浅层地震探测

2024-09-27

浅层地震探测（精选8篇）

浅层地震探测篇1

1 概况

根据以往的资料:本区主要的活动断层有:浦口-湖熟断层带、幕府山-焦山断层带、江浦-六合断层带和方山-小丹阳断层带。这4条隐伏断层带从新生代至今始终控制着该市区及周缘的第四纪构造地貌、沉积厚度及地震的活动空间分布。除前人利用地质、浅勘、钻探及物探等手段做过部分工作外, 针对这4条断裂均未系统做过研究和工程勘察等工作, 考虑到这4条隐伏断裂均从该城区或城区附近通过, 并且具有一定规模和活动性, 因此, 本次采用浅层人工地震勘查等方法对这4条隐伏断层进行重点探测, 以查明这4条断层的具体位置、性质和活动性。

2 地震地质条件

2.1 表层地震地质条件

测区地势相对平坦, 可分为平原区和岗地丘陵地貌区, 在所有地震测线穿过的位置上, 地表全被厚度较小的第四纪地层覆盖。据有关资料, 市区第四系覆盖层厚度一般为20～70余m, 岗地丘陵区第四系厚度锐减, 最浅处只有几米。测区潜水面相对较浅, 在南京城区只有1～3 m, 有利于地震波的激发和接收。但在城区及城郊结合部居民房屋建筑遍布, 道路及公共设施较多, 给地震勘探测线布设及施工带来很多的困难和限制。因此, 本次地震勘探难度很大。

2.2 深层地震地质条件

第四纪地层与基岩的波阻抗差异十分明显, 其分界面是一个较好的反射界面, 能够形成能量强、波形突出、较稳定的反射波 (T0波) , 但当第四系覆盖层厚度较小 (<20 m) 时, 因受面波等干扰波影响, T0波信噪比可能会有所降低。另外, 白垩纪浦口组和下伏葛村组以含砾细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩及红色砾岩为主的地层, 因岩性横向变化较大, 仅能局部产生不连续的、不稳定的反射波。因此, 本区深层地震地质条件一般。

3 数据采集技术试验工作

为了获得可靠的地震勘查施工参数, 正式施工前进行了现场试验。本次地震勘查试验工作主要进行了波场调查、不同震源、不同检波器、不同道距、不同迭加次数、不同井深、不同药量等试验。

3.1 波场调查及不同震源试验资料分析

在采用扩展排列所进行的波场调查中, 分别获得了纵波和横波不同采集参数扩展排列的地震勘探试验记录。图1是横波地震勘探试验记录, 采用2 m道距、48道接收。记录显示, 基岩反射波很强, 浅部也有较好的反射波;面波等干扰波较弱, 信噪比较高。图2是纵波地震勘探试验记录, 采用1 m道距、120道接收。记录显示, 基岩反射波很强, 浅部也有较强能量的反射波, 声波、面波等干扰波较少。

图3、4分别是纵波炸药震源和可控震源试验记录, 图5是横波锤击震源试验记录。从记录上看到, 纵波炸药震源单炮记录频带宽、反射波主频60～120 Hz, 面波、声波等干扰较弱;可控震源单炮记录频带较宽、反射波主频100～120 Hz, 面波等干扰较强;横波锤击震源单炮记录基岩面反射波很强信噪比较高。

3.2 不同频率检波器及横波检波器的接收试验资料分析

图6、7和图8分别是纵波60 Hz、100 Hz和横波检波器的试验记录。从记录上看到, 100 Hz

3.3 不同道距试验资料分析

图9、10分别是纵波1 m、2 m道距的试验记录, 图11、12分别是横波1 m、2 m道距的试验记纵波检波器的单炮记录频带宽、主频高约60～120 Hz。横波检波器的单炮记录信噪比高、目的层反射波能量强。录。从记录上看到, 无论是纵波还是横波的道距1 m单炮记录, 目的层反射波能量强、信噪比高、连续性好。

