DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 6. 结果与分析 本研究提取了龙门山及邻区27个台站的接收函数，并利用H-Kappa方法反演了台站下方的地壳厚度和平均波速比。图5为利用克里金插值后获得的龙门山及邻区的地壳厚度分布。就总体分布而言，本文结果与前人的研究结果较为一致 [ 28 ] [ 29 ] 。从东向西地壳厚度存在逐渐增加的趋势。但细节也有不同之处：本文研究结果显示松潘-甘孜地块地壳厚度在49 km至57 km之间，地壳厚度变化剧烈。另外，该块体 Table 1 The crustal thickness and wave-velocity ratio results below 27 stations in Longmenshan and its adjacent are 台站代码 台站名 地壳厚度H (km) dH (km) 波速比K dk HZHG 汉中(国) 35.3 ±2.60 1.73 ±0.04 CXT 成县 40.4 ±2.70 1.74 ±0.05 WDT 武都 45.3 ±2.01 1.76 ±0.03 HZHT 汉中 45.2 ±2.32 1.82 ±0.03 NSHT 宁陕 45.9 ±2.50 1.68 ±0.04 XIXI 西乡 46.2 ±2.56 1.79 ±0.04 WXT 文县 46.8 ±2.90 1.69 ±0.05 LUYA 略阳 49.3 ±2.78 1.69 ±0.04 ANKG 安康(国) 49.7 ±2.61 1.82 ±0.05 MIAX 勉县 43.6 ±2.79 1.79 ±0.05 AXI 安县 41.2 ±2.50 1.76 ±0.04 GZA 姑咱 57.7 ±2.76 1.82 ±0.05 YGD 仁寿 41.8 ±2.30 1.82 ±0.04 WCH 汶川 52.1 ±2.0 1.87 ±0.04 MXI 茂县 47.3 ±2.19 1.78 ±0.03 EMS 峨眉山 49.6 ±2.16 1.75 ±0.03 PWU 平武 39.9 ±2.51 1.75 ±0.05 ZJG 江油 40.4 ±2.65 1.75 ±0.04 JJS 中江 40.5 ±2.61 1.80 ±0.04 CD2 成都 42.9 ±1.92 1.80 ±0.02 YZP 都江堰 42.6 ±2.01 1.80 ±0.03 QCH 青川 40.2 ±2.81 1.75 ±0.04 JYA 井研 44.2 ±2.71 1.86 ±0.05 WMP 沐川 44.8 ±2.07 1.79 ±0.03 HMS 荣县 47.4 ±2.71 1.71 ±0.04 XJI 小金 53.3 ±2.6 1.71 ±0.04 HSH 黑水 53.9 ±2.11 1.73 ±0.03 MEK 马尔康 56.5 ±2.12 1.71 ±0.03 SMI 石棉 47.1 ±2.51 1.88 ±0.03 MDS 雅安 44.6 ±2.61 1.80 ±0.03 表1. 龙门山及邻区27个台站下方的地壳厚度及波速比 图3. 江油台(ZJG)接收函数图像 图4. 江油台(ZJG) H-Kappa叠加结果 地壳厚度由西向东存在“凸”字形展布。龙门山断裂带中南段地壳厚度在43 km至49 km之间，比其北段要厚。龙门山地震带北段地壳存在一个较薄的区域，如江油、平武地区地壳厚度仅约40 km。扬子地块地壳较薄且变化较为平稳。图6给出了龙门山及邻区波速比的分布特征。从图中可以看出，研究区波速比变化范围在1.68~1.88之间，龙门山断裂带的中南段和其东南部波速比较高，如汶川、井研、石棉地区的波速比值约1.87。实验室测试表明，波速比的变化主要是由于SiO 2 含量的变化引起，较多的铁镁质的地壳对应着较高的波速比，而与温度和压力的关系不大 [ 30 ] 。影响波速变化的最主要因素是地壳的物质 图5. 龙门山及邻区地壳厚度分布 图6. 龙门山及邻区波速比分布 组成 [ 29 ] 。由此推知，汶川、井研、石棉地区的高波速比可能反映了台站下方地壳中的铁镁质成分较多；另外，从图6可知，总体来讲松潘-甘孜地块的波速比较扬子地块的波速比低，这可能反映了松潘-甘孜地块比扬子地块的地壳内SiO 2 含量高；以上关于研究区域地壳SiO 2 和铁镁质含量定性的分析，是基于波速比变化与地壳成分关系 [ 30 ] 推测得出，其准确性还有待进一步研究。但作者希望本文的研究结果能为其他研究者提供些许有意义的参考。
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user: 摘 要 本文根据岩心观察、薄片鉴定、测井资料等，分析了海拉尔盆地贝中地区南一段富含火山物质储层非均质性，并对储层宏观非均质性和微观非均质性分别展开研究。结果表明，贝中地区南一段储层整体非均质性较强，其中南一段I~III油组非均质性中等，Ⅳ油组非均质性最强。宏观上，南一段各小层内砂体在平面上分布极为不均，储层参数在纵向上呈韵律性变化，自下而上单层平均砂厚有变薄的趋势，隔层发育及其分布具有较强的差异性，且南一段砂岩在平面上砂厚分布不均，孔、渗变化较大，具有较强的平面非均质性。微观上，南一段储层孔隙以次生溶孔为主，微观孔隙结构主要为超低渗，Ⅳ油组的储集性能优于I~III油组。沉积作用和火山活动是形成非均质性的主要控制因素。 关键词 :海拉尔盆地，南一段，非均质性 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 海拉尔盆地贝中地区具有良好的开发前景，主要产油层位为南一段(K 1 n 1 )。该地区储层中的沉积碎屑物质富含火山碎屑物，地层岩性以长石岩屑砂岩，岩屑砂岩，凝灰质砂岩为主。由于构造作用、沉积作用、成岩作用及火山活动强度等多种因素的影响，造成其储层在空间分布上以及内部属性上都存在不均匀的变化，而这些变化是影响地下油、气、水运动及油气采收率的主要因素。针对该地区储层特征和沉积环境，樊晓东等(2015)对海拉尔盆地贝中油田南一段进行了沉积微相分析研究并建立了相识别标志 [ 1 ] ；刘佩佩(2013)分析了贝尔凹陷南一段次生孔隙发育特征，指出该储层纵向上存在两个异常高孔隙带，储层孔隙度主要受储层岩石类型、沉积相和成岩作用控制 [ 2 ] ；但对于该地区富含火山物质储层非均质性的相关研究相对较少。本文通过钻井岩心观察，薄片分析，压汞数据资料等，对该地区富含火山物质储层的宏观非均质性和微观非均质性进行了研究分析，以期促进该特殊类型储层的勘探开发。
