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    諧振:一種特殊的地球物理勘探方法

    2020-12-24 8:01:23 來源:中國礦業報 作者:康海霞

    地震勘探是指人工激發所引起的彈性波利用地下介質彈性和密度的差異,通過觀測和分析人工地震產生的地震波在地下的傳播規律,推斷地下巖層的性質和形態的地球物理勘探方法。地震勘探是地球物理勘探中最重要、解決油氣勘探問題最有效的一種方法。它是鉆探前勘測石油與天然氣資源的重要手段,在煤田和工程地質勘查、區域地質研究和地殼研究等方面,也得到廣泛應用。

    常規的油氣勘探方法存在著勘探成功率低的問題,諧振法油氣檢測技術,利用地震波在油氣固有頻率區段和油氣發生諧振的原理,從地震波中直接檢測到油氣的位置,從而排除了油氣勘探的人為因素,提高了勘探成功率。

    任何物體都存在自身的固有頻率。大到地球小到微電子,由于物質成分幾何形狀以及結構大小不同,其固有頻率不同,固有頻率是自然界賦予物體的自然屬性。當振動作用于物體,物體要做出相應的響應,振動的頻率與物體的固有頻率一致時,物體將放大震動的幅度。物體發生諧振后可以造成破壞,著名的例子是美國澳柯瑪大橋在風中倒塌和拿破侖士兵在橋上正步行走造成橋梁倒塌事件。自然界發生的地震也會由于某些地段第四系諧振頻率與地震主頻相近,造成幅度被放大從而使地面建筑物遭受更大損壞。

    在世界各地的破壞性地震中,人們觀察到大部分損傷與某種頻率振幅被放大的地震波場有關。對局部場地和天然地震頻率效應的綜合分析發展了一種技術,H / V頻譜比經驗方法,被應用于評估分析天然地震對局部環境的危害程度。該技術的實質是測定地下物體的諧振頻率。所謂諧振也稱共振,即當物體在某一特定頻率激勵條件下,其響應的振幅被放大。當特定的頻率振動作用于地質體,會使地質體發生共振,造成該頻率的地震波振幅明顯加大。

    長期以來,人們對上述現象已經有了很多認識,但沒有形成勘探理論體系,其主要原因首先是因為該技術需要從大量微弱的信號數據中挑揀出合適的波場,對數據處理的要求較高;其次自然界信號復雜,地質上有用的信號基本都是來源于地下的弱信號,需要應用長期觀測和分析才能獲得。因此,這些困難影響了方法技術的發展。2016年,英國地質調查局開發了一種無源微地震技術并應用于碳酸鹽巖溶發育和巖相變化地區。實驗證實,第四系與基巖分界、石灰巖與白云巖的分界面和裂隙發育帶等信息成像清晰。

    諧振是如何進行油氣勘探的呢?自然界存在大量的非人為的振動場,如潮汐波動、地震活動,現代交通引起的地表振動,以及城市中人文活動引起的振動等,此類振動統稱為被動源振動。為勘探目的主動進行的振動,如落重、爆炸激發、電激發以及擊打等振動統稱為主動源振動。統計表明,這些振動引發的振動能量多數以面波的形式,少量以體波的形式存在于地球表面。如果學者們將地球近地表層圈結構假設為板狀體,這些游離于板狀體下方的振動波向地面的傳輸應該滿足波動方程。地球物理學家以此求解,可根據這樣的數據解釋成果判斷地下地層結構、斷裂以及地質目標異常體的分布(火成巖、巖丘等)。

    (作者單位:中國地質調查局油氣資源調查中心)

    網站編輯:宮莉

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