3.4 不同井深试验资料分析

图13、14、15分别是纵波炸药震源井深2 m、3 m、4 m试验记录。从记录上, 4 m井深的单炮记录, 目的层反射波较强, 干扰波较弱, 信噪比较高。

3.5 不同药量试验资料分析

图16、17、18分别是纵波炸药震源药量0.05 kg、0.10 kg、0.20 kg的试验记录。从记录上, 0.10 kg炸药震源所产生的单炮记录目的层反射波较强, 面波等干扰波较弱。

4 结论

根据试验资料分析结果, 本次地震勘查采用横波震源为主, 可控震源和炸药震源为辅, 小道距 (1～2 m) , 48～120道接收, 中间激发, 6～12次迭加的观测系统是合理的。

摘要：通过波场调查和对不同震源、不同井深、不同药量、不同道距、不同检波器等采集参数的分析研究, 指出本次地震勘探采用横波震源为主, 可控震源和炸药震源为辅, 小道距 (1～2m) , 6～12次迭加的观测系统是合理的。

关键词：活断层,地震勘探,数据采集,观测系统

浅层地震探测篇2

采用浅层地震反射法对岩土工程地基进行工程勘察,查明基岩面、地下地质结构和岩性等情况;应用声波测井得到评价岩土动力学特征的参数,为浅层地震反射提供了速度等参数,二者相互结合,综合评价地基稳定性和安全性,最后结合钻探资料进行对比、修正,提高了勘探精度,准确获知地下地质信息,为工程施工建设提供了可靠科学依据.

作者：刘海涛任广智 Liu Haitao Ren Guangzhi 作者单位：刘海涛,Liu Haitao(吉林大学,地球探测科学与技术学院,长春,130026)

任广智,Ren Guangzhi(吉林省煤田地质物探公司,长春,130031)

浅层地震探测篇3

1.1 地形地貌特征

上海地区除了在西南部零星散布有十余座海拔百米以下的基岩剥蚀残丘外, 一般地势平坦, 地面高程介于2.2-4.8m之间, 大致为东高西低的微倾斜平原。以岗身为界, 其西为湖沼平原, 地势低洼, 高程在4m以下;其东为滨海平原, 地面高程一般略大于4m。沿长江, 包括崇明、长兴等岛屿及一些沙洲, 为典型的现代河口三角洲地貌, 高程3-4m。

1.2 地层

上海大地构造隶属扬子准地台的浙西-皖南台褶带和下扬子台褶带的北东延伸部分, 新构造分区属苏北-南黄海沉降区的苏锡沪缓慢下降区。全区几乎都被巨厚的第四纪沉积物覆盖, 厚约300m左右, 自西南向东北逐渐加厚。第四系是一套以粘性土与砂性土交互的碎屑沉积物, 由下而上具明显的韵律性变化。

2 地震勘探工作方法

本次地震勘探的测线大多沿两条断裂推断位置大致垂直的方向布设。根据实地测线布设位置, 采用地形图结合地物、测绳量距的方法确定炮点、检波点, 每条测线端点、拐点及地面易辨认的标志物 (如沟渠、桥头、电线杆、里程碑等) 的坐标用GPS测定。

2.1 野外数据采集

定本次野外数据采集参数为:道距5m, 接收道数72道, 覆盖次数12次, 偏移距45m, 炮间距15m, 记录长度1024ms, 采样间隔1ms, 8次振动垂直叠加。

2.2 数据处理与资料解释

虽然本次采集到的数据信噪比高, 但数据处理对于最终成果的可靠性同样起到至关重要的作用。在数据处理中, 为了尽可能获得最佳的叠加效果, 最大限度地提高信噪比和分辨率, 通过处理试验确定合理的处理流程及参数。

本次浅层地震所获不同测线地震时间剖面图显示地下基岩面及以上深度范围内发育有数量不等的反射波组, 经对有效波组的分析对比, 并结合地质资料分析, 一般可划出4组有效反射波组, 少量可划出3组有效波组, 个别测线可划出5-6组有效反射波组相应地可分别划为5、4、6、7个物性层, 各物性层及推断的地质属性列于表1。

3 地震勘探揭示的断层构造特征

本次地震勘探共发现14处与太仓-奉贤断裂相关的断裂痕迹, 在地震时间剖面上表现为反射波同相轴有明显的错动、消失等现象, 并形成一定落差。据各测线获得的断点埋深、断距、错断层位等特征将断裂由北向南划分为三段, 各段特征总结如下:

