地震反射特征（精选9篇）
地震反射特征 篇1
梨树断陷白垩纪沉积的营城组地层油气资源丰富;但目前该区域面积大,钻井少等特点制约了研究区的勘探部署。近些年,学者逐渐开始关注该地区的研究,陈岑(2013),李驰(2000)对梨树断陷现有保幅地震资料进行较为系统的分析,识别出该地区发育有多类地震反射异常体并证实其为不同沉积体[1,2]。但目前还没有学者系统的利用该地区地震资料指导其沉积相的划分。由于对不同的沉积介质或沉积环境所沉积的岩石产生的地震反射波内部结构及外部形态不同,即所对应的地震相亦不同,因此地震反射特征成为指导沉积相研究的一种手段,且在油田勘探领域为广泛应用[3—6]。特别在钻井资料稀少的区域,在高精度等时地层格架下利用地震相指导沉积相的研究十分必要。
本文将利用研究区高品质地震资料的反射波外部几何形态及其组合特征系统划分研究区目的层地震相,并通过井-震结合的手段建立地震相与沉积相之间的对应关系,在此基础上指导全区沉积相的划分。
1 区域地质背景
梨树断陷位于松辽盆地南部东南凸起区[7](图1),西部为桑树台大断裂所控制,东部为上超缓坡带,北部为斜坡带。该凹陷经历了断陷初期、强烈断陷期及断-坳转化期等较为明显的构造发展阶段[8,9],总体表现为中间低两端高、西断东超的构造特征[10]。白垩世营城组断陷继承性较强,断陷期的沉积范围不断扩大,早期受断层分割的箕状断陷逐渐联合发育形成复合式断陷[11],主要沉积有凹陷初期的火石岭组(K1h),强烈断陷期的沙河子组(K1sh),断裂高峰期的营城组(K1y)、断拗转换期的登娄库组(K1d)和拗陷期的泉头组(K2q)和嫩江组(K2n)地层[7,12,13]。
2 地震反射特征
2.1 地震相的识别
不同地震相类型其内部反射结构、振幅、频率、连续性和外部形态都不尽相同[14—17],因此根据利用上述特征可将相同或类似特征的地震反射归为同类地震相类型。
2.1.1 利用地震资料的外部形态识别地震相
通过对工区内地震剖面的仔细对比研究,根据其地震资料的外部形态从营城组上、下部共识别出6种主要的地震相类型,分别是:块状地震相、丘状地震相、透镜状地震相、充填地震相、席状地震相和杂乱地震相(表1)。具体特征如下。
(1)块状地震相。块状地震相外部几何形态为块状,与上、下反射层呈平行接触,总体厚度在平面上较为稳定分布,且厚度远大于其平面展布范围。内部呈平行、亚平行的地震反射同相轴构成。在梨树断陷中主要发育在其构造活动比较少的北部区域营城组上部地层。
(2)席状地震相。席状地震相外部几何形态为席状,内部由平行、亚平行的地震反射同相轴构成,与上、下发射层界面呈平行接触关系,厚度相对稳定且厚度小于其平面展布范围,反映该沉积区域内相对比较稳定、水体能量偏低的沉积相组合。在梨树断陷内主要发育在北部斜坡次洼,主要发育在营城组上部。
(3)充填地震相。充填地震相主要表现为由一组平坦、倾斜以及上凸的反射同相轴充填于明显下凹的沉积反射界面之上。与上、下沉积反射界面表现为斜交关系,沉积厚度不一。内部为各种充填结构,主要有平行充填,斜交充填,在梨树断陷中的古构造斜坡带、构造坡折带及近物源水系的陡坡带边缘均有规模不等的充填相发育。
(4)丘状地震相。丘状地震相分布在东次凹陡坡带或者断阶坡折带等构造部位,相单元外形为底平顶凸。地震反射波向沉积中心表现为连续性逐渐变好,振幅逐渐增强,频率相应增高,并可见不规则前积结构。一般分布研究区北部斜坡带中的沉积环境比较稳定的区域。
(5)透镜状地震相。透镜状地震相表现为一组亚平行反射轴组合中存在较强振幅、延伸较短的地震反射同相轴,该同相轴向两侧振幅减弱,直至尖灭。该地震相主要分布于湖盆中心部位,多处于近岸水下扇、三角洲和扇三角洲的前端,多与中振幅中连续的亚平行反射地震相间[15]。在研究区主要在凹陷中心区域较为发育,图2中SN137井附近发育有透镜状地震相。
(6)杂乱堆积地震相。杂乱堆积地震相的内部是一系列不连续、不整一的地震反射,缺少有序排列的波阻抗界面,同相轴产状紊乱,反射结构难以识别,振幅强度变化大。此反射结构代表沉积物杂乱无序的快速堆积过程,也可是初始连续地层遭受后期改造的结果。在梨树断陷主要发育在其构造活动比较频繁的边界断层附近。研究区南部次凹边界断层附近发育有杂乱堆积地震相,Line1288剖面经过的SN137井钻遇该地震相。
2.1.2 利用地震属性特征细分地震相类型
地震属性的变化反映沉积能量的变化。由于通过外部形态划分地震相会产生地震相与沉积相之间多解性,导致约束沉积相划分存在较多不确定性,因此根据地震波的连续性、振幅、频率等反射参数辅助地震相划分,可以减少指导沉积相划分时的多解性[16,17]。
经统计,梨树断陷的地震属性表现为表2中的特征,根据其连续性、振幅、频率等属性参数,将利用外部形态识别的6种地震相类型细分为9种,分别为:中强振幅、中高连续、中高频率块状地震相,中强振幅、中低连续、中低频率丘状地震相,中振幅、高连续、中频率席状地震相,中振幅、高连续、低频率席状地震相,弱振幅、低连续、低频率席状地震相,中低振幅、低连续、中低频率杂乱地震相,中高振幅、低连续、高频率充填地震相,中高振幅、中连续、中频率充填地震相。
2.2 地震相剖面特征
Line1288测线地震相类型较为丰富,经过SW30井、SN137和PK1井3口取心井,营城组下部以发育充填和丘状地震相为主,营城组上部则以发育块状或席状地震相为主,这与次洼受桑树台断裂和皮家断裂持续性活动及北部杨大城子凸起带上物源持续供给有关。根据上述地震相划分方法,Line1288测线营城组上部,研究区北部发育有中强振幅、中连续、中高频率块状地震相,受控洼断裂的影响,在凹陷类发育有小面积的中强振幅、中低连续、中低频率丘状地震相,研究区中、南部发育中弱振幅、中高连续、中低频率沉积环境相对比较安静的席状地震相,在研究区的南部受控洼断裂的影响,发育中强振幅、中高连续、中高频率块状地震相。在营城组下部,在洼陷形成初期,靠近边界断层附近发育中高振幅、低连续、高频率充填地震相,研究区中部发育中低振幅、低连续、中低频率丘状地震相,在研究区SN137井附近由于凹陷内次一级断层影响,盆地南部发育次一级洼陷,并沉积一套低振幅、低连续、中低频率丘状地震相和中低振幅、中低连续、中低频率丘状地震相(图2)。
3 沉积特征
3.1 取心井沉积特征
