浅层地震反射法（共5篇）
浅层地震反射法 篇1
1 概述
浅层地震勘探方法在解决工程地质、环境地质和水文地质方面发挥了越来越重要的作用, 该方法不需要复杂的理论计算, 以其地质结构反映直观, 资料成果可信度高而备受人们所重视。而高密度电阻率法做为直流电法的一种, 实际上是一种阵列勘探方法, 与常规电法相比, 高密度电阻率法在野外信息采集过程中可组合使用多种装置, 由于其采集信息量大, 速度快, 观测精度高, 资料成果简单明了, 异常反应明显, 工作效率高等特点而备受专业人员的青睐。近年来在鞍山市城区岩土工程勘察过程中, 由于受外界干扰条件限制, 单一方法成果的真实性难以判断, 通过采用以高分辨率浅层地震反射波法为主, 并辅以高密度电阻率法对岩溶进行勘查, 取得了理想的地质效果。实践中, 通过浅层地震反射波法和高密度电阻率法勘查效果比较分析, 对这两种物探方法在鞍山地区岩溶勘查效果有了一定的认识。
2 二种方法的原理
2.1 浅层地震反射波法
采用人工激发震源, 使震源附近质点产生震动, 形成的地震波在地下介质中传播, 当遇到两种不同弹性介质界面时, 便产生反射, 利用反射波的强度、频谱、相位、波长和反射波的传播时间和空间的关系来解决相关地质问题。
2.2 高密度电阻率法
高密度电阻率法的基本原理与传统的电阻率法基本相同, 以研究地下各种介质电性差异为基础的, 在人工电场的作用下, 使用阵列的探测方法, 采用多种装置的三电位电极系, 集测深法和剖面法为一体的综合观测系统。可以一次性采集大量数据, 经过处理, 可将地电断面呈像出来, 通过分析某一地段视电阻率的纵、横向变化的规律, 来发现地下目标体, 解决地质问题。
3 应用实例
3.1 施工区地质概况
鞍山市某建筑场地基岩为下古生界寒武系灰岩, 基岩埋深在45m左右;汤岗子断裂、大阳气断裂和二台子断裂在该场地的附近通过, 该区为构造破碎带和岩溶较为发育地段。
3.2 物探工作前提
利用物探方法勘查断裂构造、溶洞等地质现象是借助于勘查目标体与其周围介质的物性差异进行的。不同的物探方法所借助的物性差异也是不同的。
当地下存在构造或溶洞时, 其反射波的强度、相位、频率、传播速度均发生变化。根据反射波的变化情况, 可判断出地下地质结构情况。该区理论上具备反射波法工作的物理前提。
地下土洞、岩溶及断裂构造带由于充填物 (主要为地下水) 与周围介质相比, 其电阻率要明显低于其周围介质。根据地下一定深度范围内视电阻率纵横方向变化情况 (低阻反映) 可以判断地下岩溶及构造破碎带分布具体位置、范围及规模。综上所述, 本区具备电法工作的物理前提。
3.3 工作技术方法
3.3.1 浅震反射波法
观测参数设置为:采用6次覆盖观测系统, 激发震源采用锤击震源, 接收采用60HZ检波器, 偏移距30m, 道间距1m, 采样点数1K, 采样率0.2ms, 24道采集数据, 接收频带50~500Hz。
3.3.2 高密度电阻率法
工作装置采用温纳四极。电极点距为4米, 电极总数60根。最大隔离系数16, 观测物理参数为电位△V及电流I, 根据布设装置, 利用公式ρS=K*△V/I, 得到最终参数视电阻率ρS。
3.4 勘察效果对比
图1是3线的反射波法及高密度电阻率法勘查成果对比, 由图1a的反射波法剖面成果可以看出, 基岩界面所显示的同相轴基本位于剖面时间轴的60-70ms之间, 基岩平均埋深为40m左右, 在58-70米之间, 第四系存在反射波同相轴紊乱并下凹现象, 推断为基岩中构造及溶洞所引起。
由图1b的高密度电阻率法断面图可以看出, 在65-74米处的的深部, 存在一视电阻率低阻异常现象, 与浅震反射波法剖面的异常位置基本对应。受体积效应影响, 异常范围大于浅震反射波法的异常范围。
上述异常均进行了钻探验证, 钻探结果与物探异常基本吻合。以上实例充分说明了通过浅震反射波法和高密度电阻率法二种方法的配合, 对异常推断的准确性。
4 结论
4.1 由于浅层地震反射波法利用的是波的直线传播原理, 其对构造、岩溶的反应较为精确, 能较好的反应构造、岩溶的相对位置及范围。
4.2 高密度电阻率法是电场在地下的综合反应, 由于电法本身存在电场的体积效应, 所以, 如果旁侧存在电性不均匀体, 将可能影响到附近位置的电性变化。另外, 电性变化为一渐变过程, 所以电性异常的变化范围要大于异常地质体的分布范围。这是电法理论所允许的。
4.3 通过钻探验证, 证明了物探推断溶洞异常的存在, 这说明利用浅层地震反射波法辅以高密度电阻率法对鞍山地区岩溶勘查具有较好的应用效果。
参考文献
[1]刘国兴.电法勘探原理方法[M].北京:地质出版社, 2005.63-70.[1]刘国兴.电法勘探原理方法[M].北京:地质出版社, 2005.63-70.