3.1 北段 (包括f1、f2、f3断点) 。

测线2200m附近出现T3和Tg反射波组被明显错断, 呈现西高东低的异常 (f1) , 为东倾正断裂, 倾角较陡, 断层两侧落差5-6m, 断层宽度约10m, 断层上断点深度推测为175m左右, 位于下更新统 (Q1) 上部, T2波组完整, 说明没断至中更新统 (Q2) 。

3.2 中段 (包括f4-1、f4-2断点)

测线分别采用可控震源和枪式震源进行施工。测线编号分别为4-1、4-2, 在对应位置均出现异常 (f4-1、f4-2) , T3、Tg反射波组发生中断、错动。断点分别位于4-1测线的1450m和4-2测线的630m附近, 断层性质相近, 均为西高、东低的正断层, 断层两侧落差约10-15m, 倾向东, 倾角较陡, 断层宽度不大, 断层上断点深度均约190m, 错断了基岩和下更新统 (Q1) , T2波组连续、完整, 说明为中更新世 (Q2) 以前的断层。

此段断点埋深均在160-190m之间, 变化不大, 断距在10m左右, 有一定宽度, 倾向多为东倾, 有西倾断裂发育, 局部呈双断裂。

3.3 南段 (包括f32-1、f32-2、f35、f36-2、f36-1、f38断点)

测线地震时间剖面图显示, 基岩面反射波组较清晰 (如图1) , 在269 CDP和179 CDP附近出现两处基岩面反射波组 (Tg) 能量减弱、相位不连续的异常 (f32-1、f32-2) 。该两异常均表现为西低东高, 但落差很小, 均未影响到上覆第四系内部界面的反射波组。这两断点均为西倾正断层, 宽度均为15m左右, 断层两侧基岩面落差分别为4m和2m, 上断点深度分别为282m、290m, 断层仅发生在基岩及覆盖层底部。T3及以上地层反射界面反射相位未受影响, 表明其活动时代应为早更新世早期。

4 结论

本次勘探共发现关于太仓-奉贤断裂的断点共14处, 对各断点特征总结发现:太仓-奉贤断裂走向近北西向, 由多支倾向不一的分支断裂组合而成;断裂北端埋深较浅, 向南逐渐加深, 至40测线以南断裂埋深达到最大, 近500m;各断裂断距不大, 10m左右, 都具备10m左右的断裂宽度;断裂错断至第四系更新统底部, 由此推测太仓-奉贤断裂是活动断裂, 具有一定的地震危险性。

参考文献

[1]曹令敏.应用浅层地震勘探划分地下软土结构[J].工程地球物理学报, 2007, 4 (3) :251-255.

[2]江苏省工程物理勘察院.上海市活断层探测与地震危险性评价陆域目标区初查阶段物探勘查工作报告[R].2005.

浅层区地震勘探资料采集方法篇4

(1) 在物理勘探过程中, 地震勘探模式是一种重要的模式, 这种模式需要进行弹性波的激发, 在传播过程中, 弹性波穿过地层介质, 从而发生一系列的折射、反射及投射状况, 再进行专业仪器的使用, 记录好这些振动, 通过对这些信息的分析及研究, 得到地质界面、地质形态等构造的相关信息, 通过对这种方法的应用, 可以进行岩石或者矿床等性质的分析。这种地震勘探方法比较流行于非金属矿产、沉淀型能源矿产等的采集, 文章以复杂地区的煤田地震勘探为例子, 进行浅层地震勘探采集方法的深入分析。

在实践过程中, 地震勘探工作需要选用好适当的仪器, 在地震勘探过程中, 需要针对不同勘探目标, 进行相关采集仪器的使用, 确保这些仪器设备的良好性能性。在浅层地震勘探过程中, 需要进行中小型采集仪器系统的使用, 要保证系统的良好性能。在浅层地震勘探采集过程中, 系统采集模式主要分为两个部分, 分别是分布式采集数字传输模式及集中式模拟传输模式, 这两种模式具备不同的工作侧重点, 其性能参数指标也存在差异。

