基于程函方程反演的跨孔地震巖溶探測數值模擬研究

作者：石振明,盧崔燦,劉鎏,王堯,彭銘

摘要：巖溶探測對于巖溶發育地區的工程建設有重大意義,跨孔地震波探測是工程勘察有效的地球物理探測技術。本文旨在利用基于程函方程的初至旅行時層析方法,實現對跨孔地震波巖溶探測的反演,并通過多個工況的數值模擬驗證其有效性,探索其適用性和局限性。首先,基于波動方程的時域有限差分對跨孔地震巖溶探測進行正演模擬;然后從模擬的地震記錄中提取初至旅行時,最后以基于程函方程的初至層析方法反演得到鉆孔間的地層速度模型。本文設置了單一溶洞,單一斷層,溶洞斷層組合及多溶洞組合4種工況,通過數值試驗得到了地震記錄、旅行時、反演圖像、迭代殘差等結果。結果表明基于程函方程的初至旅行時層析反演方法對溶洞位置、大小,斷層的方位反演較為準確,對于復雜地質條件,多溶洞和裂隙組合反演較為穩定,相互之間干擾很小,能定性區分對溶洞填充物的速度與地層背景波速的高低。但巖溶異常體中的反演速度較真實速度有偏高,縱向分辨率比橫向分辨率高。相比溶洞,該方法對斷層較不敏感。考慮到基于程函方程的跨孔層析反演在多個巖溶地質體共存的復雜地質條件下依然保持高效和穩定,該方法可以為實際工程提供重要勘察信息。

發文機構：同濟大學地下建筑與工程系 同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室 佛羅里達大學土木與海岸工程系

關鍵詞：巖溶探測跨孔地震層析反演程函方程Karst detectionCross-hole seismicTomographic inversionEikonal equation

分類號： P631.4[天文地球—地質礦產勘探]