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user: 2. 地质概况 贝中次凹地区位于海拉尔盆地贝尔凹陷东南部，北部为苏德尔特构造带，东部为步勒洪布斯隆起带，面积约460 km 2 。局部构造发育，划分为东部断阶带、中部洼槽带、西部断阶带和北部斜坡带，整体上是一个北东向展布的地堑。从上至下钻遇的地层依次为第四系、第三系、白垩系青元岗组、伊敏组、大磨拐河组、南屯组、铜钵庙组和侏罗系布达特群 [ 3 ] 。 研究区南一段(K 1 n 1 )是主要含油层位，按照沉积旋回规律，南一段自下而上可划分为I、II、III、IV四个油组(K 1 n 1 1~4 )。根据油层组内的旋回变化特征，将I油组(K 1 n 1 1 )划分为4个小层(N11-1小层至N11-4小层)，II油组(K 1 n 1 2 )划分为5个小层(N12-1小层至N12-5小层)，III油组(K 1 n 1 3 )划分为6个小层(N13-1小层至N13-6小层)，IV油组(K 1 n 1 4 )划分为16个小层(N14-1小层至N14-16小层)。I油组~III油组沉积期间研究区仍处强烈断陷期，主要为一套滨浅湖滩坝沉积砂岩，具有一定的非均质性；IV油组沉积期间，研究区处于构造相对稳定期，坡度较平缓，主要形成广泛的扇三角洲沉积，但是火山活动在此期间最为强烈，凝灰质沉积物对储集空间的破坏作用最强，导致该层位岩石物性差异显著，非均质性明显更强。在沉积作用和火山活动的双重作用下，南一段储层发育为一套碎屑岩储集层，且普遍含有凝灰质不等粒砂岩，含泥凝灰质细粒长石岩屑砂岩，凝灰质细砂岩和含泥凝灰质细砂岩 [ 4 ] 。
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user: 3. 储层宏观非均质性特征 根据邱怿楠的储层非均质性分类标准，储层宏观非均质性包括层内非均质性、层间非均质性和平面非均质性 [ 5 ] 。 3.1. 储层层内非均质性 层内非均质性是指单砂层层内垂向上渗透率、粒度、层理构造等的不均匀性和差异，主要包括层内垂向上渗透率非均质程度、高渗透率段所处的位置、层内粒度韵律类型、层理构造等，主要受沉积作用控制，可以通过相关参数计算来定量表征储层层内非均质性。 3.1.1. 物性韵律 解剖分析取心井的岩性、电性、物性等参数，确定研究区储层各项参数具有正韵律、反韵律、均质韵律和复合韵律等特征。根据沉积相研究，研究区以扇三角洲前缘亚相为主，对应不同的微相类型形成不同的韵律变化特征。 对于水下分流河道微相，岩性向上变细，为正韵律粒序，最高渗透率段处于底部，渗透率向上减小，如希46-56井2810~2818米处于水下分流河道沉积。河口坝、远砂坝微相为反韵律沉积，对应的最高渗透率段处于顶部，如X47-47井2640~2642米段为典型的河口坝，渗透率自下往上至最高渗透率段。在沉积环境的控制下，水进水退的交替出现，以及分流水道的变迁叠置，使得研究区复合韵律、正韵律和反韵律较为发育，导致层内粒度和渗透率出现不同程度上的非均质性。 3.1.2. 层内渗透率非均质性评价 表征渗透率非均质程度的定量参数有渗透率变异系数(Vk)、渗透率突进系数(Tk)、渗透率极差(Jk)、渗透率均质系数(Kp) [ 6 ] 。 参照评价标准，选取南屯组N11-3、N14-4小层为例分析评价储层层内渗透率非均质特征。 N11-3小层渗透率变异系数(Vk)平均值为0.5447，大于0.7的样品数占25.9%；突进系数(Tk)大于3.0的样品数占11.5%；级差系数平均为137.85，大于6.0的样品数仅占33.8%；均质系数小于0.5的样品数也只占32.4%；反映该小层整体非均质性弱。 N14-4小层渗透率变异系数(Vk)平均值为1.54，大于0.7的样品数占92.3%；突进系数(Tk)平均值约为7.79，大于3.0的样品数占88.7%；级差最大值超过1000，大于6.0的样品数约占97.5%；均质系数小于0.5的样品数占到96.9%；反映该小层整体非均质程度非常强。 在南一段I油组~III油组沉积期间，研究区沉积较南二段有所减弱，但处于强烈断陷期，主要以滨浅湖滩坝沉积为主。N11-3小层内滩砂、坝砂较为发育，其储层非均质性主要是由于滩坝分布范围有限，相较于周围环境物性存在一定差异。N11-3小层具有中等强度的水动力，水体相对稳定，沉积物经过一定分选，非均质性相对较弱。至南一段Ⅳ油组沉积期间，研究区处于构造相对稳定期，坡度较平缓，主要形成广泛的扇三角洲沉积。N14-4小层以扇三角洲前缘沉积为主，储层物性较N11-3小层相对更好，但是火山活动在该期间最为强烈，凝灰质沉积物对储集空间的破坏作用最强，因此导致N14-4小层物性优劣差异显著，非均质性明显更强。 综合上述分析，南一段I~III油组层内非均质性中等，IV油组层内非均质性最强。沉积作用和火山活动是形成非均质性显著差异的主要控制影响因素。 3.2. 储层层间非均质性 层间非均质性研究的对象是多套地层单元，是对一套砂泥岩间互的含油油组的总体研究，属油组规模的储层描述，包括各种沉积环境的砂体在剖面上交互出现的规律性，以及作为隔层的泥质岩类的发育和分布规律，即砂体的层间差异。 3.2.1. 储层参数纵向变化 南一段油组各小层储层参数在纵向上变化不仅反映出物性差异，而且说明不同小层间的层间非均质性差异。以希3区块内的希47-47井为例，该井在南一段IV油组内各小层砂体较发育(图1)，纵向上储层参数呈现出韵律性变化，储层非均质性也相应表现出差异。其中，N14-3小层变异系数平均为0.4，非均质性较弱，而N14-2小层变异系数为0.6，非均质性中等，N14-5小层变异系数就达到了0.9，非均质性明显高于其它小层，非均质程度相较最强。 图1. 希47-47井Ⅳ油组各小层储层参数纵向分布图 3.2.2. 砂层的发育与分布 采用分层系数、砂岩密度、每百米砂岩层数及单层平均砂岩厚度描述这种层间非均质性。整体上，南一段各油组每百米砂岩层数自I油组至IV油组减小；I油组分层系数最大，为2.9，II油组分层系数为1.26，I、II、IV油组分层系数均在2.2到2.9之间；I、II油组砂岩密度分别为18.96和2.46，III、IV油组砂岩密度较大，分别为63.16和67.88。很显然，南一段Ⅳ油组砂体最为发育，研究区砂体在平面展布上极为不均，存在极大的差异。 南一段各小层的单层平均砂厚大值主要集中在Ⅲ油组与IV油组，这与地层发育程度、沉积的环境、沉积的旋回性相一致。在沉积过程中，南一段底部由于剥蚀严重，地层发育程度低，其单层平均砂厚较薄。随着南一段湖平面的逐渐上升，剥蚀程度较低的小层单层平均砂厚呈现变薄的趋势。 3.2.3. 隔层分布特征研究 根据电测曲线统计，各井均有隔层分布，平面上隔层的分布不均匀，且隔层厚度在空间上的变化较大(表1)。分析表明，贝尔油田南一段油组间的隔层厚度变化非常大，在0.5~40米之间分布，平均分布在0.5~10米之间，如Ⅲ油组和IV油组间40.6%的隔层厚度小于1米，51.6%层厚度在1~10米间，说明南一段的隔层发育及其分布存在较强的差异性。 3.3. 储层平面非均质性 平面非均质性是指一个储层砂体的几何形态、规模、连续性，以及砂体内孔隙度、渗透率的平面变化所引起的非均质性。 3.3.1. 砂岩平面分布 以希2区块为例，南二段和南一段沉积时期都有砂体发育。其中，南一段东部N14-4小层以希16-68井附近砂体最为发育，最大砂厚为15 m；南一段N14-3小层砂体发育情况一般，主要集中在希26-66井附近和希16井东南面区域，最大砂厚为9 m。南一段砂体形态呈现大面积块状带与多条宽度不等的弯曲条带叠合。 3.3.2. 