目前来说, 我国的煤田地震勘探体系依旧是不健全, 缺乏地震勘探的核心技术应用, 缺乏国产的先进仪器。在实践过程中, 多使用国外的先进仪器, 这些仪器普遍是大中型仪器, 比如428XL系统。在实践过程中, 国产的轻便分布式采集系统也能得到应用, 这种分布式采集系统具备以下特点, 其采集信号保真度比较高, 系统输入的噪声比较小, 具备良好的采样率, 具备良好的施工环境适用性。

(2) 为了满足地质勘探工作的要求, 需要做好浅层区的地震勘探采集工作, 需要实现观测系统的强化, 做好二位地震观测的相关工作。在二位地震观测应用中, 比较常见的是多覆盖观测系统, 这种观测系统的选择, 需要根据不同的施工条件进行应用。在工程实践中, 如果勘探深度比较大, 具备较多的仪器道数, 就需要进行端点放炮的使用, 如果勘探深度比较浅, 为了有效提升浅层的覆盖率, 必须进行中间放炮的模式开展。在实践过程中, 要保证中间放炮观测系统不同工作模式的协调, 需要针对地下地层的相关工作环境, 进行该系统的具备选择及应用。

(3) 为了有效提升浅层地震的勘探效益, 需要进行三维地震观测体系的健全, 主要的地震勘探观测模式有线束状三维观测系统、规则性线束状三维观测系统。在施工比较困难的地区, 需要进行宽线观测系统的应用, 从而满足日常观测工作的要求。

在三维地震观测过程中, 针对那些施工比较困难的地区, 需要进行宽线观测系统的应用, 这需要做好三维地震勘探的细节工作, 做好系统参数的有效选择, 要做好覆盖次数的优化选择, 在简单区域施工中, 覆盖次数要低一些。在面元大小分析中, 要针对勘探目标状况等进行具体选择。

对于特殊的勘探小目标, 面元大小要求为至少能够保证在目标范围内有2~3个叠加道, 在切片上有4~9道。要防止产生空间假频, 1个周期内不能少于2个采样点, 1个波长内也至少要有2个采样点;炮检距及其分布:最小炮检距设计为最浅目的层的1~1.2倍, 最大炮检距的设计考虑因素较多, 一般要求大于勘探目的层深度, 同时还要考虑NMO拉伸, 多次波的识别、速度分析的需要等;偏移孔径;覆盖次数斜坡带:一般经验为, 在水平层状介质情况下, 覆盖次数斜坡带大约是目标深度的20%;记录长度:要求能够记录到最深的必要测量层位的绕射。

在复杂地区的三维地震勘探应用中, 为了满足整体工作的开展要求, 需要做好复杂地区的资料采集及设计工作, 做好复杂地区的测量及勘探工作, 实现测量环节及设计环节的协调, 保证后续施工的良好开展。在施工过程中, 需要针对地表的变化特征, 进行施工方案的优化及选择, 要保证CMP面元内不同道炮检距的均匀性分布。

在复杂地表地质工作中, 需要针对相关的施工环境, 进行三维采集施工方案的优化, 针对工区内部的地表条件, 进行观测系统的优化, 避免施工障碍物, 落实好相关的施工工作。

(4) 在浅层区地震勘探过程中, 需要做好障碍区炮点、接收点的定位工作, 做好炮点及接收点工作方案的优化, 进行分段线性拟合方法的采用, 保证不同控制点标准初至曲线的建立, 针对实际工作要求, 强化多方位交汇方的应用, 做好炮点及接收点位置的计算及校正工作, 要保证其良好的工作数据信息记录, 实现其定位精度的提升。

2近地表结构调查方案及质量评价方案的优化

(1) 为了满足地震勘探采集工作的要求, 需要实现地表结构调查方案的优化, 可以进行井地观测方法的优化, 确保微地震测井方案的优化, 进行速度界面的确定, 保证各层的层速度。在钻井过程中, 需要查清其内部岩性的变化状况, 进行潜水面准确位置的确定。

在低降速带的调查过程中, 可以进行小折射法的应用, 这种方法可以进行表层速度界面的有效划分, 进行低降速带速度及厚度的降低, 通过对小折射法的连续观测使用, 可以进行不同速度层浅层剖面的连续变化状况的分析, 这种小折射法具备良好的施工速度, 其整体施工成本比较低, 具备良好的施工灵活性, 这种方法也具备一定的应用局限性, 其只适合于进行平坦地表的施工。