[2]刘天佑.地球物理勘探概论[M].北京:地质出版社, 2007.183-186.[2]刘天佑.地球物理勘探概论[M].北京:地质出版社, 2007.183-186.
浅层地震反射法 篇2
近年来,随着国家对基础建设的投资不断加大,公路桥梁、港口码头、水库大坝等大型工程的建设日渐增多,此类项目的岩土工程勘察大部分在水域中进行,其工作难度比陆地要大的多,且具有钻探工期长、耗资大的特点。因此在水域勘察中采用工程物探成为一种较好的选择方法。
本文介绍的水域水域浅层地震反射波勘探方法可以较好的探明水下地形、覆盖层分层、基岩面起伏及地质构造情况。具有速度快、效率高的优点,同时获得了较大的勘探深度。
2 方法简介
水域浅层地震反射波勘探震源使用我院研制的船载式全自动大能量连续冲击震源,它具有如下特点:1、激发频率低,频带较宽,主频在100-800Hz;2、震源子波脉冲性好,后续余震小;3、激发能量大且均匀。4、激发时间短,时间间隔为1s。使用水上专用漂浮12道或24道电缆采集地震数据。仪器使用北京水电物探研究所的SWS多功能面波仪。导航定位采用全球动态差分定位导航系统。采集时确定合适的偏移距,控制工作船的航速。
3 数据分析与特点
3.1 噪音分析
水域地震数据的噪音一般包括随机噪音和规则噪音。随机噪音有工作船发电机、螺旋桨的噪音,波浪或水流对水听器冲击形成的噪音,此类噪音干扰虽然强度大但频率较低,一般可通过高通滤波达到良好的抑制。还有一类随机噪音是水听器碰倒水上漂流物、水草、或船侧引起的,在纪录中某一道或数道形成局部高幅值突起,一般不具有连续性,此类噪音可在原始记录或抽道纪录中通过中值滤波达到良好效果。规则干扰噪音包括侧壁反射、直达波、圈闭在水层中传播的导波(在水浅时明显),以及水底多次波;在水域地震数据处理中,如何消除这些噪音,特别是规则干扰噪音,突出地层一次波反射能量,应该予以特别关注。
3.2 反射系数
在浅层水域地震反射波勘探中,水底是强反射界面,入射波以不同的角度入射,水底介质的反射系数和透射系数是不同的,这在采集时应特别关注。根据Zoeppritz方程[1],反射和透射能量分配与入射角及介质参数(纵波速度、横波速度、密度)有关,图1、2表示不同水底介质参数时入射角与能量分配关系。从图中可看出,在液体-固体界面,当下层介质为淤泥时(Vp2=1300m/s,Vs2=130m/s,p2=1.6g/cm3), 反射系数和透射系数随入射角的变化较稳定,大部分能量可穿透到下层介质中,不形成转换SV波,当下层介质为砂层时(Vp2=1800m/s,Vs2=360m/s,p2=2.0g/cm3),入射角超过临界角时,反射系数接近1,透射系数变小,相位发生变化,出现转换SV波。当下层介质为岩石时,反射系数和透射系数随入射角的增加逐渐变小,超过临界角时,反射能量与投射能量及转换SV波的关系变得更复杂。由此可见观测系统的选择应考虑水底介质参数,当水浅且水底介质较硬时,应采用小偏移距。
由图可见,在水底为松软介质(如淤泥)时,在较大的入射角范围内,大部分的能量能够透射到下一层介质中,此时可用较大的偏移距;当水底介质为砂层时,在超过临界角时,波的能量分配变得复杂,并伴随着转换波的出现;当水底介质为岩石时能量分配变得更复杂,出现转换波和导波,导波在水浅时表现为复杂的波动特征,随着水深增加变化为简单的水底多次波。因此在水底为硬层时,应使用较小偏移距。
3.3 多次波