孔渗平面分布 根据测井解释结果及南屯组各井的砂层物性统计，绘制了希3区块N14-2小层孔隙度和渗透率的等值线图(图2)。 Table 1 System resulting data of standard experimen 隔层 厚度(m) <1 1~5 5~10 10~15 15~20 25~30 >30 K 1 n 2 4 /K 1 n 1 1 (样品总数：262) 样品个数 137 20 37 18 7 4 39 样品比例% 52.3 7.6 14.1 6.9 2.7 1.5 14.9 K 1 n 1 3 / K 1 n 1 4 (样品总数：308) 样品个数 125 85 74 23 1 样品比例% 40.6 27.6 24.0 7.5 0.3 N14-5/N14-6 (样品总数：290) 样品个数 282 8 样品比例% 97.2 2.8 K 1 n 1 4 /K 1 t (样品总数：226) 样品个数 151 22 16 14 8 12 3 样品比例% 66.8 9.7 7.1 6.2 3.5 5.3 1.3 表1. 贝尔油田各油组间隔层统计表 图2. 希3区块N14-2孔隙度和渗透率等值线。(a) 希3区块N14-2小层孔隙度等值线；(b) 希3区块N14-2小层渗透率等值线 从储层物性分布图可看出，南一段Ⅳ油组物性较好，孔、渗在平面上的分布与砂体的展布有一定的对应关系，即砂层厚度大的区域孔隙度、渗透率相对高，砂层厚度薄的区域孔隙度、渗透率相对低。由于平面上岩性的变化，决定了研究区孔、渗物性变化也比较大，平面非均质性强。
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user: 4. 储层微观非均质性 微观非均质性又称孔隙非均质性，主要描述的内容为微观孔道内孔隙和喉道的分布、大小，结构特征等。 4.1. 储集空间类型 贝中地区南一段储层砂岩孔隙类型主要为粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔等(图3)。 根据铸体薄片图像分析资料统计，南一段以次生溶孔为主，粒间孔为次；II油组粒间孔较I油组发育，分别占36.88%和17.14%。其中，粒内溶孔占36.86%，粒间溶孔占46.00%，粒间孔占18.45%。 4.2. 微观孔隙结构研究 根据24口井332个样品的压汞资料，将孔隙结构参数分为3类：反映孔喉大小及分布的参数，如平均孔喉半径(Rp)、孔喉分布峰值(Rm)等；反映孔喉分布和分选的参数，如均质系数(α)、分选系数(Sp)等；反映孔喉连通性及孔隙网络渗流特征的参数，如排驱压力(Pcd)、饱和度中值压力(Pc 50 )等。利用单相关非线性回归方法，对渗透率和孔隙度与毛细管压力曲线特征参数分别进行相关性分析，建立了渗透率与各参数之间的关系式： 图3. 储层砂岩孔隙类型。(a) 希3井，2414.50 m，粒间孔为主，少量溶孔。单偏光，×40；(b) 希3井，2422.90 m，粒间溶孔，边缘见溶蚀残余。单偏光，×40；(c) 希55-51井，2529.97 m，长石、岩屑内溶孔。单偏光，×100；(d) 希55-51井，2524.02 m，火岩岩屑内溶孔。单偏光，×100；(e) 希3井，2414.71 m，粒间方解石胶结。方解石内见规则多边形溶孔，可能为方沸石溶蚀形成。单偏光，×100；(f) 希3井，2405.73 m，粒间方沸石充填，并有溶孔。单偏光，×100 ；等。 其中，孔喉大小是影响渗透率的主要因素(图4)。 综合各参数，南一段四个油组储层微观孔隙结构主要为超低渗储层。III油组砂岩粒度较粗，孔隙缩小型喉道比例较大，孔隙结构微观均质性相对最好；I油组次之；II、IV油组中缩颈型和管束状喉道比例较大，油组孔隙结构微观非均质性最强。 图4. 贝中油田储层渗透率与孔喉关系图
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user: 5. 结论 (1) 贝中地区南一段储层在其形成过程中由于受到沉积环境、成岩作用以及构造作用等因素的共同影响，造成其储层整体的非均质性较强。 (2) 根据层内非均质性评价标准对研究区南一段层内非均质性进行了评价，南一段I~II油组非均质性中等，Ⅳ油组非均质性最强。沉积作用和火山活动是形成非均质性的主要控制因素。 (3) 南一段层间非均质性强，各小层内砂体在平面上分布极为不均，储层参数在纵向上呈韵律性变化，自下而上单层平均砂厚有变薄的趋势，隔层发育及其分布具有较强的差异性。 (4) 南一段砂岩在平面上砂厚分布不均，孔、渗变化较大，具有较强的平面非均质性。 (5) 南一段储层孔隙以次生溶孔为主，微观孔隙结构主要为超低渗，Ⅳ油组的储集性能优于I~III油组。
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user: 摘 要 汉中地区的油页岩是陆相沉积的侏罗纪沉积岩，成分以石英砂岩、高岭土为主，具有油页岩普遍特征，相对密度中等，磁性弱，不适合重磁处理。但由于研究区的造山运动，被火成岩入侵，含有金属矿物带和褶皱带，油页岩层被其切割。因此，反其道而行，首先利用常规重磁处理手段，剔除金属矿脉和褶皱，圈出负磁异常区；其次，改造重力对应分析法，提出新相关系数 ，把负磁异常区内的符合要求的 断定为油页岩存在的区域。为油页岩的探测提供了一种新的探测方法。 关键词 :重力数据，磁法数据，重磁对应分析，汉中地区 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 常规油页岩的探测一般是利用很少利用重力和磁法勘探 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ，因为油页岩相对密度中等，同时磁性较弱，部分呈逆磁性，因此效果不明显。汉中地区的油页岩是陆相沉积岩 [ 6 ] ，研究区存在火成岩入侵形成的金属矿，在开采过程中发现，某些区域内有油页岩的存在，在利用重力和磁法勘探金属矿同时，考虑利用重力和磁法方法对油页岩进行探测。考虑到油页岩本身的中等密度、低(逆)磁性特征 [ 7 ] ，虽然其本身不能很好的被重力和磁法仪器勘探出来，但其周围的入侵金属矿脉可以很好的被探测到，利用延拓、求导、褶积等方法 [ 6 ] [ 8 ] ，圈定出油页岩可能存在的区域，但这种圈定的区域属于剔除法，本身精度很差，寻找的结果也很不理想。重磁对应分析法 [ 9 ] 是一个对同源的地质体利用泊松公式进行密度与磁性计算的方法，目的是把高密度与高磁性或者低磁性进行对应分析。而油页岩是中等密度体，与低磁性体的对应关系，与重磁对应分析的结果不一致，但其核心要求，同源地质体这一点是符合的，因此，改造重磁对应分析法的相关系数，提出新的相关系数公式 ，把符合新相关系数要求的 区域认定为油页岩存在区域。
