个关键处理手段。实现了水道和坝体边界亚米级精度的定位,给出了水道和坝体的尺寸信息,阐明了洪水对扇三角洲储层结构的影响,为后期埋深数千米的古代扇三角洲储层建模提供了必要的精细构型组合规律和定量地质信息。

关键词：沉积结构精细表征储层建模探地雷达复杂环境扇三角洲数据采集与处理

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高密度电法在卵石覆盖区中的应用研究

工程勘察 2009年第11期37卷 81-85页

作者：周小仙钱荣毅中国地质大学地球物理与信息技术学院北京100083

在卵石覆盖区进行工程地质勘察主要有以下几种方法:地质钻探、折射波勘探、面波勘探和高密度电法。其中,地质钻探因为成孔难,所以勘探深度很有限;另外由于地震波在卵石覆盖区中的能量衰减非常快,因此折射波勘探和面波勘探效果也不佳。... 详细信息

在卵石覆盖区进行工程地质勘察主要有以下几种方法:地质钻探、折射波勘探、面波勘探和高密度电法。其中,地质钻探因为成孔难,所以勘探深度很有限;另外由于地震波在卵石覆盖区中的能量衰减非常快,因此折射波勘探和面波勘探效果也不佳。鉴于此,本文介绍了高密度电法原理,并从正演模拟出发,研究了高密度电法在卵石覆盖区进行工程勘察的可行性,并给出了两个应用实例。实践表明:高密度电法在勘察基岩面深度及起伏形态方面效果较好。

关键词：高密度电法卵石覆盖区正演模拟

2003年青海德令哈6.7级地震序列的震源机制解及其构造含义

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地球物理学报 2012年第10期55卷 3338-3346页

作者：孙长虹许丰杨玉波钱荣毅孟小红中国石油勘探开发研究院北京100083 中国地质大学地球物理与信息技术学院北京100083

利用8个流动数字地震台和国家数字地震台站的地震波形记录,测量了2003年4月17日青海德令哈6.7级地震及其主要余震的直达P波、SV波、SH波的初动方向和振幅比,应用Snoke(2003)的测定震源机制解的格点尝试法,测定出德令哈地震序列的48个2.... 详细信息

利用8个流动数字地震台和国家数字地震台站的地震波形记录,测量了2003年4月17日青海德令哈6.7级地震及其主要余震的直达P波、SV波、SH波的初动方向和振幅比,应用Snoke(2003)的测定震源机制解的格点尝试法,测定出德令哈地震序列的48个2.4级以上地震的震源机制解.搜集分析了美国哈佛大学测定的德令哈6.7级主震和2004年二期地震活动中的7个地震的震源机制解.基于余震空间分布特征和对震源机制解特征的分析,讨论了德令哈地震序列的可能断层活动方式和地震的构造含义.结果表明,主震和大部分余震都是沿NWW—SEE走向的逆断层错动,北边的上盘可能沿低角度向北倾的断层面向南仰冲;个别正断层余震可能是震源区挤压变形弧顶区附近发生的局部张性破裂;在二期地震活动中,逆断层和走滑断层都有,走滑断层地震主要发生在震源区东侧.德令哈地震活动是青藏高原东北缘NWW—SEE向延伸的挤压带继续处于隆升活动中的表现,这一继承性新构造运动是德令哈地震序列的可能发震原因.

关键词：德令哈地震序列 Snoke震源机制解测定法断层活动方式青藏高原东北缘