水域浅层地震数据处理难免都要碰到多次波问题,有水底多次波和层间多次波;水底多次波常叠加在地层反射波中,在水浅时,往往整张记录都有水底多次波,对于周期性的水底多次波在叠前通过二步法反褶积,即尖脉冲反褶积和预测反褶积可较有效得到压制和衰减。
4 数据处理流程
地震数据处理包括3个阶段:反褶积、叠加和偏移[2],反褶积通过压缩地震子波提高时间分辨率,消除大量呜震,衰减多次波能量,叠加使得地层反射能量增强,有效降低噪音,提高信噪比,偏移使得绕射归位,反射同相轴回归真实位置。一般水域地震数据处理流程为:自动增益处理→道均衡→坏道剔除→频谱分析→滤波→抽道集→噪音处理→反褶积→滤波→速度分析→动校正→CDP迭加→多次波消除→偏移→绘制彩色反射波时间剖面图[3]。处理程序采用北京水电物探研究所的水域地震反射波数据处理系统以及作者自编的一些针对水域地震数据特点的专用程序。
图3为单炮原始记录与与以上动校正之前处理流程的对比,处理后噪音得到衰减,反射层信号突出。
5 工程实例
浙江某高速公路工程工可阶段有数座跨海大桥,采用物探与少量钻孔结合的勘察方法,物探采用水域反射波方法,准CDP叠加,叠加次数按航速在6~12次,采用相关原理叠加,图 4 为某测线反射波时间剖面图,图中可见5~6组反射能量较强的同相轴,据附近钻孔资料,分别对应海水、淤泥、淤泥质粘土、粘土、细砂、亚粘土、粘土园砾交互层和基岩顶界面的起伏变化。图中可见第一层圆砾反射时间在93~116ms,第二层圆砾在135 ms附近,基岩的反射时间在96~158 ms;基岩最大埋深在145m左右。
6 结束语
许多工程实践表明,使用大能量全自动连续冲击震源的地震反射波勘探是相当有效的水域工程物探新方法,该方法获取的信息量大,能细致再现地下岩土体结构,具有快速、高效、勘探深度大的特点,对于水域工程勘察中工可、初勘阶段配合少量钻孔能够满足岩土工程勘察要求,对详勘也有指导意义。
摘要：本文介绍了水域浅层地震反射波勘探技术的采集方法与数据特点,阐明了水域地震数据处理的一般流程,通过工程实例说明该方法的有效性和实用性。
关键词：工程物探,水域,地震反射,数据处理,多次波
参考文献
[1]Applied Geophysics W.M.TELFORD L.P.GELDART etc.CAM-BR IDGE UNIVERSITY PRESS 1976
[2]地震数据处理(美)渥.伊尔马滋石油工业出版社1994
浅层地震反射法 篇3
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
[1]曹江涛,翟伟强,方勇.浅层地震反射波法在山区工程勘察中的应用[J].工程勘察,2014,42(8):84-88.
[2]尹燕法,尹玉静,刁海忠.二维地震勘探在山东鱼台找煤中的应用[J].科技创新与应用,2016(14):94.
[3]张银松,雷宛,祝杰,等.浅层地震反射波法的参数选择及其应用效果[J].勘察科学技术,2011(4):16-18,29.
[4]邓希贵,宋文生.浅层地震反射波法在塌滑体勘探中的应用[J].吉林水利,2003(4):23-27.
[5]王志勇,王旭明,李戟.浅层地震反射波在工程勘察中的识别与应用[J].勘察科学技术,2013(1):58-60.
[6]徐晓英,魏林,陈磊.浅层地震在滑坡地质灾害研究中的应用与效果[J].岩土工程界,2003,6(11):76-77.