在地震勘探过程中, 雷达测深法是一种重要的应用方法, 能够进行低降速带的有效测定, 这需要根据实际地貌及工作状况, 进行采集点密度、速度等的分析。这种方法也有一定的应用局限性, 在一些较大厚度的黄土地形中, 它的界面工作不稳定, 测量精度不是十分精确。为了做好复杂地区的地震勘探工作, 进行采集资料控制及评价方案的优化是必要的, 从而做好采集资料检测及评价工作, 做好野外资料的采集质量控制, 实现设备自检环节、现场质量监控环节、采集资料评价环节等的协调。

采集设备自检环节主要是进行仪器设备的性能检验的应用, 主要的测试工作有脉冲测试、噪声测试等, 需要针对其相关的测试内容进行工作模式的优化。在现场质量监控应用中, 需要进行现场质量监控处理系统的应用, 保证现场数据信息的有效处理。在资料评价过程中, 需要针对不同勘探的环境, 进行相关地震勘探技术的选择。

(2) 在复杂地区的浅层地震勘探中, 地表地震条件比较复杂, 其具备多变的地下构造特征, 它的岩层产状变化比较大, 这不利于野外施工及资料处理工作的开展。为了满足实际工作的要求, 需要进行地震勘探工作体系的健全, 针对波长状况、有效波状况, 做好三维地震勘探方案的优化, 满足现阶段三维地震勘探工作的要求, 通过对观测方法体系的健全, 提升其工作应用效益。

3结束语

在浅层区地震勘探采集工作中, 进行三维地震勘探方案的优化选择是必要的, 这需要针对不同的施工状况, 进行相关施工策略的优化。

摘要：为了满足我国地质工作的要求, 做好地震勘探采集工作是必要的, 这需要针对不同的工作状况展开分析, 落实好地震勘探采集工作的相关策略。受到地形特征、地震勘探技术、施工地表特殊性的影响, 浅层地震勘探采集工作面临着一系列的问题, 为了解决这些问题, 需要进行适合设备的采用, 保证资料采集设计方案的优化, 从而满足当下地震勘探工作的要求, 保证资料采集体系的健全, 提升其资料采集的准确性。

关键词：复杂地区,浅层地震勘探,采集方法,浅层地表层性质,地层介质传播

参考文献

[1]梁光河, 蔡新平, 张宝林, 等.浅层地震勘探方法在金矿深部预测中的应用[J].地质与勘探, 2001, 37 (6) :29-33.

浅层地震勘探技术与方法研究篇5

由于测线位于人口稠密的城市中, 测线上的车辆行人活动频繁, 人为振动的干扰十分强烈。常规小吨位可控震源激的能量不能达到探测目标的深度, 为了压制干扰噪声, 选用美国生产的出力18吨的AHV-Ⅳ型可控震源激发地震波。这样不但解决了地震勘探的抗干扰问题, 而且也保证有足够的激发能量来满足大于300m探测深度的要求。数据采集使用德国DMT公司制造的Summit型数字地震仪。地震波接收使用60Hz高频纵波检波器, 每个测点采用四只检波器点组合方式接收。

2 测区地震勘探前提条件分析

据已有地质与钻井资料, 工区内基岩主要为上白垩统砂砾岩、上侏罗统安山质、流纹质凝灰岩、上震旦统—寒武系灰岩、白云岩及燕山期花岗闪长岩, 局部范围还有下第三系粉砂岩、粉砂质泥岩。由此可见, 区内浅层地震勘探工作具有以下的地球物理前提:

第四系及新近系与下伏基岩间具明显速度、密度差异, 两者之间存在明显的波组抗差异, 因而基岩面将形成良好的地震反射界面;第四系及新近系各层位间也具有一定的速度、密度差异, 当界面比较稳定、干扰小时, 也可形成一定的地震反射界面;由于本区覆盖层内砂层较厚, 而砂层对地震波具有较强的吸收作用, 故会增加地震勘查工作的难度。当断裂引起的地层垂向错动或明显破碎时, 地震时间剖面图将相应地出现反射波组同相轴的错动、缺失或者能量减弱等异常特征。工区内地下水位较浅, 仅1-2m, 有利于地震纵波的激发与接收。因此, 选用地震反射勘探方法是适宜的。