研究区SW30井为取心井,利用取心井岩心资料、粒度资料、水动力资料和测井曲线资料对该井进行单井相划分(图3)。该井2 060~2 069 m处的岩心上可以观察到一系列平行层理、交错层理及波状层理等层理类型,并且在砂岩粉砂岩中可见泥质条带,其沉积环境可以定为扇三角洲前缘亚相;在该井的1 829~1 836 m段,可以识别出大型的交错层理、斜层理,岩性为砾岩,其沉积环境可以定为扇三角洲沉积亚相。共观察研究区5口取心井岩心,结合测井曲线得知:营城组上部主要以扇三角洲前缘砂为主,前扇三角洲由黑色或灰黑色泥岩和灰白色细砂岩组成,自然电位曲线为低幅微齿平直形;扇三角洲前缘由灰白色粉砂岩夹黑色或灰黑色泥岩组成,为反粒序,自然电位曲线为齿状漏斗形箱形组合;扇三角洲平原由灰白色含砾细砂岩和灰色粉砂岩及氧化环境下形成的褐色泥岩组成,为正粒序,自然电位曲线为齿状钟形[18]。
SW30井营城组上部粒度概率曲线基本以一段式为主,缺少滚动和悬浮组分,以细纱质中砂岩为主,跳跃斜率较陡,表明分选程度中-好,为辫状河三角洲前缘水下分流河道间沉积;从C-M图上分析可知,数据点位于递变悬浮段P-Q-R、滚动与悬浮混合段PO和纯粹滚动搬运段NO,根据图上的散点分布情况来看,基本上与C=M基线平行,为重力流典型沉积特征。因此目的层段西南陡坡带发育扇三角洲沉积体系,北部斜坡带发育辫状河三角洲沉积系,垂向上地层叠加样式表现为由进积向加积演变。
根据其沉积时期的粒度概率曲线和C-M图特征,结合取心井资料,分析认为:营城组下部主要为扇三角洲相,局部发育为湖底扇相;营城组上部为辫状河三角洲相,其微相类型有:水下分流河道、河口坝、席状砂、浊积体、深湖-半深湖和滨浅湖等沉积微相类型。
营城组的沉积演化具有一定的继承性,营城组下部,北部扇体发育,并由于受断裂的影响,导致局部构造活动对砂体分散体系起到再分配和再沉积影响,使得物源划整为零,由初期的单一扇体转变为多个供水体系所控制的多个扇体群,发育扇根、扇中和扇端三种微相;由于扇体逐渐后撤,营城组上部发育一套辫状河三角洲体系沉积相,分别发育水下分流河道、席状砂、河口坝、浊积体以及深湖半深湖等沉积微相(图4)。
3.2 地震相转化为沉积相
通过对地震资料与钻井资料及测井曲线所指示的沉积相建立对应转化关系来指导缺乏数据地区沉积相的划分是地震相研究的主要目的之一。在地震相识别的基础上,充分利用研究区的钻井资料和测井曲线资料分析单井相,再通过井-震结合建立地震相与沉积相之间的对应关系。
营城组下部沉积期,受边界断层的快速拉张影响,控边断层根部沉积冲积扇相的一套无磨圆、分选差、砂质胶结粗粒碎屑岩,且并随着断层的持续性活动向洼陷内逐渐发育,形成纵向上的杂乱状地震相带;随着断层的持续扩张,洼陷范围逐渐扩大,至营城组上部沉积时断陷内主要形成辫状河三角洲沉积体系,发育水下分流河道微相、席状砂微相,相对应形成块状及席状相等地震相类型(图5、图6)。根据研究区5口取心井的沉积相特征与地震相类型建立营城组地震相与沉积相对应关系。中振幅、高连续、中频率地震相,中振幅对应砂质沉积,高连续对应其沉积环境比较稳定,常表现为水动力较弱,并没经历后期改造,中频率对应着沉积速率一般,在三角洲沉积体型中满足这些条件的沉积相即为席状砂微相;中低振幅、低连续、中低频率地震相,中低振幅对应砂质成份百分比为中等偏低,低连续对应其同一介质的连续程度较低,也可能是高连续沉积介质受后期构造影响,中低频率代表一种中等偏高的沉积速率。根据其地震相的振幅、连续性及频率与其所对应的沉积环境,建立地震相与沉积相之间的转化关系(表3)。
3.3 沉积相特征
松辽盆地西丁家地区营城组沉积继承了沙河子组沉积特征,营城组上部发育大面积的中振幅、高连续、低频率席状地震相,其次在研究区的边缘发育中强振幅、中高连续、中高频率席状地震相,在中强振幅、中高连续、中高频率块状地震相的附近发育中强振幅、中低连续、中低频率丘状地震相,在凹陷中间发育有中振幅、高连续、低频率席状地震相和弱振幅、高低连续、低频率席状地震相[图7(a)];根据上文所建立的该地区地震相与沉积相之间的转化关系,结合沉积模式在单井相的控制下,绘制了营城组的沉积相展布图[图7(b)],主要发育有水下分流河道、河口坝、席状砂、滨浅湖及深湖-半深湖相。
4 结论与认识
(1)综合利用地震资料的外部特征及属性特征将研究区目的层段细分为9种地震相类型,分别为中强振幅、中高连续、中高频率块状地震相,中强振幅、中低连续、中低频率丘状地震相,中振幅、高连续、中频率席状地震相,中振幅、高连续、低频率席状地震相,弱振幅、低连续、低频率席状地震相,中低振幅、低连续、中低频率杂乱地震相,中高振幅、低连续、高频率充填地震相,中高振幅、中连续、中频率充填地震相。
(2)通过研究区取心井沉积特征及地震相特征,建立了西丁家地区营城组地震相与沉积相之间的转化关系,在此基础上指导缺乏井资料的区域沉积相的划分。
(3)西丁家地区营城组上部发育有水下分流河道、河口坝、席状砂、滨浅湖及深湖-半深湖微相,下部主要为扇三角洲相,局部发育为湖底扇相。
图7西丁家地区营城组上部地震相平面展布特征(a)与沉积相平面展布特征(b)Fig.7 Cefoxitin home region city group of the upper phase plane distribution characteristics of earthquake(a)and plane distribution of sedimentary facies characteristics(b)
地震反射特征 篇2
对井间地震反射波的分析
井间地震反射波成像资料可以对井间地层和构造进行精细描述.对井间地震反射波的性质进行了讨论和分析.给出了反射波的基本性质,讨论了反射波系数与入射角的关系;分析了井间地震反射波的特点,反射波大都产生在检波器附近的.深度范围,离震源和检波器越远反射能量越弱;讨论了大角度反射现象和大角度反射能量强的原因;利用实际资料对井间反射波的性质进行了分析,提出依据地层速度结构和井间地震观测方式来确定资料中的反射是大角度反射还是广角反射;利用模拟记录对广角反射现象进行了分析,得出波阻抗差为正值时,在临界角处产生广角反射且反射波极性发生翻转的结论;探讨了井间地震反射波振幅与频率等属性随入射角改变而变化的一般规律;提出对于广角反射造成的振幅、频率、相位畸变,可以采用有限角度叠加方法予以消除.实际资料处理证明采用此方法改善了叠加效果,提高了井间地震反射成像资料的信噪比和分辨率.