浅层地震反射法 篇4
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.
浅层地震反射法 篇5
断层是矿井设计的主要依据之一。井田内水平、采区以及工作面的划分,井田开拓方式的选择及井下开拓掘进系统的布置等,都要考虑断层的存在断层带及断层两侧的岩石如果破碎严重,岩石强度降低,容易积聚瓦斯、导通地表水和地下水,引发矿井突水、瓦斯突出和塌陷冒顶等事故;若在巷道掘进中遇到断层,可能还会引起生产设计方案的调整,导致巷道掘进量增加,甚至形成大量废巷[1]。上述表明,断层是影响煤矿安全生产的主要地质因素。目前,煤矿探测断层的常用物探手段主要有地面三维地震勘探[2]、井下无线电波坑透[3]和槽波地震勘探[4]等。其中地面三维地震勘探由于距探测目标远、受地形影响大,对小型断层探测分辨率明显降低,难以满足高效安全开采的需求[5]。而义马矿区位于豫西低山丘岭地带,加之开采深度大,所以适用性差。井下无线电波坑透受井下电磁干扰环境复杂、高频电磁波穿透能力弱等因素的限制,其探测距离偏小[6]。井下槽波地震探测技术具有槽波只在煤层中传播且波形易于识别、携带信息丰富、探测距离远、分辨精度高、受外界因素干扰小等特点[7],既能探测工作面内部的断层也能探测外部的断层,是一种较理想的断层探测手段。
1 理论分析
槽波勘探技术探测断层的方法主要有透射法和反射法[8]。
(1)槽波反射法。反射法用于探测采煤/掘进工作面内部或外部的断层。当煤层全部或者部分被断开时,断层两侧的波阻抗是不同的,因此断层面就是一个反射体[9]。反射法槽波勘探是在同一条巷道的同一侧帮布置检波点,安装检波器,接收信号。反射法地震勘接收到的信号有沿煤壁传播的P波和以埃里相为主的槽波。槽波地震反射法勘探利用的是接收到的Rayleigh型槽波(R波)来解译地质信息。槽波完成反射以后检波器只会接收一小部分激发能量。波阻抗越大,则槽波反射越强烈。此外,断层的落差与反射体对煤层波导的阻断程度、横向岩石物性差异(决定反射系数的大小)、断层破碎带的规模、煤层厚度及槽波频率的高低等也会影响槽波反射信号的强弱。
(2)槽波透射法。透射法用于探测工作面内部断层发育情况、陷落柱分布和煤层厚度及其变化等[10]。由于槽波能量束缚于煤层中[11],当槽波传播过程中受到煤层内构造断层或其他干扰阻碍,即断层落差大于煤层厚度的断层之后,是不会观测到槽波的;另外,若观测到槽波,则表明:(1)勘探区域没有断层出现;(2)根据槽波数据分析,可能存在落差小于煤厚的断层。透射法勘探[12]是利用一条巷道布置炮点,通过放炮形成震源,激发能量,产生地震波;在另一条巷道中布置检波点,安装检波器,接收信号。也可以辅以切眼布置炮点或检波点。槽波透射法地震勘探接收到的信号有:P波、S波和以埃里相为主的槽波。槽波地震透射法勘探主要利用的是接收到的Love型槽波(L波)来解译地质信息。影响透射法探测效果的因素有很多,如观测系统设计的合理性、震源能量强弱、背景噪音、煤层顶底板的岩性、煤层赋存条件等[13]。此外,在掘进工作面独头巷道勘探时,未能有切眼布置的检波点/炮点作为辅助,导致射线覆盖不紧密,存在盲区,对解译成果也会有局部影响[14]。
(3)透射/反射联合勘探施工方法。透射法与反射法联合使用,就是分别采用透射法和反射法对目标体进行探测和解译,并综合分析勘探成果,以期取得更好的槽波勘探效果。布置方法:若探测范围较大,可以采用分次施工,反射法和透射法可分开进行,分别采用不同震源;若探测范围较小,可以采用同时施工,同样一条巷道布置检波点和炮点,另一条巷道布置检波点,共同使用一个激发震源,可同时接收(图1)。
此方法是利用透射炮点S2到检波点G的射线,对断层进行透射观测,用于估计与煤层厚度相比,断层落差相对的大小;利用反射炮点S1到检点G的反射线,确定煤层内断层的位置和规模。
