什么是被動源地震頻率諧振勘探技術？

地震噪聲無處不在，無時不在，頻率可以低到Nx0.001赫茲，高到Nx10000赫茲，振幅隨頻率的變化范圍也很大。經研究，這些噪聲的來源主要有以下幾個方面：潮汐作用、火山與地震、大氣波動——表現為風對地面的作用以及地球表面的形變作用。這些自然的地球表面的震動，特別是震動的低頻能量遠遠超出人們的想象，其傳播的距離可以環繞地球表面多次。

人們所熟悉的常規地震勘探所激發的能量主要集中于Nx100-Nx10²赫茲，比地球表面噪聲的頻率范圍要窄很多。

人們已經習慣于應用常規地震勘探技術表達地下介質的空間結構，但是對常規地震勘探所具有的幾個重要的缺陷頗感無奈。常規地震勘探技術難以對不明顯的反射界面和高角度的反射界面進行成像，特別是必須應用激發震源。這些缺陷嚴重制約了人們在復雜地質條件下對該技術的應用，致使世界上大部分地區，特別是復雜的金屬礦地區、地熱田地區、人口稠密的城市地區以及災害頻發等復雜地質地區，都無法應用常規地震勘探技術進行勘探。

地震頻率諧振勘探技術利用地震噪聲波的諧振（共振）現象對地質體成像。這是一種全新的地震勘探理念，與常規的地震勘探和人們目前所熟悉的噪聲地震勘探（如各種面波法、H/V譜比以及接收函數法等）基本理論完全不同。被動源地震頻率諧振勘探技術利用地球震動噪聲與地球內部固體介質間的“諧振”關系進行勘探，不受激發源條件的限制，很好地解決了復雜地質地區精細勘探問題。該技術的優點已經在多個金屬礦區、煤層氣勘探區、油氣生產礦區、城市地質勘探以及地下水勘探方面得到驗證。

被動源地震頻率諧振勘探技術利用地球內部廣泛存在的震動噪聲進行勘探，其原理源于震動噪聲與地下介質的“諧振”關系。我們知道，任何固體介質都存在自激頻率，如果定義其為F0，則振動波通過該固體介質時，其中的與F0相同頻率的震動波振幅將會被放大（圖1）。

圖1與固體介質自激頻率相同的地震波通過固體介質時的振幅放大效應圖示。

如果假設地下固體介質是一個濾波器，噪聲地震波從地下向地面傳播過程中，要通過這個濾波器，構成一個輸入和輸出關系。輸出就是地面檢波器記錄的震動波。該震動波某些頻率成分由于與地質體存在“諧振關系”，從而帶來了地下介質的信息，分析地面這個震動波的頻率成分與空間分布特征，也就獲得了地下介質的空間信息和物質成分信息。這些信息構成了對地下介質的成像因數。

地震頻率諧振勘探技術對地下介質成像的精度首先取決于采集數據時間長短和對當地地質模型的了解程度。對于200米的勘探深度，一般的采集時間大約3-5分鐘，對于2000米的勘探深度，一般的采集時間要大約15-20分鐘。地質模型包括橫波速度和地質體密度信息，它的詳實程度對地質成像具有很大作用。影響成像精度的另一個因素是布設的檢波器空間分布密度和其頻率響應靈敏度。理論和實踐證明，密集布設的檢波器有助于勘探精度的提高，一般的金屬礦勘探，采用10米或15米點距進行勘探，特殊情況下也應用5米點距。油氣勘探和地熱勘探通常采用20米點距。對于三維密集陣方式采集時，一般金屬礦測線間距采用25-50米，油氣勘探采用100米間距。檢波器頻率響應很重要，有能力采集到低頻信號的檢波器，不一定有能力采集到微弱的低頻信號。因此，該技術對野外采集儀器設備的要求遠大于常規地震技術對檢波器的要求。

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