作 者：何惺华 He Xinghua 作者单位：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院,山东东营,257022刊 名：石油物探 ISTIC PKU英文刊名：GEOPHYSICAL PROSPECTING FOR PETROLEUM年，卷(期)：200645(5)分类号：P631.4关键词：井间地震 反射波 广角反射 有限角度叠加 成像
煤矿井下反射地震勘探技术初探 篇3
煤矿井下地震勘探技术, 在实际应用过程中需依据地震弹性波传播理论的相关内容, 利用相关软件, 及时搜集重要的参考信息。煤矿井下地形构造非常复杂, 对于地震勘探技术的要求较高, 需要技术人员利用专业检测设备做好基本的岗位工作, 为煤矿井下安全事故的预防提供可靠保障。近些年来, 煤矿整体生产效率提高, 传统地震勘探技术已无法适应时代的发展要求, 必须依靠先进的技术及时获取重要的信息资源。
1 煤矿井下反射地震勘探技术整体的发展现状
常用的煤矿井下反射地震勘探技术有:井下瑞雷波勘探技术、AE技术 (声发射技术) 、井下槽波地震勘探技术。这三种技术在实际应用中都有各自独特的技术优势, 为煤矿企业井下安全生产提供了重要保障。
井下瑞雷波在实际应用过程中, 主要依靠的是它的频散特性。这种频散特性能对原始数据进行深入分析, 从而获得井下不同层地质结构的重要参数, 为地震勘探提供可靠的参考信息。稳定状态下的分析法及瞬间状态的分析法组成了瑞雷波的主要内容。一般情况下, 地质异常、较为特殊的岩层分析过程中, 主要采用的是瑞雷波勘探技术, 像岩溶、构造破碎带等。这种勘探技术的主要原理是:面对致密的弹性介质, 通过相关技术手段人为发送瑞雷波, 当这种波遇到致密弹性介质界面后, 将会呈现出衰减、老化的状态, 频谱相对比较分散。结合这些特性能快速绘制出不同层之间的时间拟合曲线, 为技术人员的分析工作提供了可靠的参考依据。
井下槽波地震勘探技术的发展历程较为曲折, 实际应用中的参考价值较大。有的学者将煤层看作地震能量释放的诱导层, 并提出了可采用地震检测法确定诱导层的具体位置, 对于槽波的频散关系也做出了一定的说明。20世纪改革开放初期, 利用微机运算的相关处理软件, 对于煤矿井下地震波的探测取得了良好效果, 客观地体现了这种勘探技术的先进性。但井下槽波地震勘探技术在实际应用中也有一些局限性, 主要在于频散特征较为明显的槽波数据难以收集, 信号质量有待提高[1]。
AE技术又称声发射技术, 主要的技术原理是与信号反射过程中的强弱程度有关, 能对存在异常的煤层提供可靠的参考信息。它主要说明了外力作用下煤矿井的某些区域会发生断裂、变形, 使得这些区域的弹性应力瞬间爆发出巨大能量, 引起大规模的地质结构变化。利用这种勘探技术的作用, 能对煤岩体内部结构进行科学分析, 从而得出了地震波产生的具体原因。20世纪70年代—80年代, 中国开始声发射技术的研究工作, 利用特殊软件的技术优势, 对于三维空间内煤岩体迅速塌落对于声波发射的影响作出了可靠分析, 加快了中国煤炭企业的发展速度。
2 煤矿井下反射地震勘探相关问题解决的关键技术措施
2.1 地震记录仪记录的数据存在一定的偏差
由于煤矿井下地形较为复杂, 客观地加大了地震勘探技术的难度。一些客观存在因素影响了地震记录仪对于地震勘探数据的有效记录, 造成了地震数据记录的能量差异较大, 技术人员依靠专业的设备无法准确判断出不同振幅间的强弱关系。为有效解决这类问题, 常用的技术措施是引入地表一致性的振幅校正法。这种方法具体的操作需要确定4个不同的测量点, 对地震记录仪数据可能出现偏差的区域及时记录相关数据, 确定出具体补偿系数的大小。这样的纠正方法能及时判断出原始数据出现错误的区域, 提高了勘探技术的使用效率。地表一致性的振幅校正法, 实际应用中对于相关问题的解决需通过假设的思路确定具体参数值大小, 及时纠正地震记录仪中出现偏差的数据。
2.2 雷管使用过程中存在着延迟问题
煤矿井下勘探工作开展过程中, 主要采用的矿用雷管导致了在一些数据使用中存在一定的误差。为得到可靠的地震勘探试验数据, 可采用瞬发雷管, 减少雷管爆炸过程中的时间延迟。瞬发雷管从通电到起爆时间一般维持在5 ms左右, 适用于大型露天煤矿。但一些技术人员采用矿用雷管获取井下地震勘探的相关数据, 使得不同炮点相互之间的地震数据延迟现象较为严重, 影响了数据的科学合理性。相关研究报告表明:选取零偏移作为点炮的试验参考基准, 首次点炮的时间延迟将会维持在126.7 ms, 再次点炮时间约为626.4 ms。不同炮之间的采集到的数据存在着不同程度延迟, 延迟时间约为852 ms。这也客观地说明了选用不同地震勘探技术的重要性。如图1所示, 根据A炮点延迟示意图, 可解决相关的时间延迟问题。
3 煤矿井下地震勘探技术的发展方向
结合目前煤矿井下地震勘探技术整体的发展现状, 能发现其中仍存在着一些较为突出的问题。这些问题主要表现在:
a) 实质性的研究工作较少。由于煤矿井下地形非常复杂, 地震波的形成机理也较为复杂, 加大了勘探技术难度。同时, 地震信息的获取必须建立可靠的参考模型, 也为相关研究工作开展带来了一定的困难;
b) 煤矿井下有用信号关键信息的采集较为困难。现阶段井下地震勘探过程中选用的检波器设备较为落后, 对于周围相关影响因素的抗干扰能力较弱, 无法为研究工作提供太多可靠的参考信息。因此, 需研发更多的专用软件, 提高煤矿井下数据勘探信息采集的工作效率。
为促进煤矿井下地震勘探技术更好地发展, 需要明确这种技术未来的发展方向。主要体现在:
a) 提高勘探深度较浅的地震信息传递效率。当煤矿井下的勘探深度维持在800 m左右时, 需将检波器安置在合适的位置处, 保证勘探数据的科学合理性;
b) 提高设备的抗干扰能力。这主要针对的是井下的地形特点所造成的不利影响。提高地震勘探设备的整体性能, 能有效提升勘探水平, 降低安全事故发生的几率, 增加了煤矿企业的生产效益;
c) 扩大三维空间勘探技术的应用范围。先进的煤矿井下勘探技术, 能对不同介质之间的相互作用做出合理分析, 丰富地震勘探的参考资料, 为相关研究工作着提供重要的参考思路, 加快煤矿企业的发展速度。这些不同方面的内容, 客观地说明了煤矿井下勘探技术未来的发展方向[2,3]。
4 结语
用煤量需求的增加, 加大了深层煤炭勘探技术的开采难度, 需依靠先进的地震勘探技术, 做好开采前的预防工作, 保证所有设备正常运行。因此, 必须结合这些客观存在的问题, 充分发挥地震勘探技术的相关作用, 提高煤矿井下的生产作业效率。信息化技术应用范围的扩大, 将会为煤炭进行勘探技术的研究提供更多有效的工作思路。
参考文献
[1]李淅龙.煤矿井下反射地震勘探技术初步研究与应用[D].西安:西安科技大学, 2010.
[2]胡国泽, 滕吉文, 皮娇龙, 等.井下槽波地震勘探——预防煤矿灾害的一种地球物理方法[J].地球物理学进展, 2013, 28 (1) :439-451.
地震反射特征 篇4
利用高阶多项式拟合的方法取代传统的`T2-X2法进行反射波走时曲线拟合得到分层地壳中的走时残差,对其应用基于广义反演理论的速度层析成像技术,重建研究区台阵下方的上地壳三维速度结构图像.数值模拟和长白山天池火山三维地震透射速度层析成像都显示了该方法的有效性.
