【摘要】：呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)依托于枯竭的呼圖壁氣田建設(shè)而成,是中國(guó)繼大張坨儲(chǔ)氣庫(kù)之后投入建設(shè)使用的第二個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù),為我國(guó)目前容量最大的天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)。它通過夏季儲(chǔ)氣、冬季采氣實(shí)現(xiàn)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(jīng)濟(jì)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(guó)家能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備發(fā)揮重要作用。該儲(chǔ)氣庫(kù)地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣北天山山前坳陷帶內(nèi)的呼圖壁背斜上,其所在的天山北側(cè)活動(dòng)構(gòu)造帶是我國(guó)主要的地震活動(dòng)帶之一。研究該地區(qū)局部的淺層速度結(jié)構(gòu)和介質(zhì)變化特性對(duì)于保證該儲(chǔ)氣庫(kù)安全運(yùn)營(yíng),監(jiān)測(cè)區(qū)域地震活動(dòng)性,評(píng)估場(chǎng)地效應(yīng)等都具有重要的意義。前人對(duì)包括呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)在內(nèi)的天山造山帶至準(zhǔn)噶爾盆地轉(zhuǎn)換區(qū)域的深部地質(zhì)構(gòu)造特征已經(jīng)有了許多研究,但是在該地區(qū)淺層速度結(jié)構(gòu)和介質(zhì)變化等方面的研究幾乎是一片空白。地震背景噪聲互相關(guān)是一種新近發(fā)展起來(lái)的方法,主要是通過對(duì)兩個(gè)臺(tái)站記錄到的地震背景噪聲進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算來(lái)得到兩個(gè)臺(tái)站間的格林函數(shù),從而用于地下結(jié)構(gòu)成像或者介質(zhì)變化的研究中。近年來(lái),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(zhì)信息而逐漸引起關(guān)注。因此,本文將以從背景噪聲中提取的這種高頻面波信號(hào)作為工具,圍繞新疆呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)地區(qū)淺層結(jié)構(gòu)成像和介質(zhì)變化兩個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問題,開展了以下四個(gè)方面的研究工作:(1)新疆地區(qū)流動(dòng)地震觀測(cè)背景噪聲特征。利用目前通用的臺(tái)基噪聲分析方法,通過計(jì)算單條記錄的加速度功率譜密度并統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間段內(nèi)的功率譜概率密度函數(shù),研究了該地區(qū)的噪聲來(lái)源及其特征。結(jié)果表明,研究區(qū)域由于超厚沉積層和顯著人為活動(dòng)的影響,大部分臺(tái)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(tái)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(yuǎn)微震噪聲相對(duì)較低,而人為噪聲頻帶范圍較寬,強(qiáng)度較大,甚至超過高噪聲模型,有助于提取兩接收點(diǎn)之間的高頻面波格林函數(shù),從而獲取淺層的介質(zhì)信息,說明在該地區(qū)進(jìn)行高頻面波成像及淺層介質(zhì)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(guān)方法計(jì)算了不同臺(tái)站對(duì)之間的格林函數(shù),然后利用多重濾波方法獲取了對(duì)應(yīng)的瑞雷面波頻散曲線,給出了一個(gè)平均的剪切波速度模型,并反演了不同周期對(duì)應(yīng)的二維群速度分布圖像。平均剪切波速度模型對(duì)應(yīng)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(xiàn)一個(gè)明顯的低速層,可能與松散砂礫層有關(guān)。該淺層速度模型對(duì)于研究呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)的上覆地層特性,近地表場(chǎng)地效應(yīng)評(píng)估,去除淺層影響都具有重要的參考價(jià)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(hào)井北斷裂的北部并沒有路徑覆蓋,無(wú)法觀測(cè)到其兩側(cè)的速度差異。此外,在儲(chǔ)氣庫(kù)西南邊的臺(tái)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(duì)比不同深度的群速度分布圖像,除了隨深度有一個(gè)增加的趨勢(shì)之外,縱向差異性較小。(3)新疆呼圖壁地區(qū)地下介質(zhì)特性變化。利用背景噪聲互相關(guān)方法對(duì)呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)區(qū)域的地下波速變化進(jìn)行了初步分析,發(fā)現(xiàn)了可能與儲(chǔ)氣庫(kù)充放氣和地下水位變化有關(guān)的波速變化。但是由于本文所選用的時(shí)間長(zhǎng)度有限,只觀測(cè)到了一個(gè)季節(jié)性周期的變化,未來(lái)需要進(jìn)一步進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)來(lái)分析各種可能的影響因素。在該區(qū)域附近布設(shè)了氣槍信號(hào)發(fā)射臺(tái),氣槍震源具有高度可重復(fù)性,目前為止已經(jīng)積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),利用互相關(guān)檢測(cè)氣槍信號(hào)的直達(dá)波到時(shí),能夠監(jiān)測(cè)地下介質(zhì)的微弱波速變化。采用這種主動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng),與本文的被動(dòng)成像結(jié)果進(jìn)行比較,可以通過互相驗(yàn)證以精確分析地下介質(zhì)變化的時(shí)空分布特征。(4)垂直井孔臺(tái)站在近地表介質(zhì)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(cè)對(duì)噪聲水平的影響。發(fā)現(xiàn)該井下地震計(jì)在降低頻率大于1Hz的噪聲上有明顯的效果,尤其對(duì)于5 Hz附近的噪聲,可降低達(dá)40 dB之多;當(dāng)頻率大于10 Hz時(shí),隨著頻率增加,降低噪聲的水平逐漸降低。事實(shí)上,井下觀測(cè)除了具有壓制噪聲的作用外,也具有其它一些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。利用正則反卷積方法對(duì)距離臺(tái)站150 km內(nèi)的10個(gè)近震事件展開了分析,構(gòu)建了自375 m深度至地表之間的格林函數(shù),并從中識(shí)別出入射波及地表反射波,從而獲得了淺層的平均速度結(jié)構(gòu)。以其中一個(gè)地震事件為例計(jì)算得到的直達(dá)波和地表反射波的理論到時(shí)與反卷積結(jié)果獲取的實(shí)際到時(shí)差基本一致,說平均速度是可靠的。由鉆孔地質(zhì)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(jié)構(gòu)存在多個(gè)較大的波阻抗界面,當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ趶木谆總鞑ブ恋乇淼倪^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(jì)的能量明顯減小。這是導(dǎo)致反卷積波場(chǎng)上入射波和地表反射波之間存在多個(gè)峰值,而且地表反射波的振幅相對(duì)弱于入射波甚至無(wú)法識(shí)別的原因。該結(jié)果為在新疆呼圖壁地區(qū)利用井下觀測(cè)進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)及其變化的研究提供了方法參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局地球物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE972

【參考文獻(xiàn)】

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