【摘要】：呼圖壁地下儲氣庫依托于枯竭的呼圖壁氣田建設而成,是中國繼大張坨儲氣庫之后投入建設使用的第二個儲氣庫,為我國目前容量最大的天然氣儲氣庫。它通過夏季儲氣、冬季采氣實現天然氣的供需平衡,有效解決了新疆地區(qū)尤其是天山北坡經濟帶面臨的冬季“氣荒”問題,并為保障西氣東輸穩(wěn)定供氣和國家能源戰(zhàn)略儲備發(fā)揮重要作用。該儲氣庫地處準噶爾盆地南緣北天山山前坳陷帶內的呼圖壁背斜上,其所在的天山北側活動構造帶是我國主要的地震活動帶之一。研究該地區(qū)局部的淺層速度結構和介質變化特性對于保證該儲氣庫安全運營,監(jiān)測區(qū)域地震活動性,評估場地效應等都具有重要的意義。前人對包括呼圖壁儲氣庫在內的天山造山帶至準噶爾盆地轉換區(qū)域的深部地質構造特征已經有了許多研究,但是在該地區(qū)淺層速度結構和介質變化等方面的研究幾乎是一片空白。地震背景噪聲互相關是一種新近發(fā)展起來的方法,主要是通過對兩個臺站記錄到的地震背景噪聲進行互相關運算來得到兩個臺站間的格林函數,從而用于地下結構成像或者介質變化的研究中。近年來,高頻背景噪聲由于可能存在較多的體波成分,且高頻面波可以較好地反映淺層介質信息而逐漸引起關注。因此,本文將以從背景噪聲中提取的這種高頻面波信號作為工具,圍繞新疆呼圖壁儲氣庫地區(qū)淺層結構成像和介質變化兩個關鍵的科學問題,開展了以下四個方面的研究工作:(1)新疆地區(qū)流動地震觀測背景噪聲特征。利用目前通用的臺基噪聲分析方法,通過計算單條記錄的加速度功率譜密度并統(tǒng)計一定時間段內的功率譜概率密度函數,研究了該地區(qū)的噪聲來源及其特征。結果表明,研究區(qū)域由于超厚沉積層和顯著人為活動的影響,大部分臺站的背景噪聲水平在高頻段接近甚至超過全球高噪聲模型,部分臺站在全頻段均超過全球高噪聲模型。噪聲成分主要是高頻人為噪聲和微震噪聲,其中,新疆由于距離海洋較遠微震噪聲相對較低,而人為噪聲頻帶范圍較寬,強度較大,甚至超過高噪聲模型,有助于提取兩接收點之間的高頻面波格林函數,從而獲取淺層的介質信息,說明在該地區(qū)進行高頻面波成像及淺層介質變化研究是可行的。(2)新疆呼圖壁地區(qū)高頻噪聲成像。利用背景噪聲互相關方法計算了不同臺站對之間的格林函數,然后利用多重濾波方法獲取了對應的瑞雷面波頻散曲線,給出了一個平均的剪切波速度模型,并反演了不同周期對應的二維群速度分布圖像。平均剪切波速度模型對應于近地表區(qū)域劇烈變化且砂泥巖交互的巖性特征。420~500m處出現一個明顯的低速層,可能與松散砂礫層有關。該淺層速度模型對于研究呼圖壁儲氣庫的上覆地層特性,近地表場地效應評估,去除淺層影響都具有重要的參考價值;不同周期的群速度圖像均顯示呼圖壁和呼圖壁北斷裂處于高、低群速度過渡帶,由于呼圖壁001號井北斷裂的北部并沒有路徑覆蓋,無法觀測到其兩側的速度差異。此外,在儲氣庫西南邊的臺站附近,存在著一些明顯的高速異常,推斷是由于接近造山帶引起的。對比不同深度的群速度分布圖像,除了隨深度有一個增加的趨勢之外,縱向差異性較小。(3)新疆呼圖壁地區(qū)地下介質特性變化。利用背景噪聲互相關方法對呼圖壁儲氣庫區(qū)域的地下波速變化進行了初步分析,發(fā)現了可能與儲氣庫充放氣和地下水位變化有關的波速變化。但是由于本文所選用的時間長度有限,只觀測到了一個季節(jié)性周期的變化,未來需要進一步進行更長時間的觀測來分析各種可能的影響因素。在該區(qū)域附近布設了氣槍信號發(fā)射臺,氣槍震源具有高度可重復性,目前為止已經積累了大量的實驗數據,利用互相關檢測氣槍信號的直達波到時,能夠監(jiān)測地下介質的微弱波速變化。采用這種主動觀測系統(tǒng),與本文的被動成像結果進行比較,可以通過互相驗證以精確分析地下介質變化的時空分布特征。(4)垂直井孔臺站在近地表介質特性研究中的效果初探。利用云南普洱大寨井的地表與井下噪聲記錄,研究了深井觀測對噪聲水平的影響。發(fā)現該井下地震計在降低頻率大于1Hz的噪聲上有明顯的效果,尤其對于5 Hz附近的噪聲,可降低達40 dB之多;當頻率大于10 Hz時,隨著頻率增加,降低噪聲的水平逐漸降低。事實上,井下觀測除了具有壓制噪聲的作用外,也具有其它一些獨特優(yōu)勢。利用正則反卷積方法對距離臺站150 km內的10個近震事件展開了分析,構建了自375 m深度至地表之間的格林函數,并從中識別出入射波及地表反射波,從而獲得了淺層的平均速度結構。以其中一個地震事件為例計算得到的直達波和地表反射波的理論到時與反卷積結果獲取的實際到時差基本一致,說平均速度是可靠的。由鉆孔地質資料估算的初始速度模型可以看出,該地區(qū)的地下淺層結構存在多個較大的波阻抗界面,當地震波在從井孔基部傳播至地表的過程中,發(fā)生了多次反射,而傳播至地表后,從地表反射回井下地震計的能量明顯減小。這是導致反卷積波場上入射波和地表反射波之間存在多個峰值,而且地表反射波的振幅相對弱于入射波甚至無法識別的原因。該結果為在新疆呼圖壁地區(qū)利用井下觀測進行地下結構及其變化的研究提供了方法參考。
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【學位授予單位】：中國地震局地球物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE972

【參考文獻】

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本文編號：2372339