作 者：田晓峰 张先康 杨卓欣 徐朝繁 TIAN Xiao-feng ZHANG Xian-kang YANG Zhuo-xin XU Zhao-fan 作者单位：田晓峰,TIAN Xiao-feng(中国科学技术大学地球与空间科学学院,合肥,230029;中国地震局地球物理勘探中心,郑州,450002)
张先康,杨卓欣,徐朝繁,ZHANG Xian-kang,YANG Zhuo-xin,XU Zhao-fan(中国地震局地球物理勘探中心,郑州,450002)
地震反射特征 篇5
1 地震反射波法超前探测技术原理
地震反射波法依据地震反射勘探技术的原理,主要通过地震波在指定的震源点激发,通常是在煤矿巷道中以炸药或锤击作为震源,地震波在煤岩中以球面波形式传播,当遇到地质异常界面时,地震波会发生反射,反射回来的信号由高精度的地震检波器接收。通过对反射信号的运动学和动力学特征分析,可以提取由不良地质体(断层、陷落柱等)构成的反射界面信息,从而达到超前探测的目的[3]。目前,井下地震反射波勘探常用的方法主要有小偏移距单点反射法、隧道地震波超前预报(TSP)方法等。
1.1 小偏移距单点反射法
地面反射波法地震勘探为了避免先于目的层反射波到达的直达纵横波、面波、声波和折射波等干扰,而选择足够大的偏移距。在浅层和极浅层探查时,偏移距略大,则可能形成宽角反射,并带来一系列难题。为解决这一问题,地质雷达、水声法等通常采用极小偏移距的发射、接收系统。考虑矿井掘进工作面现场条件的影响,通常将激发点和接收点布置在掘进巷道的迎头,激发震源为铜锤,单道检波器接收。数据采集采用多次锤击单道的接收方式,通过分析地震波信号的振幅、频率等信息,获取掘进工作面前方的地质异常情况[4]。图1为小偏移距单点反射法超前探测示意图。
1.2 隧道地震波超前预报法
隧道地震波超前预报系统(Tunnel Seismic Prediction,简称TSP),是由瑞士安伯格(Amberg)测量技术公司研制的一套先进的地质超前预报探测系统。TSP技术主要用于隧道超前地质预报,具有预报距离远、施工方便、数据处理解释简单等优点,在瑞士、德国、法国、美国、日本、韩国等发达国家的隧道施工中得到了广泛应用,尤其成为TBM法施工决策中不可或缺的工序。国内是从20世纪90年代开始引进这套技术,主要用于隧道施工,从应用的效果来看,在距掌子面100 m以内的预报结果比较可靠。近年来,由于TSP系统防爆仪器的成功开发,该项技术被逐步应用到煤矿井下。
矿井中应用TSP技术通常采用单道或两道、多炮激发的观测系统。根据煤矿井下巷道的特点,激发点和接收点通常布置在巷道的一侧。采用小药量炸药震源激发,高精度三分量地震检波器接收地震信号。三分量检波器记录了2个水平方向和1个垂直方向信息。多分量检波器接收的地震信号携带了更为丰富的信息量,更易识别小的地质异常构造的位置和影响范围。接收到的地震信号主要通过反射波提取、地震波速度分析及偏移成像,提取掘进工作面前方的反射界面的信息,超前预报异常地质构造[5]。矿井巷道地震反射波超前探测示意图见图2。
2 地震反射波法超前探测应用效果分析
阳煤集团五矿四采区地质构造复杂、断层较多,在巷道掘进过程中存在瓦斯突出危险,需要对巷道掘进过程中的安全可靠性作出评价和开展瓦斯突出防治的技术研究。因此,在巷道掘进过程中采用地震反射波法进行跟踪超前探测,为采掘工程提供地质预报,确保安全生产。
2.1 小偏移距单点反射法应用实例
探测工作在巷道有限空间的掌子面上进行。探测时由于受掌子面煤体松动或煤体自身松动的影响,往往不能形成好的地震波激发接收条件。为了获取有效的地震波数据,锤击激发时可加上锤击垫,以保证激发出有效的向煤体方向传播的地震波,检波器也应当尽量避开煤壁的松动区域,保证检波器与煤壁耦合良好。图3所示为煤巷掘进头探测成果,可以看到在15.5 ms处存在一反射界面,根据该区域以往探测经验取煤体地震波速为1 700 m/s,则反射界面位于掌子面前方13.2 m处,后经巷道掘进验证此异常为煤层中的小断层。
2.2 隧道地震波超前预报法应用实例
采用TSP方法进行超前地质预报,通常在巷道的一侧布置24炮激发单道三分量接收观测系统。炸药一般选用一级或二级岩石乳化炸药,灵敏电雷管触发。图4所示为典型的煤巷地震数据,分别为x、y、z 3个方向分量。
(a)x方向 (b)y方向 (c)z方向
原始数据经过滤波、初至拾取、炮能量均衡、Q评估以及波场分离(包括反射波提取、纵横波分离)、速度分析后,得到深度偏移剖面及提取的反射界面。煤巷地震波超前探测结果解释剖面如图5所示。掘进工作面前方共解释了5个岩性分界面,其中在前方110~120 m处的反射面经验证为一较大的断层构造,其余界面实为小断层及破碎带,基本上控制了掘进前方大的异常构造,提供了有效的超前地质预报信息。
3 结语
1) 小偏移距单点反射法施工较为灵活、施工周期短、激发简单,可重复多次,但受迎头现场条件影响较大,且探测距离相对较短(有效距离一般为50~70 m)。TSP法超前预报探测距离远(有效距离一般为150 m)、探测精度较高,但是前期辅助工作较长。实际应用中,可根据具体情况选用不同方法,也可进行联合探测,互相验证。
2) 在煤矿井下掘进头进行地震反射波超前探测,总体上具有距离目标探测体近、抗干扰能力强、探测结果直观可靠等特点。目前,地震反射波法已在我国煤矿井下超前探测中发挥着重要作用,为巷道安全掘进提供有效技术指导。随着对井下地质体地球物理特征的深入研究,井下高性能防爆设备的进一步开发,矿井地震反射波法超前探测技术将会迎来更广阔的应用前景。
参考文献
[1]程建远,李淅龙,张广忠,等.煤矿井下地震勘探技术应用现状与发展展望[J].勘探地球物理进展,2009,32(2):96-100.
[2]程建远.煤矿井下高分辨率地震探测技术[J].煤田地质与勘探,1997,25(5):14-16.
[3]刘盛东,吴军,张平松.地下工程震波技术与应用[J].中国煤田地质,2001,13(3):59-61.
[4]张松平,刘盛东,李培根.井巷煤岩体内构造特征反射波探测技术与应用[J].矿业安全与环保,2006,33(6):43-46.
地震反射特征 篇6
西石门铁矿矿区由于采矿历史较长,矿区长期遭受周围民采矿井的非法盗采。民采矿井掠夺式的无规划、无设计私采滥挖,遗留下了大量不明采空区。这些采空区形成之后,在有水源补给的情况下,长年累月逐渐汇集,使采空区大量积水,对矿山的安全生产形成了严重威胁。针对西石门铁矿深部开拓工程进行超前预报成为矿山后期生产稳定的关键。
地震反射波超前预报技术,利用地震反射波超前预报隧道、井巷掘进面前方不明地质体,其地球物理前提(条件)是介质的弹性差异和地震波(弹性波)的传播。隧道、井巷环境下,尤其是存在地质灾害时,介质的弹性存在差异(速度和密度差异),尤其是掘进面前方不良地质体的反射地震波传播提供了良好的物理条件和波场基础。由于实际地层并非一种理想的完全弹性介质,地震波在传播过程中部分能量被吸收、耗散,其明显特征是高频成分随距离的增加而衰减。引起地震波振幅变化的因素也较多,主要包括:波前球面扩散、大地吸收、透射损失、散射和震源——接收器的方向性等,地震波的这些传播特征为我们进行隧道、井巷地质超前探测带来了不利因素,使接收到的波场复杂化,这就为数据处理增加了难度。所以进行布置参数优化的研究,具有重要的现实意义。
1 TRT地震波超前预报系统