通过观测系统参数实验以及可控震源激发参数实验最终确定本次野外数据采集参数为:道距5m, 接收道数72道, 覆盖次数12次, 偏移距45m, 炮间距15m, 记录长度1024ms, 采样间隔1ms, 8次振动垂直叠加。

3 地震勘探揭示的断层构造特征

3.1 北段

通过测线浅层地震时间剖面图可以观察到, 基岩面反射信号清晰, 在180 CDP附近基岩面反射波组 (Tg) 能量减弱, 以至相位中断、不连续, 推断为断点异常 (f35) (图1) 。该异常显示基岩顶面西低东高, 落差不大。由解释剖面图可知, 断层位于距测线西端655m处, 为西倾正断层, 倾角较陡, 断层两侧落差约4m, 断层宽度约10m, 上断点深度推测为248m, 位于下更新统, 说明活动时代应为早更新世。

测线发现两处异常, 分别位于480 CDP和260 CDP附近, 表现为基岩面反射信号 (Tg) 能量减弱、异常两侧相位特征显示不同。这两异常均显示基岩面西低东高, 落差不大, 上覆第四系内部界面的反射信号均未受影响。这两断点均为西倾正断层, 断层宽度分别为20m和10m左右, 断层两侧基岩面落差分别约为4m和3m, 上断点深度分别推测为230m和240m。中更新统 (Q2) 未被错动, 断层活动时代应为早更新世。

测线地震时间剖面图显示, 基岩面反射相位在350CDP附近能量减弱, 且有小错动, 表现为东低西高, 推断为断点异常 (图2) 。

该断点为东倾正断层, 宽约5m, 断层两侧基岩面落差约4m, 上断点深度推测为248m。断裂仅发生在基岩或覆盖层底部, 表明其活动时代为早更新世或更早。

本段断点倾向或东或西, 表明此段范围内太仓-奉贤断裂由至少两条倾向不同的断层组合而成, 但断点埋深相差不大, 在230-290m之间, 断点错断层位均为Q1, 断距多在5m以内, 断裂宽度多在10-15m之间。

3.2 南段

测线地震时间剖面图显示, 在340 CDP附近出现一异常, 基岩面反射信号能量减弱而不连续。该异常东低西高, 但落差极小, 也未影响到覆盖层内部界面的反射波组。该断点为东倾正断层, 断层两侧落差较小, 宽度约12m, 上断点深度约为330m, 断裂仅发生在基岩及覆盖层底部。T3及上覆地层反射信号未受影响, 表明该断层活动时代应为早更新世早期。

测线地震时间剖面图显示, 在290CDP附近出现一异常, 基岩面反射信号能量减弱而不连续, 且出现微小错动。该异常西高东低, 但落差极小, 也未影响到覆盖层内部界面的反射波组。该断点为东倾正断层, 断层两侧落差5m左右, 宽度约12m, 上断点深度约为490m, 断裂仅发生在基岩及覆盖层底部。下更新统 (Q1Z) 及上覆地层反射信号未受断层影响, 表明该断层活动时代应为早更新世早期或更早。

测线地震时间剖面图显示, 测线的2390m处基岩面反射波组 (Tg) 中断、错位现象 (f7) 。为东倾正断层, 倾角约70°, 断层宽度10m左右, 断距约10m, 该断层主要发生在基岩内部, 时间剖面图显示, 断层顶端位于覆盖层底部, 上断点深度约250m, 即下更新统 (Q1) 和新近系 (N) 的底部。

此段范围内发现的太仓-奉贤断裂各断点埋深变化深浅变化较大, 最浅约250m, 最深近500m, 基岩埋深在此段范围埋深变化较强烈。此段断裂倾向皆向东, 断距变化较大, 但都在10m以内, 都存在10m左右的断裂宽度。

4 结论

本文以太仓-奉贤断裂为例, 详述了在城市中的浅层地震勘探技术。勘探结果显示:太仓-奉贤断裂从断裂产状来讲上具有分段的特征, 北段埋深相对较浅, 基岩面错断距离在5m以内, 基岩面断裂宽度大多超过10m;南段埋深相对较大, 基岩面错断距离大于5m, 断裂宽度在10m左右。从地震剖面上来看, 太仓-奉贤断裂最新活动时间约在早更新世早期, 具有一定的地震危险性。

参考文献

[1]李智, 白云, 李东春, 蒋越.谈浅层地震勘探技术在营口地区隐伏断裂探测中的应用[J].防灾减灾学报, 2014 (1) .