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user: 2. 区域地质概况 本区属扬子准地台龙门一大巴山前缘坳陷带之西缘，北面与秦岭地槽南秦岭加里东褶皱带毗邻，以龙门–大巴山深断裂为界。研究区断裂发育，大致可分为走向近南北向和走向为北东向的两组，均为金属矿成矿后期断层，对金属矿矿体有破坏作用，但规模均较小。区内侵入岩仅在矿区东部及深部800米标高以下分布，岩性为花岗闪长岩，其次局部见有辉绿岩脉。研究区内油页岩主要是侏罗系的典型陆相沉积，主要有中下统分布。下统为冲积–河流–湖滨–沼泽相含煤碎屑岩建造；中统为红色碎屑岩建造。自下而上可分为白田坝组、千佛岩组、沙溪庙组。侏罗系下统以黄绿、灰白色石英砂岩、泥灰岩为主，夹粉砂质页岩、炭质页岩、煤线。泥灰岩中富含丰富的有机质，其厚100~300余米。 根据一些地区的测定资料，参考我国地壳结构、构造总体模式及陕西省三大构造单元的地质特征，拟将省内划分为五个圈层，七个亚层。其中主要研究层为前三层。 第一层：松散沉积层(包括第三系、第四系)。密度 ，磁化率很低，平均为 ，全省均有分布，以地台区最广泛。 第二层：未变质层，包括中朝准地台石炭–侏罗系；秦岭褶皱系侏罗-白垩系；扬子准地台震旦–侏罗系。平均密度为 ，平均磁化率为 。 第三层：沉积变质层，主要分布于秦岭震旦–三叠系及中朝准地台南缘高山河组–奥陶系。平均密度为 ，磁化率 。 以上三层合称为沉积层，之间的物性界面清楚，尤以第二，三层之间差异较大，其密度差为 ，磁化率相差2000个磁性单位。
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user: 3. 利用重磁常规方法圈定金属矿、褶皱、负异常边界 3.1. 利用剩余重力、磁力异常推测地质体范围： 分离的区域异常形态较接近研究区的基底情况，选择向上延拓100 m方法分离的剩余异常作为确定地质体位置的基础资料。将剩余异常图场值小于零的重力、磁力低圈闭和场值大于零的重力、磁力高圈闭提取出来，见图1和图2。 图1. 剩余重力异常预测的低密度区 图2. 剩余磁异常预测的高低磁化率异常区 从该图中可见，研究区中的重力低密度圈闭主要纵穿于研究区北西–南东向，这些圈闭具有一定的连贯性，东北部也有一些分布。高密度圈闭主要分布于研究区北部与东部，规模相对较大，具有一定连贯性，在研究区西南部也有一些相对集中的高值圈闭。而中等密度圈闭主要集中在西南方向、正东方向南北–西北向的一部分，以及东南方向、西北方向小规模珠串状圈闭。 研究区的磁力负异常区如图2(b)所示，磁化率低圈也主要集中在东南部、正东部、正南部、西南部以及中部也存在规模中等的圈闭。 3.2. 利用重力、磁力垂向导数异常推测可能金属矿的范围 理论上重力异常垂向二阶导数的零值线可大致反映地质体的构造边界，同时由于油页岩地层大致处于400米以上的地层。因此，为了寻找研究区可能构造的边界，对本区作了布格重力异常、磁力异常向上延拓100 m、300 m、800 m的垂向二阶导数(它反映的是延拓一半深度的地层)，它们的零值线圈闭见图3和图4。 由图3、图4可见，在延拓到800 m深度的时候，基底轮廓基本变化不大，基底整体倾向为北西–南东向。在浅层50 m存在一些规模不大的构造圈闭，在中部150 m存在一处规模相对较大、深度亦较大的构造体，而油页岩可能存在区域就在剔除构造圈闭后的空白区域。 图3. 布格重力异常垂向二阶导数零值线图。(a) 向上延拓100 m；(b) 向上延拓300 m；(c) 向上延拓800 m 图4. 磁异常垂向二阶导数零值线图。(a)向上延拓100 m；(b)向上延拓300 m；(c)向上延拓800 m 3.3. 欧拉反褶积 欧拉反褶积方法是建立在欧拉齐次方法的基础之上，可以在较少先验信息的情况下自动或半自动地确定场源位置、解释场源起因，有效地圈定出构造体的边界，比如断层、盆地边界等，并对潜伏场源进行深度估计，推算出构造体的具体位置和方法。在本次数据处理中，进行了相关构造指数的试验，最后选定效果较好的构造指数1作为结果分析图，结果见图5，图6。 欧拉反褶积反演出的构造边界与二阶导数延拓300 m时候吻合比较好，进一步说明了反演出地质构造体圈闭的合理性，也说明了剔除法的有效性。
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user: 4. 重磁对应分析方法 基于泊松定理发展起来的重磁异常对应分析方法(具体计算过程见吴燕冈 [ 10 ] )，是重磁数据综合解释的重要方法，能对重磁异常的相关性进行研究，有效地将重磁信息进行综合，对重磁资料定性地赋予地质意义，并突出地质目标的反映，为重磁资料的地质解释提供有用的信息 [ 11 ] 。常规重磁对应分析相关系数：相关系数R的值在+1和−1的之间，相关系数R反映了重磁资料在给定窗口内的线性相关程度。R接近+1时为正相关，反映了重力高和磁场高对应，或重力低和磁场低对应； 接近−1时为负相关，反应了重力高和磁场低对应，或重力低和磁场高对应。从地质解释大的角度来看，相关系数 能帮助我们 图5. 重力异常欧拉反褶积解结果图 图6. 磁异常欧拉反褶积解结果图 确定重磁异常的同源性。 绝对值越小，例如小于0.5，则可以认为重磁异常不同源，或存在方向异于地磁场的强剩磁等。但本次目的是求中等重力(油页岩重力异常)与磁场低的对应关系。它并不是由简单的小于0.5就可以推断出来为中等重力与磁场低对应。经过多次试验取值，提出了一个取值范围公式 ：它涉及研究区内油页岩平均密度 、磁化率 ，还有该区内存在已知含量最多的岩石密度 与磁化率 ，最后加上一个补偿系数 组成。 的取值范围与最大岩石密度在整个区域内的百分比有关，如果大于10%，则取0，如果小于10%，大于3%则取值范围在0~0.2之间按等比数列变化，如果密度大于油页岩取正，小于取负。 由于本区域内油页岩的平均密度为 ，磁化率 深度在300米左右，相对于该区最高密度 ，最高磁化率为 ，最大密度岩石为基性花岗岩，已知含量大于10%，取0值。本次 ，处理采用的窗口半径为100 m，结果图7。
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user: 5. 标定油页岩靶区及不足 基础油页岩低(逆)磁性特征，在相对磁性中表现为负磁性异常。比起重力异常更容易辨别，因此， 图7. 重磁对应分析结果图 结合重磁对应分析结果图、低磁化率异常区、构造边界图(重磁异常垂向二阶导数零直线图)，最终标定出油页岩靶区位置。具体见图8。 由图可见，油页岩可能存在区域主要集中在中部以及西南两部分，在东北、西北以及西南部分有中等规模区域存在，在正南部分有，但规模不大。通过垂直二阶导数、欧拉反褶积方法配合相关地质资料初步厘定，油页岩层主要集中在150~300米之间的深度之间，超过400米后，急剧减少。由于该区域存在已开挖的矿井，位置处于正东方向高磁化率异常区B内，在往南开挖的时候发现部分油页岩地层，与靶区A结果吻合，说明本方法改进后能在一定推断油页岩的存在，推动了重力和磁法方法寻找油页岩技术，具有很好的理论意义和工程价值。但由于在其他推断区域内没有钻井资料，因此存在一定的不足，同时剔除法配合改进后的重磁对应分析法在处理的过程中涉及的方面较多，过程比较繁琐，不能很好的一一对应，对相关经验要求较高。希望在后续的研究中，能找到一种更好的手段来加强二者之间的联系。 图8. 重力异常欧拉反褶积解结果图。淡蓝色区域为值在−0.1115与0.1115之间的区域，黄色虚线区域为靶区