本次采用的TRT6000型隧道地质超前预报系统通过地震扫描成像技术,获得隧道前方的全息图,代表国际上隧道超前预报领域最领先的水平。经复杂介质传播的记录地震信号是由折射、反射、散射、弥散等多类波形所组成,扫描成像是常用的利用信号波形变化来估计介质性质变化的位置和范围的反演技术。
1.1 工作原理
TRT系统的原理在于当弹性波遇到声学阻抗差异(即岩石波阻抗,为岩石密度和纵波波速的乘积)界面时,一部分信号被反射回来,一部分信号透射进入前方介质。声学阻抗的变化通常发生在地质岩层界面或岩体内不连续界面。反射的地震信号被高灵敏地震信号传感器接收,通过分析,被用来了解隧道工作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水等),位置及规模。正常入射到边界的反射系数计算式如下:undefined
式(1)中,假设R:反射系数,ρ1、ρ2:岩层的密度,V1、V2:地震波在岩层中的传播速度。地震波从一种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时,反射系数是正的;反之,反射系数是负的。因此,当地震波从软性地质体传播到硬质地质体时,回波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂带时,回波的极性会反转。反射体的尺寸越大,声学阻抗差别越大,反射波就越明显,越容易被探测到。这是一种全新的勘察技术,将电子信号学中的电阻抗概念引入地震勘探中,采用反射物质阻抗探测地质体异常。
TRT6000层析扫描超前预报系统用地震波反射来获得地层地质状况三维图的概念。以每个震源和地震信号传感器组的位置为焦点,与所有可能产生回波的反射体可以确定一个椭球。足够多数量的震源和地震信号传感器组对会形成一个三维数组,每个界面/反射的地层位置可以由这些众多椭球的交汇区域所确定。实际上,反射边界每一点离散图像的计算包括由所有震源和地震信号传感器组所对应的三维岩体空间中选定的区块。离散图像中各点值是由空间叠加所有地震波形计算得来,每个波按比例地从震源经过三维岩体空间的区块到达地震信号传感器。在室内进行数据处理与解释,得到物探成果。TRT系统的传感器采集数据原理如图1所示。
1.2 工作布置
震源点与传感器点原则上按照以下布置方法分布传感器与震源点,最高与最低位置传感器的差值必须大于2.5m,这样才能有效的接收三维地震波数据。
震源与传感器点代号分布如图2所示。
2 主要布置参数
2.1 震源
在隧道地震勘探中,为了采集到所需要的地震波信息,可选用各种不同的震源。目前地震勘探中常见的震源有爆炸、锤击震源、气枪震源、电火花等震源形式,不论采用何种震源,均要求震源具有:
①震源激发的震源子波应该具有高度的一致性;
②震源应该具有一定的能量;
③震源所激发的频谱应该尽量宽。
对于不同的岩性,能量的衰减的也有所不同,在完整性良好的岩石中波速传播快能量衰减小,勘探深度较大,而在强风化岩石及沙土层中波速传播慢能量衰减大,勘探深度有限。
2.2 最小偏移距
最小偏移距(指的是检波点到最近震源的距离)的设计不同于地面地震勘探,即要接收到P波(纵波)也要接收到S波(横波)。因此,在纵波有效接收的基础上,要激发接收能量足够强的、具有一定分辨能力的转换横波,而转换横波的产生只有当P波为非法线入射时,且只有当入射角大于一定角度时,才有足够强的转换横波产生,这就是所谓的横波时窗。
偏移距是一个比较重要的参数,如果参数选择合适了,可以尽量减少引入其他干扰信号(如面波、声波、震源干扰等),如果参数选择太小,容易受到震源干扰,另外会使面波等一些干扰信号比较发育;如果参数选择太大,会削弱反射波能量,从而影响数据质量。使用中,需结合实际情况开展测试。
2.3 炮间距
选择炮间距应以在地震记录上能可靠地辨认同一有效波的相同相位为原则。能否可靠辨认同一相位,主要决定于地震相邻震源所产生的有效波到达检波器的时间差△t,所记录有效波的视周期及其它波对有效波的干扰程度。如果有效波在地层记录上的视周期为T,那末炮间距△x选择的基本原则应使时间△t小于视周期T的一半。这样便能可靠地辨认有效波的相同相位。反之,如果△t>T/2,则有可能造成相位对比错误,即有可能把不同的相位错认了。
考虑地震有效波视速度,通常把炮间距最大限度定为:
undefined
式(2)中,△xmax是最大炮间距,Va为波速度,T为视周期。
因此,在勘探中对炮间距的选择应该满足以上要求,抑制空间假频的出现,炮间距选择越小越好。
在实际勘探中,炮间距也是一个比较重要的参数,由于巷道的特殊环境限定,如果参数选择太小,会增大误差,遗漏一些信息;如果参数选择太大,除会影响接收能量外,还会产生空间假频,需要结合矿山开采、岩石性质等具体情况加以确定。在实际勘探中,炮距一般选择为1-2m。
3 布置参数优化
3.1 震源能量
TRT采用锤击震源,一般来讲,锤击震源能达到勘探深度100m左右,在围岩条件较好的情况下最大能达到200m,对于井下地质超前预报的距离是十分合适的。
如图3所示,分别采用8.16kg、5.44kg、4.54kg、2.72kg大锤激发震源,得到不同重量锤击震源的地震波振幅谱,8.16kg铁锤的激发能量在这4种重量的锤击震源中是最强的,但它激发的信号谱峰值和反射波窗口内的高低频能量的均一性却比其它3种锤的激发效果差,且高频成分也衰减较快。这是由于大锤重量过大后,一部分围岩被砸碎或变形,锤击能量被岩石吸收造成的。当减小大锤重量时,激发能量随之降低,而地震信号的频率则向高频端移动。
因此,选取5.44kg大锤敲击完整岩壁激发震源。
3.2 固定震源的最小偏移距(南区23冶)
南区23冶工程位置图如图4所示,TRT测试共做两次,震源点不变,检波器点位置分别距离震源(最小偏移距)10m和20m,对比探测结果,具体见图5-图8。
主要异常区域为掌子面前方30m(图中每一方格间距为10m),主要为破碎带或节理裂隙带。
检波器离震源越远,反射信号越小。在检波器距离震源较远的情况下,前方地质体反射波显现较为杂乱、无序,负反射信号更为明显。
3.3固定检波器的最小偏移距(南区0平8#穿9#探矿巷)
南区0m水平8#穿9#探矿巷前方有已经揭露的民采空区巷道,具体工程位置图见图9,共做两次,检波器点位置不变,震源点分别距离检波器点(最小偏移距)10m和20m,样测结果见图10-图13。
异常区域掌子面前方30m,其中掌子面前方48m,中心线右方低阻抗明显。可能为破碎带或节理裂隙带,掌子面前方50m,中心线右方低阻抗明显,可能含水量较大,与实际存在的大范围民采空区较为符合。
震源点距离检波器较远,距离掌子面较近,可以很好的滤除直达波和其它杂波信号干扰,对于探测软弱带、空区等负反射信号体具有较好的效果。
3.4固定检波器的炮间距(南区0平28线探矿巷)
南区0平28线工程位置图见图14,探矿巷共做两次,钻探揭露前方30m处存在空区,具体形态未知。试验测试时检波器点位置不变,震源点分别距离检波器点(最小偏移距)11m和17m,炮间距(震源排距)分别为2m和0.5m,见图15-图18。
从图中可以得出两次结果都是异常区域为掌子面前方30m处右上方,与钻探采空区位置基本对应,但是炮间距为2m的数据质量更好,显示效果更好。
4 结论
本文通过TRT6000对西石门铁矿开拓区域进行地质超前预报,并总结了在西石门开展地质超前预报的经验和规律,提出了检波器和震源布置优化方法和减小误差方法,主要为:
(1)不同布置方式探测的异常区域定位基本一致,但分辨率和成像效果有一定差异,直接影响异常解释效果。