[2]王彪, 陈剑杰, 马勋元.浅层地震勘探在第四纪松散地层划分中的应用[J].工程地球物理学报, 2012 (1) .

浅层地震探测篇6

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

浅层地震探测篇7

关键词：隧道勘测,浅层折射,资料,准确

在隧道勘察当中, 最好的方法就是浅层地震折射法, 广大的物探工作者都对浅层地震探测法十分的青睐, 因为它有着极高的精度和极高的效率。它可以提供岩土动力学参数, 也可以提供岩性变化图;它可以提供地质构造剖面图, 也可以提供测区内地质层位的断裂分布图。而在工程地质问题的解决上, 浅层地震折射波法更是拿手。本文以浅层地震折射波法在牛岭隧道勘察中的应用为例, 探究隧道勘察效果中浅层地震折射波法的举措。

1 牛岭隧道概况

牛岭隧道位于福建省龙岩市长汀县G319牛岭隧道附近, 进口端属于龙岩市长汀县大同乡白头布, 进口桩号:NL01, 大地坐标 (X=2 860 477.089 0, Y=425 416.202 0) ;出口端属于龙岩市长汀县大同乡白头布, 出口桩号:NL02, 大地坐标 (X=2 860 201.083 0, Y=426 190.094 0) 。隧道长度约821.82 m, 属于山岭隧道。在西气东输三线天然气管道东段工程福建龙岩牛岭隧道施工之中, 地质情况复杂, 为了有效保障隧道施工安全可靠性, 利用高密度法、浅层地震波法等, 加强对围岩地质条件的全面探测, 并且给勘察设计提供相应的依据[1]。在福建省龙岩市长汀县G319牛岭隧道勘察中, 利用浅层地震波法进行勘察, 为勘察设计提供了重要的依据。最后的结果表明, 浅层地震折射波法在隧道勘察中起到了至关重要的作用。

2 浅层地震波法的应用

关于牛岭隧道勘察任务, 主要是查明牛岭隧道以及出口经过区域的地质情况, 以完整基岩和风化带的划分为基础, 最终查明潜在的断裂带。实践中, 因风化带为疏松物质, 上层风化带地震波速以及电阻率等通常都低于地震波速度、电阻率;如果基岩断裂、裂隙, 则构造位置的岩石相对比较破碎, 较之于完整的基岩而言, 震波速度、电阻率等均低于完整基岩状态下的地震波速度、电阻率。基于此, 采用地震勘探法可有效探测断裂、裂隙地质构造, 并且对风化带、基岩进行划分[2]。利用地震波的折射原理, 具有较强的横向分辨能力, 同时对浅层具有波速差异的地层或构造进行探测, 与高密度电法综合探测, 起到了较好的综合作用。

以浅层地震折射波勘测方法具有工作效率高、地质资料直观的特点, 浅层地震折射波法能够快速的获取丰富的地质信息, 在相关图像的重新建立之后, 清晰地反映出相关地质的结构类型, 这一切都是浅层地震折射波法的功劳, 为工程勘探带来了极大的便利。浅层折射波法勘探, 能够快速的确定基岩起伏程度和基岩的深度。如果勘测区域的基岩较为完整, 则适用于浅层地震折射波法对其进行勘探。