2 勘探实例
(1)测区概况。郁山矿33051工作面属掘进工作面,回风巷已掘进443 m,运输巷已掘进270 m,东西倾向宽度150 m。根据已掘进情况,煤层厚度变化较大,平均厚度不足1.8 m,且无煤区广布。根据地面三维地震资料,工作面内部大致存在一条走向断层,但是,随着受勘探深度的加大,地面地震的分辨率明显降低;浅部2水平的采掘活动,也使地面不具备再次勘探条件。
(2)观测系统设计。为查明33051掘进工作面内部构造位置及煤厚分布,更好地对其设计与改造,基于槽波地震勘探透射法与反射法,利用相同震源,采用SUMMIT型槽波地震仪对工作面进行勘探。在运输巷内帮设计检波器孔23个,孔距10 m,受工作面煤厚急剧变化和无煤区限制,其中G9—G10孔距50 m;在运输巷内帮设计施工炮孔24个,孔距10m,其中S10—S11孔距50 m;在回风巷内帮设计施工炮孔31个,孔距10 m,其中S9—S10孔距20 m,S29—S30孔距40 m。单炮孔炸药量为200 g,矿用1段延迟毫秒雷管引爆(图2)。
(3)数据分析。此次槽波透射法勘探采集透射数据受煤层顶底板上下起伏,煤厚变化大,大面积无煤区等因素影响,造成槽波质量很差,槽波辨识困难。经分析筛选,共完成有效检波点21个,有效炮点仅16个,经数据处理计算频散图352幅,经辨识、分析,筛选较好的频散曲线仅43条,用于拾取槽波的旅行时,从而计算槽波速度。
图3为透射法第2炮原始数据信息。可以看出,1~7道检波点艾里相呈现出高频、低速、能量较强等特点,说明存在槽波数据,判断此7道射线覆盖范围内煤层连续,或者断层落差小于煤厚,未把煤层完全断开,使得槽波可沿煤层继续传播;8~22道检波点槽波并不是很明显,推测是因为煤层被断层完全断开导致槽波无法继续传播。由此推测工作面中部可能存在一走向断层,并向掘进方向继续延伸。
在反射法勘探中,震源激发后,形成的槽波呈环状扩散,通常震源距接收点较近,故一部分槽波直接沿煤壁表面最先到达接收点,形成数据中的“直达槽波”,另一部分槽波遇到构造后,经反射到达接收点,形成数据中的“反射槽波”,由于反射射线路径通常大于直达射线路径,所以接收到的反射槽波通常位于直达槽波之后(图4)。槽波勘探数据反射槽波信号整体较强,仅个别地震道反射震相较弱,这可能是断层落差小于煤厚引起的。通过共中心点叠加技术,把同一中心点的不同炮检距射线数据经正常时差校正后进行迭加,可提高信噪比突出反射震相。
(4)成果解译。根据测区煤厚资料和实测频散曲线埃里震相频率,确定透射法拾取频率为155Hz,拾取的旅行时经CT层析成像得到槽波波速等值线图(图5)。
波速>2 000 m/s的高速区,是煤层变薄或构造区。结合实际地质资料揭露的断层分析,工作面中部的高速区是煤层被断层牵引变薄甚至完全断开,阻碍了槽波传播所致。反射叠加剖面图(图6)中靠近巷道侧帮最近的、最早到达的强震相是直达震相(P波),随后到达的出现在剖面中间的次强震相是反射震相,该反射震相不是原始数据中的埃里震相,是槽波数据经过包络叠加后的埃里震相。由于槽波的频散特性,使得反射槽波不是集中在一条同相轴上而是分布在一定宽度的时间跨度内,难以确定断层位置,所以通常沿着槽波震相中能量最强的位置绘制断层。图6中的虚线就是沿能量最强位置绘制的预测断层,距33051工作面运输巷75~100 m,走向与工作面呈近平行关系。
3 结论
(1)槽波地震勘探技术在断层探测中,反射瑞利波显示明显,表明反射法可以较准确地测定断层位置,为合理留设断层煤柱、工作面设计与安全回采提供科学依据。
(2)透射法探测可以预断出地质异常体有无和相当于煤层厚度的断层,并可以为反射数据提供波速参考,可作为反射法对断层探测的辅助手段。