(2)震源宜选择5-6kg大锤夯击坚实、完整的岩壁。
(3)震源应尽可能接近掌子面,前方有较长留空巷道时,岩层反射波会在巷道周围发生绕射,影响探测结果。
(4)最小偏移距在15.0-20.0m之间为宜。震源点距离传感器近,由于直达波能量较大,反射信号强,对低阻抗信号有压制作用,保持一定间距后,低阻抗效果明显。由于探测采空区、软弱带等不良地质构造,更多关注低阻抗异常,因此,震源与检波器保持15-20m之间。
(5)炮间距在2m左右,数据质量更高。
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地震反射特征 篇7
本文将以某天然气工程预选址的候选厂区例, 详细阐述该方法在工程选址中的实际应用。
1 浅层反射波法原理
浅层地震反射波法是利用地震波在弹性介质传播的理论, 通过人工在地面激发地震波向地下深处传播, 遇弹性或密度不同的介质分界面, 就会产生波的反射;用检波器接收反射波信号并由电缆线传输到浅层地震仪。然后进行时频特征和振幅特征分析, 便能了解到地下地质体的特征信息, 从而达到工程地质勘察的目的。
2 工区地质概况及地球物理特性
2.1 地质概况
工区内第四系覆盖层广泛分布 (主要为杂填土、种植土、淤泥、粉质粘土、粘土、砾质粘性土等, 按成因可分为人工填土层、海陆交互相沉积层、冲洪积层和坡残积层等四种) , 基岩为白垩系下统 (K1b) 泥岩、砂层 (以泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩为主, 局部为含砾粉砂岩, 岩质较软, 根据其风化程度可分为全风化、强风化、弱风化、微风化四个岩带) 和二叠系 (P) 混合岩、花岗片麻岩 (岩质坚硬, 根据其风化程度可分为全风化、强风化、弱风化、微风化四个岩带) 等。
2.2 地球物理特征
对纵波反射而言有:填筑土——淤泥、强风化岩——中风化岩之间、中风化岩——微风化岩之间三个界面。对横波反射而言有:填筑土——淤泥、全风化岩——强风化岩之间、强风化岩——中风化岩之间三个界面。可以看出本区开展浅层地震勘探工作具有较好的地球物理前提, 区内存在明显波阻抗差异的地层界面 (强反射界面) 。
3 野外工作方法评述
本次仪器采用美国Geometrics公司的StratView R24浅层地震仪, 重庆地质仪器厂的CDJ-Z100型纵波检波器和SN4D-28HZ型横波检波器。
野外数据采集时, 需对各种干扰予以识别和压制、获得分辨率和信噪比合格的记录是浅层地震反射法成功的关键。数据采集质量的好坏将直接关系到勘探成果的精度, 而数据采集又取决于野外观测系统和仪器参数的准确选择。经过工区典型性试验, 对干扰波 (面波、声波及其他不规则波) 进行了频率和速度分析后, 设计工作参数为:
(1) 纵波反射法:采样间隔:0.25ms;记录长度:1024ms;滤波通带:70Hz~500Hz;本次采用6次覆盖观测系统、落锤震源激发、锤击开关触发。观测系统如图1所示, 具体为炮间距4m、道间距2m、24道单边接收的6次覆盖观测系统。偏移距根据试验成果, 在20m~30m之间选择。
(2) 横波反射法:采样间隔:1.0ms;记录长度:2048ms;滤波通带:0Hz~250Hz;
采用6次覆盖观测系统、锤击震源激发、锤击开关触发。观测系统如图2所示, 具体为炮间距2m、道间距1m、24道双边接收的6次覆盖观测系统。偏移距根据试验成果选择为6m。
4 数据处理
纵波反射的处理流程为:解编→预处理→折射静样正→叠前滤波→道间平衡→抽CDP道集→速度分析→动校正→自动剩余静校→叠加→叠后滤波→修饰处理→AGC→剖面打印→初步解释→时间剖面输出。
叠前滤波为频率带滤波, 滤波的截止由原始记录中的频谱分析结果决定, 滤波通带一般在70Hz~150Hz之间。
频率滤波可有效地压制随机干扰和部分规则干扰 (声波、面波) 。频率滤波后面波和声波成分明显减少, 有效反射波组得以突出加强、层次更清楚。
动校正的速度来自速度扫描分析, 从扫描输出的时间剖面中根据叠加能量最强的原则拾取叠加速度, 本区的叠加速度在 (1250~1350) m/s之间。
自动剩余静校正采用地表一致性静校, 最大静校量小于半波长。做好剩余静校正工作是资料处理中的关键环节, 需要与速度分析一起进行多次迭代计算, 用来消除野外静校正后的剩余随机时差。我们较好的解决了这一问题。应用剩余静校正后的资料效果明显改善, 剖面同相轴连续性得到改进, 信噪比明显提高。
叠后滤波主要滤除动校时拉伸畸变的波组, 一般为低切滤波, 截止频率与叠前一致或者稍低。
AGC以时变的方式分时窗来显示振幅, 能突出最强能量反射波组以下波组情况。一般分16~32个时窗来显示。
横波反射的处理流程为:解编→预处理→球面扩散补偿→叠前滤波→道间平衡→抽CDP道集→速度分析→动校正→自动剩余静校→叠加→叠后滤波→修饰处理→AGC→剖面打印→初步解释→时间剖面输出。
叠前滤波为频率带滤波, 滤波的截止由原始记录中的频谱分析结果决定, 滤波通带一般在10Hz至50Hz之间。
球面扩散补偿校正球面扩散影响。从炮点出发的地震波经过大地的滤波作用等, 使得地震波随着传播距离增加, 能量有所下降, 频率有所降低。球面扩散补偿正是解决这一问题的有效途径。经球面扩散补偿校正后, 深层反射波能量有所加强, 层次更加清楚。
动校正的速度来自速度扫描分析, 从扫描输出的时间剖面中根据叠加能量最强的原则拾取叠加速度, 本区的叠加速度在 (135~145) m/s之间。
自动剩余静校正采用地表一致性静校, 最大静校量小于半波长。
叠后滤波主要滤除动样时拉伸畸变的波组, 一般为低切滤波, 截止频率与叠前一致或者稍低。
AGC以时变的方式分时窗来显示振幅, 能突出最强能量反射波组以下波组情况。一般分16~32个时窗来显示。
在资料处理过程中, 速度分析与静校正对处理结果影响较大。为了通过CDP迭加提高信噪比, 反射波相位不允许有大的偏差, 尤其是静校正, 因原来相位差较大, 更需准确地确定校正量, 以提高分析精度。速度分析工作是资料处理重要的一环, 地震波速度的纵向的分布以及它的准确性, 决定了浅层地震勘探的质量和精度。进行常速扫描是选取叠加速度是一种比较直观方法, 依据动校正结果结合所掌握的地质资料初步选取叠加速度, 并以此进行动校和叠加处理。
5 资料解释
野外采集的地震资料, 经过上述的数字处理之后, 得到的主要成果资料是经过水平叠加 (或偏移叠加) 的时间剖面。
图3为某测线纵波的地震反射时间剖面。在异常点处, 基岩中等风化顶面的反射波组 (T1, 用绿色背景表示) 出现连续性突变, 反射同相轴错断的现象。T1波组以上的反射同相轴, 能量较弱, 但连续性尚好。
为验证此断点的位置、规模及活动性, 在该区段做了横波反射波法地震勘探, 从图4中可见, T01、T02两个地层波组可连续追踪, T0反射波组同相轴无明显错断。推断异常点为规模较小、倾角较陡、断距较小的断层, 但并未错断第四系覆盖层, 初步判断为非活动性断层。
钻探资料揭露, 于孔深29.4m见强风化花岗片麻岩, 于孔深47.0m见中风化花岗片麻岩。其中中风化层和微风化层中节理面上均见擦痕。
6 结语