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user: 摘 要 是否存在“有助于预报的地震前兆”？马瑾院士由岩样加载实验发现岩石加载临近强度极值进入亚失稳阶段，发出应变、位移、温度变化特征信号，之后岩样破裂。大地震前是否能观测到这些信号？观测到了，如何识别应力已达峰值强度？姑咱地震台YRY-4分量钻孔应变仪汶川大震前550天中接收到3700多个异常应变脉冲，震后衰减。2014年底发现，脉冲出现初期，表征脉冲数据自洽性的k值大于0.99；大震前夕k值逐渐减小至0.4，数据失洽。地层连续无裂隙是应变数据满足自洽的条件，失洽是震源区地层连续性破坏越来越严重，大震将发生的标志。汶川大地震前五个月时出现5天中一个脉冲事件也没有的平静期，脉冲事件再度增多后大地震发生。岩石加载声发射现象，加载接近峰值强度出现声发射平静期，继续加载声发射再现后岩样破裂。在数千脉冲事件背景下，出现数据失洽及平静期，这两项特征有助于判断地层加载进入亚失稳阶段及何时达到强度峰值，地震必将发生。2013年芦山7级地震前的440天中，姑咱台又记录到1000多个脉冲事件，震前2个月时又出现5天平静期。在适当位置布设精密应变观测网，有可能观测到，并能识别出“有助预报的地震前兆”。汶川、芦山地震观测中得到的认识，具有普遍性还是特例，还要在实践中接受检验。 关键词 :汶川地震，四分量应变观测，事件平静期，数据失洽，地震成核 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 大地震能够被预测预报的前提是震前发出可被监测到的地震前兆。美国Science杂志在创刊125周年之际把“是否存在有助于预报的地震前兆”列为125个最具挑战性科学问题之一，首先提出是否存在有助于预报的地震前兆这个前提条件。若这种前兆信号可被人类布设的精密观测仪器监测识别，并据此定出相当精确的地震三要素，大地震原则上就能被预测预报。但迄今地震学家仍未寻找到这种具有普适性的确定性地震前兆。所谓确定性地震前兆就是“在所有大地震之前必被无一例外地观测到，并且一旦出现这种异常现象，必无一例外地发生大地震” [ 1 ] 。这样的确定性地震前兆若存在并能被观测到，无疑有助于地震预报实现。 马瑾团队在无数次岩样压裂实验中观测到，岩样加载临近强度极值进入亚失稳阶段，会发出应变、位移、温度变化等特征性信号。这时即使外载不再增加，断层亦进入不可逆自失稳演化阶段。“不可逆过程的存在是地震可预报性的基本逻辑基石。抓住亚失稳阶段的特点也就是找到了与地震发生有唯一关系的过程。以往从物理、化学以及生物角度的观测只是力学过程引起的结果，它们与力学过程之间的关系不是唯一的，而断层所处的应力状态才是本质…亚失稳阶段位于强度极限点(O)和失稳点(B)之间，识别出亚失稳开始时间(O)，在实验室能屡屡提前预测失稳的开始，问题在于在野外我们很难确定断层所处应力状态 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。” 岩样破裂前发出的应变、位移、温度变化等特征性信号，就是“有助于预报岩样即将破裂”的“确定性前兆”。 实验室研究的动力学条件、构造条件、介质条件都比较简单，野外地质构造复杂、加载条件多样、台站稀少。有没有观测到大地震发生前，震源在地应力作用下进入亚失稳应力状态，发出“有助于预报地震前兆”的实例呢？根据这种地震前兆我们能够判断识别出断层所处应力状态已达强度峰值，大地震将不可避免地发生？ 中国地震局“数字地震网络工程”于2006年10月28日在四川姑咱地震台安装了YRY-4型分量钻孔应变仪，11月1日产出数据，一年半后汶川发生8.0地震。姑咱台记录下了汶川地震前550天中异常应变数据的变化。根据异常应变数据流的时间变化特征，可以识别出断层所处应力状态何时达到强度峰值。这在世界上是第一次。 下文这份宝贵的应变记录数据告诉我们，汶川8.0和芦山7.0两次大地震前，大自然发出了“有助于预报的地震前兆”。
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user: 3. 讨论 姑咱台分量钻孔应变仪接收到汶川大地震前大量异常应变脉冲信号，这些信号是否也被其它观测仪器接收到了？ 离震中70千米的成都郫县有一台JCZ-1型超宽频带地震仪，仪器的BB通道频带50 Hz~360秒。姑咱台分量钻孔应变仪接收到大量异常应变脉冲时，JCZ-1地震仪上并无相应记录。但从2008年4月30日开始，JCZ-1地震仪记录中出现超过噪声背景几倍的微弱脉冲。从5月11日3时起，记录到一系列周期约200~500 s的脉冲，次数随强震临近明显增多、强度增大，直至强震发生。 姑咱台YRY-4型分量钻孔应变仪2008年5月11日分采样记录上，1: 54、3: 58、4: 25、9:58记录到4个压性应变脉冲，脉冲最大幅度达到1 × 10 − 8 ，19: 38、22: 36记录到2个压性阶跃。 郫县台JCZ-1型超宽频带地震仪2008年5月11日，BB通道东西分量记录，有3个事件与姑咱台4: 25、9: 58出现的压性脉冲事件、22: 36出现的压性阶跃事件相对应。脉冲事件可视为连续出现的压性－张性阶跃，在地震记录图上显示为位移方向相反的一对脉冲。 郫县台距震中更近，5月11日记录到的事件比应变仪更多，尽管也只有单台记录，无法定位，但从接收到这些脉冲一天后大震即发生看，这些脉冲从震源区发出的可能性极大。 姑咱台位于汶川震中西南，成都郫县台位于汶川震中东面，两台不在同一位置，中间隔着龙门山断裂带，两个台记录的物理量也不同，上述比对说明两种仪器在临震前出现都较为剧烈的反映，部分事件在时间上被同步接收到。
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user: 4. 结语 1966年邢台大地震后，我国科技工作者开始探索地震预报，李四光领衔攻关任务。李老认为：“地震是可以预报的，不过我们得艰苦细致地工作，以探索发生地震的规律是什么…地震与任何事物一样，它的发生不是偶然的，而是有一个过程的。地震就是岩石受到力的作用，达到某一个临界程度，岩石承受不了的时候，便会发生破裂而产生震动” [ 33 ] 。 为观测岩石中应力变化，他组织技术人员研制钻孔应力应变观测仪器。初期的“电感地应力仪”灵敏度低、抗干扰能力差，观测不到能检验仪器客观性能的固体潮。经四十年台站观测试验改进，我国四分量钻孔应变仪终于达到科学观测仪器要求：观测到清晰、可比对的固体潮和地震波；观测数据满足自洽性要求，k值达到0.999以上(k ＝ 1为理想值)。38套四分量钻孔应变仪于2006年底被布设到地震活动带。 2008年汶川大地震对中国是一场巨灾，但经四十年攻关研制成的四分量钻孔应变仪记录下了汶川地震期间海量数据，震后八年的回溯性研究，从中找到了“有助于预报地震先兆”的踪迹，找到从中判别何时进入亚失稳阶段的特征和参量，在掌握大地震发生规律的征程中迈出了重要的一步。 实验室岩石加载试验与强震发生现场条件存在巨大差异。