浅层地震反射波（精选7篇）
浅层地震反射波 篇1
1 前言
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
[3]复杂地区地震数据处理思路熊翥石油工业出版社2002
浅层地震反射波 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
浅层地震反射波 篇3
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。
参考文献
[1]吴子泉, 盖殿广, 王成虎, 王振强.表层地震断层探测方法应用研究[J].土工基础, 2005, 19 (1) , 57～60.
[2]陈相府, 安西峰, 王高伟.浅层高分辨地震勘探在采空区勘测中的应用[J].球物理学进展, 2005, 20 (2) , 437～439.
[3]吴有亮, 雷宛, 李金玺, 刘祖珉.溶洞的浅层地震反射特征及工程应用[J].工程勘察, 2006, (4) , 73～76.
浅层地震反射波 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.
浅层地震反射波 篇5
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.
浅层地震反射波 篇6
采用浅层折射波法地震勘探,确定基岩界面(大致对应中风化顶界面)埋深及界面处基岩弹性波波速。查明区内有无构造断层通过。
2 浅层折射波法地震勘探工作方法
2.1 工作原理
当地震波在传播过程中,遇到波速不同的介质分界面,且其界面以下的速度大于界面以上的速度时,产生滑行波沿着界面传播,引起界面上各质点的振动,由于界面两侧的介质质点存在着弹性联系,因此滑行波沿界面传播时,在上覆介质中将产生折射波。
2.2 场区工程地震地质条件
本次工区勘探面积较大,表层经人工回填改造夷平。第四系和基岩的强风化层共同构成了低速特征的低速层,该低速层与基岩的中风化(微风化)之间形成了良好的速度分界面。具备了应用折射波法进行浅层地震勘探的地质条件。
2.3 野外数据采集
根据测区的实际情况,为了压制干扰波和确保对有效波进行追踪,观测系统采用以相遇为主,起始排列或遇有疑问处加作追逐的方式。
2.3.1 信号的激发与接受
根据工区特殊情况,采用机械跳锤的方式激发地震波信号,采用高精度60 HZ检波器进行信号拾取。
2.3.2 地震道一致性检测
进行了地震道一致性试验,经检验,所使用的仪器性能稳定,道一致性好,其精度在要求范围内,符合探测精度要求。
2.3.3 依据规范:
《公路工程地质勘察规范》JTJ0064-98;
《浅层地震勘察技术规范》DZ/T 0170-1997。
2.4 数据解释
2.4.1 基本原理
设测点到炮点的距离为x,则观测到的时间t与x成线性关系,其方程式为:
此式称折射波时距曲线方程,是直线方程式。以t为纵轴、x为横轴的直角坐标系中标出的时距关系图,称为折射波时距线。
2.4.2 利用差异时距曲线求折射层中的波速v2
两个炮点o1、o2放炮产生的折射波,得到两条时距曲线t1(x)、t2(x),称为相遇时距曲线。
2.4.3 利用“t0”法计算折射界面深度
将每个排列的两张记录,绘制相遇时距曲线,利用上述方法先求折射层中的波速v1,然后利用“t0”法计算各点的界面深度,绘成深度剖面。
3 资料解释
a)勘探区测线控制范围内未发现构造断裂带异常通过,在场地上比较稳定;折射波地震勘探记录上的初至时差最大在3 ms左右,此异常大部分伴随地形起伏较大的陡坎产生;场区地形起伏较大,基岩埋深变化较大,部分基岩较破碎,基岩纵波波速较低,主要介于1 500 m/s~3 500 m/s之间(见图1基岩纵波波速划分);
浅层地震反射波 篇7
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.