本次使用浅层地震反射波法勘探, 比较准确地查明了候选厂址区内第四纪覆盖层厚度、强风化层厚度以及是否存在隐伏断层、不良工程地质等现象, 为工程设计和可行性研究提供了有用的资料。实践表明, 对于浅层地质构造和基岩面的勘探浅层地震反射波法是一种准确、高效、经济的工程物探方法, 但由于纵波反射法对薄层的分辨能力有限, 横波测线较短。对于规模较小的断层, 特别是断距较小的断层, 纵波反射法可能遗漏。如何提高勘探精度和保证成果可靠性是一个重要课题。在实际工作中, 还需要通过有效性试验来合理选择工作技术参数、采用高频波和缩短反射波长以提高纵向分辨率、加大测线密度以提高横向分辨率以及合理有效地进行预处理与速度分析、计算。
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地震反射特征 篇8
我国幅员辽阔,地形起伏较大,整体上呈西高东低之势。西南地区由于长期受板块挤压的影响,地质运动比较活跃,常伴有各种地质灾害的发生,严重的地质灾害经常导致较大的人身财产的损失。因此,地质灾害调查与评价成为了预防灾害、减小损失的重要手段。
青川县地处四川盆地北部边缘,白龙江下游,川、甘、陕三省结合部,位于东经104°36'-105°38',北纬32°12'-32°56',处于中国中西部交接地带上,龙门山后山大断裂汶川-茂县-平武-青川一线。自5.12汶川地震后,青川地区地质活动异常活跃,加之其地质条件复杂,地形地貌起伏较大,导致该地区地质灾害频发,已经严重威胁到当地民众的人身财产安全。
由于钻探一孔之见的局限性以及高昂的勘探成本,使得通过钻探的方法来勘探地质灾害类型以及发育程度是不合理也不够科学的,地震反射波法由于具有分层能力强、勘测场地小、不受地层速度倒转限制和所需震源能量小等特点,在地质灾害勘探中发挥了重要的作用。
1 浅层地震反射波法基本原理
地震勘探是利用地下介质弹性和密度(波阻抗)的差异,通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律,推断地下岩层的性质和形态的一种地球物理勘探方法。在浅层的地质灾害勘探中,多采用具有高频率、高分辨率的浅层地震反射波法。
作为地震勘探的一个分支,浅层地震反射波法同样是以地层波阻抗的差异为勘探的前提,通过人工或者微型炸药产生瞬间的脉冲,脉冲在地下地层中的传播,遇到弹性分界面时就会发生反射,携带了地层信息的地震反射波通过地面的检波器进行接收采集。根据式(1)可知,地震反射波的时距曲线为双曲线,根据地层倾斜方向和角度不同,时距曲线的形态也不一样。通过对该曲线特征分析和研究,可得到地下介质的变化情况,达到勘探的目的。
时距曲线方程为:
式中:t为波旅行时间(s),x为激发点到接收点的距离(m),v为介质的波速(m/s),h为深度(m),φ为倾角(°)。
2 现场工作方法
2.1 工区地震地质条件
任务的目的是对指定的监测点进行浅层地震勘探,提供监测点处深度超过50米解释的地震剖面。在已有的地质资料中,可知该地区的主要岩性为灰岩、变质的千枚板岩以及浅层的第四系覆盖层,各种岩性之间存在明显的速度差异,这给运用浅层地震勘探提供了地质基础。此外,由于该地区的覆盖层厚度较小(0~15m),避免了地震波在覆盖层内较大的能量损失。因此,在有效的勘探范围内,通过浅层地震反射波法能够了解地下各层的走向以及地质灾害的发育情况。表1提供了工区内各岩石的波速范围。
2.2 仪器及参数设置
数据采集使用劳雷公司的乔美特利地震仪,其主要技术指标为:分布式观测系统,PC控制,适合二维和三维观测。二维观测时由PC机控制接收道,具有高分辨率。抗干扰能力强,能适应大部分工作环境等特征。
根据勘探目的以及对勘探精度的要求,结合勘探的实地情况,本次浅层地震勘探选择了六次覆盖观测系统,采用单边激发、垂直叠加、24道接收的方式进行数据的采集;为满足覆盖次数的要求,结合各测点的实际地形条件,数据采集采用的道间距为1米,偏移距为4米。
2.3 检波器一致性
为保证仪器的正常工作和检波器的一致性,在试验工作之前对检波器进行了一致性的检查,检查结果如图1。
由图1可见,除去初始的噪音干扰,前三组同相轴波形稳定、相位连续、能量较为均衡、时间无延迟且各道间的相位差不超过3ms,表明仪器的道一致性良好且稳定,达到工作要求。
2.4 干扰波调查
进行正式的工作之前,在工区选择合适的地段开展了拓展排列试验以进行干扰波的调查。典型的拓展排列记录如图2所示。
从拓展排列试验记录可以看出,场地内干扰波主要为面波和高频随机干扰,通过拓展排列记录的分析,确定了干扰波和有效波的接收范围,以对后期的正式施工提供指导。
3 室内数据处理
对采集到的数据进行处理,重点是消除和压制干扰,提高信噪比和分辨率。在室内资料处理过程中,采用了国际著名的加拿大SIS(Seismic Image Software Ltd.)公司的VISTA地震数据处理软件系统进行处理。
处理的思路是在初步处理的基础上,对初步处理的中间结果进行分析,选择和调试各种处理参数,经多次试验后确定该场地的处理流程和相应的处理参数。
野外采集的原始记录质量较好,干扰波主要为面波和声波以及随机干扰。通过对该观测点的全部记录作频谱分析,客观地反映了浅层地震记录的频率分布范围。在对各记录频谱进行分析的过程中,分别选取了不同频率范围的滤波器进行了数字滤波,经多次试验和对比,在一定程度上压制了声波和高频随机干扰波,并用FK二维扇形滤波和相干加强的方式,对面波和其他干扰波进行了压制。在叠后的时间剖面上做了中值滤波和FK信噪分离,提高了最终输出的反射水平叠加时间剖面的信噪比。数据处理的具体处理流程如图3所示。
4 物探成果及分析
通过采用浅层地震反射波法、速度谱分析和速度扫描得到各层的平均速度和层速度,根据平均速度和层速度,对比分析时间剖面的反射波组,确定反射层的构造形态,获得了各测线的水平叠加时间剖面,见图4~图5。
由图4和图5可见,浅层地震剖面的波场层次清晰,分辨率较高。通过层位追踪以及同相轴对比可以看出,在10ms到150ms之间存在明显的反射波组,各波组之间同相轴连续性较好。结合现场观测的地质情况分析,地震剖面基本反映了50米左右深度内的地质情况。
由L1线水平叠加时间剖面可知,该处地下结构可分为4层,测点第一层纵波速度Vp1为724m/s,底部埋深约为5米。第二层纵波速度Vp2为1312m/s,底部埋深约为15米。第三层纵波速度Vp3为2425m/s,底部埋深在25米至30米。第四层纵波速度Vp4为2885m/s,底部埋深约为40米,第四层以下纵波速度Vp5为3673m/s。横向上,5~15米处同相轴出现断裂或能量变弱等现象,推断该处为破碎带,破碎带呈上窄下宽形状。
由L2线水平叠加时间剖面可知,该处地下结构可分为3层,测点第一层纵波速度Vp1为751m/s,底部埋深为20米至25米。第二层纵波速度Vp2为1521m/s,底部埋深为37米至42米。第三层纵波速度Vp3为2509m/s,底部埋深在55米至65米,第三层以下纵波速度Vp4为3319m/s。横向上,在8到17米存在破碎带或者岩性分界面,发育范围较大,向下延伸且深度大于50米。
由于破碎带或者其他灾害体的影响,地震反射波同相轴往往出现不连续,能量突然变弱亦或是杂乱等情况。
5 结论及建议
通过对青川地区采用浅层地震反射波法进行地质灾害调查,基本查清了监测点范围内地质灾害的发育及分布情况,得出以下几点结论:
(1)对青川地区采用高分辨率浅层地震反射波法进行勘探,所采用的观测系统以及后期的参数选取是完全正确的,取得了较好的效果。
(2)测区内纵向上速度分层较为明显。
(3)浅层地震剖面较好的显示了地下反射层信息,包括埋深以及走向等。
(4)物探成果认为,在观测的重点区域内,在勘探深度范围内存在断裂或破碎带等不良地质体。