孕育地震的地质构造类型众多，从汶川、芦山地震观测实践中得到的认识，具有普遍性还是特例，要回到实践中接受检验、充实完善。 在密度较高的应变观测网中，有三个以上台记录到异常脉冲或阶跃，就可能确定异常源位置；追踪其分布、扩散情况及应力状态的演变，能获得强震孕育过程中更丰富的时、空、强信息。 汶川大地震前姑咱台接收到的这些异常应变阶跃和脉冲，按现有认识，属于基本不发射地震波的“静地震”或“慢地震”。当真正观测到它们的时候，“人们突然发现，这些“地震”的性质，比如它的标度性质，与“可见的”地震完全不同。并且比最初想象的要复杂得多。目前，甚至还没有一个恰当的、为大多数人所接受的“静地震”、“慢滑动”、“深低频脉动”等的分类，来描述这一全新的“地震家族” [ 34 ] 。 如何根据多台观测数据确定异常源位置、震级等参数，地层中断裂及不同物性界面对应变传播的影响，需要在实际观测中积累知识。 李四光当年在力学家帮助下得出了由钻孔观测数据计算应力、应变场变化的理论公式。这适用于地层中无强震孕育的状态，作为正常背景很重要。但强震正在孕育，地层中裂隙在不断生长扩展的理论模型还未建立。 地震科学是观测科学。大地震发生本质上属于力学过程，观测地层应力应变与大地震孕育的关系最为直接。在高精密应变观测仪器性能达到科学性要求后，加速观测台网建设，布下“天罗地网”，不放过每一个强震震例并仔细解剖，总结出强震孕育的可相互验证、更为全面的认识和规律，世人关切的地震预报难题就能尽早破解。 马瑾在岩石压裂实验中发现进入亚失稳阶段，应变、位移、温度变化出现协同化进程。除了应变，位移、温度观测，也有助于判断地层失稳的不可逆转和临近 [ 2 ] 。 一次未能作出预报的强震会夺走数万生命，我们必须“在战争中学习战争”，在实践过程中，某些强震袭击的伤害也许就能得以避免 [ 35 ] 。
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user: 摘 要 通过区域构造分析，川东北马路背地区为大巴山与米仓山前缘构造转换带。在构造精细解释的基础上，对断层和裂缝的特征进行刻画。按照裂缝的成因，预测出不同类型的裂缝在工区展布特征。与区域构造应力相关的构造裂缝是研究区高角度缝的主要成因，主要发育在断裂带附近。马路背工区处于转换带位置，工区内由Ⅰ类断层分割形成的三个断块，通过调节断块间断距的变化来调节构造的变形，形成了与构造断裂斜交的裂缝，转换带裂缝主要发育在靠近Ⅰ类大断层的共轭方向以及断层相交部位。通过高产井证实，转换带裂缝与构造裂缝形成的网状缝，是马路背地区须二特低孔低渗储层稳产的关键因素。研究认为马路背构造转换带形成的裂缝系统，与优质储层匹配形成的储渗体，是下步开发的有利目标。 关键词 :构造转换带，构造缝，转换带裂缝，网状裂缝 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 地质概况 通南巴构造带位于四川盆地川东北褶皱带的东北段，为一大型NE向至NNE向背斜。马路背构造为通南巴构造带东北段，为米仓山冲断构造带与大巴山弧形冲断构造带的构造叠合区(图1)。经历了多期次构造运动叠加，须家河组碎屑岩储层具超致密、超深、超压等特征。天然气成藏历史复杂，圈闭隐蔽性强，勘探开发难度极高 [ 1 ] - [ 9 ] 。根据已有钻井对马路背构造须家河组二段气藏进行分析，属于特低孔致密储层(孔隙度主要分布在2%~4%区间，基质渗透率普遍低于0.01~0.1 md)。已有钻井中，M101井累产2.15亿方，M103井累产0.84亿方。经研究该地区须家河组为裂缝-孔隙型储层，裂缝对储层的改善作用功不可没，是获得高产气井的关键因素。
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user: 2. 马路背构造特征 2.1. 区域构造背景及演化史 川东北地区基底于晋宁运动形成，震旦纪–三叠纪，进入地台发育阶段；自印支期至喜马拉雅期，在特提斯构造域、滨太平洋构造域的发展演化过程中，在上扬子区长期的强弱交替挤压作用下，川东北构造经多期的叠加、改造而形成，最终定型于喜马拉雅晚期。 图1. 川东北地区构造分区图 通南巴地区总体来看，主要经历了晚海西期–印度期区域拉张构造演化阶段和燕山–喜山期的区域挤压构造演化阶段(表1)，但挤压构造变形阶段，应力背景有所变化，即从燕山早期主要受龙门山一侧的北西–南东向挤压转换为喜山晚期主要受大巴山一侧的北东–南西向挤压(图2)。通过对现今通南巴构造带构造变形特征进行分析，现今的通南巴构造由南段NEE走向构造逐步转换到中段的NE-NNE走向，再逐步转换到北段的NEE走向构造。而发生走向变化的东北段，正好就是马路背构造地区，经历了多期次的构造运动，变形复杂。马路背工区处于转换带位置，工区内由I类断层分割形成的三个断块之间，通过调节断块间断距的变化来调节构造的变形。将工区本来的NEE走向的构造逐步调节为NNE走向的构造(图3)。 2.2. 构造特征描述 对马路背地区进行精细的构造解释，马路背构造总体为北东-南西向展布的断背斜构造，构造西高东低、南北两翼地层较陡(倾角45˚左右)，长轴长约18 km，短轴长约12.2 km。工区内的一类大断层F1-F5断层将断背斜划分为三个断块。工区主要发育三个级别的断层，分别是(图4)： I类断层(F1~F5)，延伸长度大，控制构造分区(图5)，高角度逆冲断层破碎带附近裂缝非常发育。I类断层断穿层位多，向下断至嘉陵江组膏盐岩，向上断至遂宁组底，最大断距范围为100~400 m，走向以北西向为主。I类断层对工区的构造格局起控制作用； II类断层，向上断穿自流井组，常发育在大型断层附近，经历多期次构造活动，走向以北西、北北西向为主，少量北北东向，此类断层在沟通须家河组上部烃源地层，改善储层物性方面贡献很大； III类断层，为须家河组内部断层，分布在构造低缓部位或条形隆起带两翼，平面延伸长度小于2 Km。走向为北北西向、少量北北东向。此类断层同样可以改善储层物性。 2.3. 马路背地区裂缝特征分析 在精细解释的基础上，将本区内裂缝按照成因机制进行预测，本区主要发育构造裂缝、转换带裂缝及层间裂缝。其中构造裂缝为本区的主要裂缝类型，其与转换带裂缝形成的网状缝是高产稳产的关键因素。 图2. 川东北马路背地区构造演化示意图 图3. 马路背地区构造转换带形成三维可视化图 图4. 马路背地区须家河组二段断层纲要图 图5. 马路背地区断层剖面及三维可视化图 Table 1 Tectonic evolution in Malubei structure of Northeast Sichuan Basi 时期 应力性质 应力方向 通南北背斜 印支期-燕山早期 压应力 NW-SE 鼻状凸起雏形，及相关褶皱变形 燕山运动晚期 压应力 NW-SE 基础上继续隆升、形成NE向构造主体 喜山运动中期 压应力 NNW-SSE 加强、改造早期NE向构造 喜山运动晚期 压应力 NE-SW 改造作用、背斜上形成NW向断裂，将背斜构造带分段 表1. 川东北马路背地区构造演化史 2.3.1. 构造裂缝 此类裂缝与断裂作用有关，发育在构造变形区。