物探是一种间接测试手段,本次工程物探工作是按照纵波速度划分的岩性地层。结合此次野外工作,提出以下建议:
(1)在对地震资料的解释过程中,应该结合更多的工区地质资料,以便提高解释的精度。
(2)用多种物探手段(电法、电磁法)对重点监测区域进行勘探,采集多种物探数据,从多方面不同属性了解该地区的地下结构。
参考文献
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地震反射特征 篇9
工程物探作为一种地质勘探手段, 广泛地应用于地质、铁路、水电及建筑等行业, 发挥的作用越来越大。浅层地震是工程地质勘察中的一种重要手段, 其特有的高分辨率特性有利于确定地层界面、基岩起伏变化的形态。勘探成果的优劣取决于野外采集数据的质量、震源、检波器、观测系统、资料的解释、处理等。本文主要介绍浅层地震反射波法在某过江通道勘察中的地质效果。
1 浅层地震反射勘探技术原理
浅层地震反射波勘探是利用介质的弹性差异探测地下目标物的一种物探方法。反射波法是在离震源较近的若干观测点上, 测定地震波从震源到不同弹性的地层界面上反射后回到地面的旅行时间, 测线不同位置上的法线反射时间的变化反映了地下地层的构造形态, 从而达到划分地质层位或断层、采空区和岩溶等地质情况。
2 应用实例
2.1 地质概况及地球物理特征
本区位于长江下游冲积平原。区内长江由西往东因南岸圈山向北延伸阻挡形成反S形拐曲, 并冲积形成广阔的扬中沙洲, 它分长江为东、西两汊, 总体上都呈北西向展布。西汊为夹江, 岸线蜿蜒曲折, 江面狭窄, 宽0.35-1km;东汊为主江, 岸线较平直, 由上游到下游江面由束窄逐渐展宽。本次3个桥位基本上位于河道平直段, 江面宽2-2.75km, 最大水深34m, 水下地形起伏不大, 呈不对称V形, 边坡西陡东缓, 东岸芦苇滩地比西岸大, 该段冲淤大致平衡, 岸线相对稳定。主江两岸为开阔的低漫滩地, 地势平坦, 水网发育, 地表以第四系全新统亚粘土为主, 江底则以亚砂土、粉细砂为主, 标高多在2.4-2.7m。
通道区为松散沉积物覆盖, 它由第四系和第三系构成, 钻孔资料揭示基岩地层为白垩系浦口组, 其间为不整合接触。区域上, 基岩地层仅出露于长江南岸埤城、孟河一带低山, 其它多为钻孔揭示, 且残缺不全, 主要基岩地层有中—下元古界、震旦系和侏罗系上统。本区大地构造单元隶属于扬子准地台下扬子褶断带与苏北坳陷接触部位, 区内主要断裂有大路一界牌断裂、埤城—后朱巷断裂等。
地质资料表明区内地层主要有第四系、上第三系亚粘土、粉细砂、含砾中粗砂、圆砾及上白垩统泥岩、粉砂岩及外围上侏罗统流纹质火山碎屑岩、安山质火山角砾岩、震旦系千枚岩、千枚状泥质粉砂岩及中—下元古界埤城群斜长变粒岩、片岩, 其物性资料归纳于表一。其波速资料表明主要层位波速差异较大, 存在波阻抗差异面, 即存在的地层界面ρ1v1≠ρ2v2 (ρ为密度) , 而岩溶洞穴的波速远比围岩小得多, 因此开展水域地震反射波勘探具备了良好的地球物理前提。
2.2 测线布置和技术方法
本次物探勘察完成了三个通道位的3条浅层地震测线, 有效长度9.6785km (其中水域6.6260km, 陆域3.0525km) 。本文就过江通道测线Ⅰ进行分析, 测线端点坐标及长度见表二。
本次水域浅层地震施工时定位采用双频GPS (Leica 530) 全球卫星定位系统, 定位观测与物探观测同步进行。陆域施工采用GPS确定测线端点位置, 在测线内利用测绳量距确定点位。地震野外数据采集系统工作流程如图一所示。
2.3 资料处理
水域地震反射波方法资料的处理分为采集记录的回放与存储, 资料的数据处理。水域地震反射波方法数据处理和成图解释流程如下:
(1) 地震记录整理。根据实测航迹图进行有效炮文件 (记录) 抽选, 保证叠加次数, 重新构成新的文件序列, 同时对有效炮文件中的空道、不正常道进行剔选, 然后将有效炮文件依次输入计算机。
(2) 速度分析。水上地震勘察中的主要干扰波是水底多次反射波和交混回响效应。为了正确地对有效波 (包括水底第四系主要层位和基岩面的反射波) 进行有效叠加处理, 需要有一定的速度资料。因此在对地震资料进行常规处理的同时, 要着重进行速度分析。
(3) 常规处理。根据单炮记录特征及勘探目的层的要求, 合理选取地震资料处理流程, 一般为数字滤波、速度扫描、动校正的叠加处理等, 形成初步反射地震时间剖面图。
(4) 后期处理。在常规处理基础上, 后期在工作站上进行真振幅恢复、多道反褶积、FK滤波等特殊处理, 以及动平衡、剖面滤波, 归一化等修饰处理, 以期达到突出有效波、压制干扰波之目的, 形成最终反射地震时间剖面图。
根据各测线地震时间剖面图, 认真进行有效波的相位对比和同相轴追踪。首先控制标准层位 (如水底反射和基岩面反射) 的连续追踪, 以后对第四系层位进行对比分析, 力求连续、准确。在以上相位分析的基础上, 结合钻孔资料选定1450-1700m/s递增的覆盖层平均速度进行时─深换算, 构制成各测线的地层分布剖面图 (即解释剖面图) , 成图比例尺横向1:2000 (插图为1:5000) , 纵向1:1000。
2.4 物探资料解释及地质成果
地震资料的地质解释就是拾取反射层, 识别地质结构层反射波组的特征, 并结合钻孔的揭露情况, 对地层的分布状态和地质构造有全面的了解。它的主要判断依据是反射组的同相性、反射波型的相似性、反射波组的形态特征、地下不同地层介质的波阻及几何分布形态。图二和图三是某测线的时间剖面图。从剖面图可以看出, 本通道存在四组有效反射波组 (见图二、图三) , 相应覆盖层可划为四层, 结合钻孔资料, 覆盖层自上而下可分为粉细砂夹亚粘土, 含砾粗砂夹中细砂、圆砾夹砂及夹砾砂亚粘土。地震成果显示基岩面反射波组 (T4) 于水域范围出现在250ms附近 (图二) , 仅有微小波动, 起伏不大, 而东侧陆域有向东上倾的现象 (图三) , 经时深换算后, 基岩面标高普遍大于200m。全通道基岩面表现平坦, 在10m以内作微小波动, 而测线东侧的陆域略有抬升趋势, 基岩面标高为-192m~-210m。基岩岩性推测为白垩系上统浦口组 (K2P) 泥岩、砂砾岩。
分析本通道的地震时间剖面图发现, 全通道未发现地震反射波信号错动、中断或能量减弱等异常现象, 因此认为本通道没断裂通过。
2.5 解释成果验证
根据本次浅层地震勘察结果, 结合地质、区域重磁场特征等对过江通道 (Ⅰ) 的地形地貌、覆盖层特征、基岩埋深、断裂构造及不良地质条件等诸方面工程地质情况进行了综合对比, 结果列表 (见表三) 。钻探工程揭露表明, 实际的地质情况与物探推断的结论基本相符, 说明了物探工作在岩溶地区是有独特的效果, 成果资料具有较高的可信度。
3 结束语
通过对过江通道 (Ⅰ) 地质现象探查的实践表明, 地震反射波法具有勘探分辨率高、勘探效果好的优点, 比较准确地查明了工区第四纪覆盖层厚度、强风化层厚度以及是否存在隐伏断层、不良工程地质现象, 为工程设计提供了有用的资料。
摘要：浅层地震是工程地质勘察中的一种重要手段, 其特有的高分辨率特性有利于确定地层界面、基岩起伏变化的形态。针对不同的地质情况, 采用相应的野外观测方法, 经过资料的解释、处理得到较好的效果。本文主要介绍浅层地震反射波法在某过江通道勘察中的地质效果。
关键词：地震反射波,数据采集,过江通道,时间剖面
参考文献
[1]熊章强, 方根显.浅层地震勘探[M].北京:地震出版社, 2002.