马路背地区断层多，I类、II类断层附近均顺断层发育破碎带 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 。沿须二段顶界提取沿层相干与曲率属性，工区内I类、II类断层附近发育构造裂缝(图6)。此类断层具有距离断层越近，裂缝发育程度高，远离断层降低的特征(表2)。 2.3.2. 转换带裂缝 马路背地区位于构造转换带，控制构造分区的5条I类断层与三个断块之间，通过调节断距的变化，将工区NEE走向的构造逐步调节为NNE走向的构造，与通南巴构造带黑池梁地区NEE走向形成挤压 图6. 马路背地区裂缝平面预测图 Table 2 The degree of fracture development near the fault in Malubei structur 井位 与断层距离 裂缝发育程度 裂缝发育密度 数据来源 I类断裂 II类断裂 III类断裂 Ma101井 650 m 310 m 好 / Ma103井 720 m 370 m 好 1.01~36.3条 岩心描述 Ma2井 1840 m 906 m 较好 1~5条 岩心描述 Ma201井 979 m 570 m 650 m 较好 1~10.8条 成像测井解释 Ma1井 591 m / CF82井 263 m / 表2. 马路背断层附近断裂发育程度 背景下的同倾向型转换带 [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] 。在转换过程中，形成了一系列转换带裂缝。此类裂缝主要发育在靠近I类断层的共轭方向以及断层相交部位。 曲率属性所反映出的平面特征，除了与断层走向一致，在局部位置，还出现了与断层共轭斜交的一系列异常，即转换带裂缝(如图6)。与构造高角度缝相交形成网状缝，形成了局部视均质网状裂缝系统。为油气的聚集运移有效通道。 2.3.3. 层间裂缝 在相变带即岩性变化处、厚度变化处层间裂缝更发育。此类由岩层的非均质性，即岩性及其组合关系的变化形成的裂缝，在工区内广泛分布，为层间裂缝。此类裂缝主要与岩石类型、厚度、岩性变化带有关。
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user: 3. 马路背地区裂缝对须家河组储层的影响 根据对马路背须二段取心资料分析，本区孔隙度分布范围为0.55%~4.05%，平均值2.474%；渗透率分布范围为渗透率0.0046~0.2379 mD，平均值0.027 mD。总体来说，岩心分析表明须二段岩屑砂岩储层物性差，属特低孔、特低渗–致密储层。然而就目前已有钻井分析，位于网状裂缝区域内的Ma101日产10~12万方，稳产4.7年。Ma103井日产气11.8万方，稳产4年，表现出非裂缝型储层的稳定产能。那么致密气藏产能主控因素就非常关键。 通过裂缝预测，M103井距离I类(F3) 720 m，构造裂缝非常发育。在F3断层东侧属性图上发育斜交的转换带裂缝。从成像测井资料也进一步证实，Ma103井发育垂直缝与斜交缝，且转换带相关的裂缝带与构造断层相关的裂缝带相交所形成的网状裂缝成为了局部视均质优质储层发育区，为油气的聚集运移有效通道(图7)。形成的优质裂缝系统与优质储层相匹配，才能形成富集区。而Ma103井测试产量稳产5年也证实了网状缝的对油气运移输导的重大作用。 图7. Ma103井裂缝发育特征 整个马路背地区作为通南巴构造带的一个重要转换带，结合对区域构造演化的研究，在从燕山早期主要受龙门山一侧的北西–南东向挤压转换为喜山晚期主要受大巴山一侧的北东–南西向挤压形成过程中，所形成的与转换带相关的裂缝带。该类转换带相关的裂缝带与构造断层相关的裂缝带，共同组成了网状裂缝区域(图8)，极大的提高了储层的渗透率，改善了储层的物性。Ma101、Ma103的连续高产稳产进一步证明了马路背地区转换带所形成的裂缝带是真实存在的。重视转换带相关的裂缝带的预测，是下一步油气勘探开发的重要指导思想。 图8. 马路背地区须二段裂缝发育区综合预测图
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user: 4. 结论 (1) 马路背地区依据断层规模，将断层分级定为I类、II类、III类断层。I类断层延伸长度大、控制构造形态；II类断层，断穿自流井组，发育在大型断层附近，沟通须家河组上部烃源地层，改善储层物性方面贡献很大；III类断层发育在须家河组内部。 (2) 马路背地区发育构造裂缝、剪切裂缝及层间裂缝。与断层走向一致的构造裂缝带和与断层走向共轭的构造转换裂缝带，两组裂缝带相交，形成了网状裂缝发育区。网状裂缝区域，极大的提高了储层的渗透率，改善了储层的物性。 (3) 有效的裂缝系统，叠加在优质储层上，形成优质储渗体，为低孔渗致密储层获产关键。
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user: 摘 要 瑞雷面波探测技术具有无损、浅层分辨率高、经济高效等优势，已广泛应用于探测各类建筑的地基结构信息。始建于清朝康熙年间的芒洪八角塔位于云南省澜沧县，是全国重要保护文物。现今八角塔整体向北倾斜，并出现了开裂现象，为保护文物，迫切需要采用无损探测方法探明塔基础结构信息，分析塔身倾斜的原因。本篇文章研究应用瑞雷面波技术高分辨率探测塔基础地层的剪切波速度结构，据此结合工程地质信息推断塔身倾斜原因，为保护文物提供依据。通过在塔基础布置两条瑞雷面波测线获取剪切波速度结构信息，推断八角塔基础浅地表层回填土厚度约为1 m，其下基岩为砂砾岩，塔基坐落在相对凸起的基岩面上，塔基础的北侧有剪切波低速异常区，持力层相对较弱.综合探测结果，总结得出以下内容：1) 塔北侧存在局部破碎带；2) 持力层对塔基产生的支持力不均匀导致塔向北侧倾斜。 关键词 :芒洪八角塔，瑞雷面波，无损探测，倾斜成因 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 云南省芒洪八角塔始建于清朝康熙年间，是全国重点文物保护单位“景迈古茶园”中一处重要的文物建筑，位于云南省澜沧县芒景村芒洪寨景迈山角的一处台地上。八角塔是由砂岩垒砌建成的石塔，外观为重檐攒尖顶八边形，由塔基、塔身、塔顶组成，通高5.8 m (图1(a))。八角塔具有独特的建筑风格，塔身绘制的二十三块石雕图案融合了佛教、道教、儒家文化，是体现中国文化融合发展的重要基石。 现如今八角塔整体向北倾斜，塔身出现破损、开裂现象。为进一步修缮和保护八角塔的整体结构，需要探测查明塔身倾斜原因。因此选用瑞雷波探测技术探测塔基础剪切波速度结构，推断其持力特点。与传统的钻孔测量方法相比 [ 1 ] ，瑞雷面波探测是一种快速、经济、无损的探测技术。瑞雷面波以柱面波形式沿自由地表传播，具有传播距离远、衰减慢、能量强、信噪比高等特点。夏江海等 [ 2 ] [ 3 ] 研究表明瑞雷波速度受剪切波速度的影响最大，可以利用反演的瑞雷波速度估计浅地表剪切波速度。前人的研究 图1. 芒洪八角塔概况：(a) 整体结构；(b) 地理位置；(c) 塔基础探测工作布置 成果表明，瑞雷面波和钻探获得的剪切波速度具有很好的一致性 [ 4 ] 。Foti等 [ 5 ] 将瑞雷面波与钻探方法应用于比萨斜塔探测，证明了瑞雷面波探测能获得可靠的剪切波速度。瑞雷面波探测方法已经应用于一系列的浅表地球物理问题及建筑物无损探测中 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。 本篇文章研究利用瑞雷面波法高分辨率探测芒洪八角塔基础结构，利用剪切波速度结构信息，分析八角塔基础下方是否存在不良地质体，并划分出基岩覆盖层与基岩层风化的分界面，推断八角塔倾斜的原因。
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user: 2. 研究区概况与数据采集 研究区位于耿马–澜沧地震带西侧，八角塔所处台地浅表层为人工回填粘土层，其下基岩主要为石炭、侏罗纪砂砾岩。区域内地震活动频繁，构造复杂，断裂走向为北东向。在八角塔的东南侧约15 m，出露砂砾岩露头有宽约5 m北西走向的破碎带。在八角塔西侧，可见砂砾岩露头和稀疏的北西西向裂隙。断裂带的存在会影响八角塔基础结构的稳定性，瑞雷面波可以探测塔基础结构。结合区域内地质资料和瑞雷面波探测结果，判断八角塔下方是否存在局部断裂、破碎带。 根据研究区地形地质条件，在八角塔东西两侧分别布置一条地震测线，距塔东侧6 m的测线(图1(c)中L1线)长度为35 m，距塔西侧4 m测线(图1(c)中L2线)长度为23 m，为高分辨率探测芒洪八角塔基础结构，测线设计时加密布设点距为1 m的测点。测线布置详细情况见图1(c)。 本次瑞雷面波数据采集选用Geode地震仪，由于瑞雷面波穿透深度与波长有关 [ 8 ] ，为了增加瑞雷面波的探测深度，获得频率成份丰富的瑞雷面波数据，选择频率为4.5 Hz的低频率检波器，重锤震源激发。经过现场试验 [ 9 ] ，数据采集时选择道间距1 m、24道接收的观测系统。采样间隔为0.125 ms，记录长度为500 ms。 野外采集的原始瑞雷面波探测单炮记录见图2，瑞雷面波发育良好，信噪比高，能量强，主频频率为40 Hz，频带范围为15~75 Hz；折射波、反射波、直达波等干扰波的能量较低、采集得到的单炮记录能满足后续处理对原始资料的要求。 图2. 瑞雷面波探测单炮记录
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user: 3. 数据处理 瑞雷面波速度的反演处理通常需要如下步骤：(1) 提取频散曲线，将采集的时间–空间域的炮集记录通过二维傅里叶变换将其映射到频率–波数域，在频率–波数域计算每个峰值频率对应的相速度，将所有的峰值频率及其对应的相速度连成一条线，便可获得瑞雷波频散曲线 [ 10 ] ；(2) 反复迭代反演频散曲线，直到拟合出最优的反演结果，得到该频散曲线对应的地质模型参数。详细的处理流程如图3所示。 本次研究中，瑞雷面波数据处理通过对瑞雷面波单炮记录进行频率滤波等处理后，利用Seisimager/SW软件计算出瑞雷面波单炮记录的实测频散曲线，提取的准确性直接影响了反演结果的真实可靠性 [ 11 ] 。瑞雷面波频散曲线提取前，需要对原始地震数据做剔除干扰道、频率滤波、切除折射波、直达波等数据处理，提高瑞雷面波的信噪比。 图4(a)为处理后瑞雷面波单炮记录，与原始数据单炮记录(图2)相比，直达波、折射波、反射波等干扰波得到了较好地压制。将处理后的瑞雷面波单炮记录做二维傅里叶变换后得到瑞雷面波频率波数谱(图4(b))，并拾取频率波数谱中最大频散能量对应的频率和速度，获得基阶模式的瑞雷面波频散曲线。图4(c)中虚线显示基阶模式瑞雷面波频散曲线信噪比都大于0.6，表明获得的基阶模式的瑞雷面波频散曲线可靠，能满足瑞雷面波反演的精度要求。最后，采用遗传算法对每个瑞雷面波频散曲线进行单独反演，搜索范围为观测值的0.8~1.2倍，种群个数为100，遗传代数为50，通过反复迭代反演，取最优的拟合结果，得到一维剪切波速度和深度剖面(图4(d))。
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user: 4. 数据分析 通过数据处理，分别反演得到每个测点的一维剪切波速度和深度参数，按测点位置绘制成测线下方的二维剪切波速度和深度剖面(图5)，对比两条测线的速度变化趋势具有很好的一致性。根据剪切波速度结构特征，将速度分为4层，第一层介质速度为小于200 m/s，厚度约1 m；第二层介质速度约为200~360 m/s，厚度约2 m；第三层介质速度约为360~520 m/s，厚度约2 m；第四层介质速度大于520 m/s，深度大于5 m。 图3. 瑞雷面波数据处理流程 图4. 单个测点数据处理流程。(a) 提纯后瑞雷面波单炮记录；(b) 瑞雷面波频率波数谱；(c) 瑞雷面波实测频散曲线和频散曲线信噪比；(d) 频散曲线反演地层结构参数图 图5. L1线(b)和L2线(a)剪切波探测速度剖面 剪切波速度剖面显示了八角塔基岩结构分布特征，结合在八角塔北侧(对八角塔无损区域，具体位置见图1)进行探槽挖掘得到的地层横截面，(图6)，在地层深度达到1 m左右时出现砂砾岩，推断八角塔塔基结构从上到下分为四层，依次为回填粘土、强风化层砂砾岩、中风化层砂砾岩、弱风化层砂砾岩，层位变化平稳，横向速度变化较大，L1测线测点号14~19段与L2测线测点号9~14段都出现明显的剪切波波速度升高，两侧剪切波速度小，中间剪切波速度大，根据野外踏勘结果，这两处位置对应八角塔基础正下方，推断八角塔坐落在凸起的基岩面上。图5显示，L1测线测点号17~18和L2测线测点号14~15处有明显的剪切波低速异常区域(图5中黑色虚线)，这些低速区为岩石破碎的区域，推测塔基础北侧持力层存在局部破碎带，对塔基产生的支持力不均匀导致成塔向北侧倾斜。综合L1和L2测线的瑞雷面波探测成果，绘制八角塔浅地表剪切波速度–深度剖面示意图(图7)。
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user: 5. 结论 本文利用瑞雷面波法在芒洪八角塔周围进行探测，通过数据处理和资料分析获得了八角塔塔基浅地表的剪切波速度结构，结合野外调查和探槽资料，得出以下结论： (1) 推断芒洪八角塔塔基浅层结构分为四层，表层回填粘土的厚度约为1 m，其下强风化层砂砾岩厚度约为2 m，中风化层砂砾岩厚度约为2 m，深度大于5 m为弱风化层砂砾岩。八角塔塔基坐落在相对凸起的基岩面上，塔基础北侧存在低速异常区，参考地质调查信息，推测塔基础北侧存在局部破碎带，持力层对塔基产生的支持力不均匀导致塔向北侧倾斜。 (2) 瑞雷面波探测结果和探槽方法确定的芒洪八角塔基础基岩面位置基本吻合，在研究区内选用合理的采集参数，对埋深浅、横向变化大的地层具有较高的分辨率，得到可靠的地基浅表结构信息。 图6. 探槽剖面 图7. L1线(b)和L2线(a)八角塔塔基结构地质解释剖面图 瑞雷面波探测方法具有无损、分辨率高、操作简便、成果直观等特点，广泛应用于工程地质勘查中，尤其是对场地地质分层的效果较好，能提供准确的覆盖层厚度变化情况，可与钻探或探槽方法配合使用，是文物勘察的一种高效探测方法。