在福建省龙岩市长汀县G319牛岭隧道勘察工作当中, 用浅层地震折射波法进行勘探, 取得了比较好的效果。基于剖面图、电阻率断面图, 并根据异常反应特点推断解释破碎带分布情况, 这对日后的隧道设计起到了非常重要的促进作用[3]。在铁路、高速公路的隧道勘测当中, 地震折射波法可以发挥很大的作用, 它不仅在确定隧道洞身围岩和覆盖层的厚度方面起着比较好的作用, 而且还在查找破碎带的位置、构造和规模等方面起着比较好的作用。浅层地震折射波测试采用美国生产的专有地震仪器, 以及我们国内生产的新型检波器、炸药震源。从应用实践来看, 其共有24道采样, 而且每道间距大约在5 m, 采用全频段接收方式, 间隔大约0.25 ms;同时, 有1 024个采样点, 而且记录的长度大约为256 ms, 实现了零延时[4]。

3 在隧道勘察效果中浅层地震折射波法的举措

通过对隧道勘察资料的对比分析可以看到, 隧道测线地层包括的速度介质有两层, 其中下层为基岩, 由花岗岩和凝熔灰岩构成, 上层的介质主要是风化层和土层, 该层的波速较缓和。相对来说, 下层的弹性波速比较快, 变化也非常大, 上下层分界面比较明显。

3.1 有效整理折射资料

整理折射资料是折射波勘探工作中的一个非常重要的环节, 它的主要内容是密切结合地震折射波的动力学特点, 确保初至时间的正确拾取。折射资料的整理讲究其准确性, 在折射资料整理的过程中, 要考虑到各方面的因素, 因为风速、折射面夹角等等都会对折射资料整理的结果产生影响。在隧道的勘探当中, 地震折射波法的成功最初就是依靠折射资料整理的准确性、及时性, 当然也和折射资料的解释有很大的关系, 只有做好折射资料整理, 才能进而精确的作出折射资料解释分析, 最终使浅层地震折射波法取得成功。

3.2 折射资料解释方面的举措

折射资料的解释是在折射资料的整理之后的, 与折射资料的整理密不可分、同样重要。如何提高折射资料解释精度, 要用到长排列追逐相遇相聚差数法。根据野外记录绘制相遇时距曲线, 通过复合排列对界面重复观测, 并且利用追逐时距曲线的呼唤点、平行性等反复进行对比, 这样可以准确识别、追踪基岩界面。解释时, 应当密切结合工程拟建地点的地质情况, 特别是在推断断层、速度突变段时, 一定要仔细检查和确保初至时的准确度[5]。

4 对浅层地震折射波法的完善

地震折射波法在解决各种地质问题中得到了广泛的应用, 其效果也非常好, 可以说没有浅层地震折射波法, 就没有隧道探测的成功, 但是在浅层地震波法的应用当中, 也出现了一些无法解决的问题, 这就说明浅层地震折射波法也存在一些不足之处, 为了使地震折射波法更好的应用到隧道勘测当中, 必须对地震折射波法进行完善。

4.1 采集原始数据要求初至清晰

要想改善地震折射波法, 必须首先使采集到的原始数据初至清晰, 在地震的记录当中, 必须与隧道的连续相一致, 不得超过1/5;当远炮炮检距超过盲区时, 盲区估计一定要根据近炮最远道到达时间来确定。

4.2 注意坡度和折射界面倾角

当地形坡度变大的时候, 就是危险的前兆, 这时, 相关人员必须进行及时的地形改正, 同样的, 当折射界倾角变大的时候, 这也预示着会有潜在的危险, 相关人员也应及时的进行穿透波校正, 从而避免危险的发生。

4.3 掌握资料解释时距曲线规律

资料解释过程中, 时距曲线表现出如下规律:即采用t0差数时, 利用时距曲线法进行反演时, 排列重复道的t0时间之差应当控制在5 ms范围之内;在相遇互换过程中, 应当确保其不超过5 ms;而且同侧近、远炮时距曲线应当在盲区出现以后, 保持平行。对于两远炮时距曲线张口而言, 通常由大变小, 相交后再由小变大[5]。

4.4 资料采集选用合适观测系统

资料采集中选用合适的观测系统对整个隧道勘测都是十分有利的, 因为没有合适的观测系统, 就会对观测以及勘察结果造成影响, 根据测线内隧道工程地质探测的了解, 应选用复合长排列追逐相遇时距观测系统, 选用复合长排列追逐相遇时距观测系统, 能够更加容易的取得铁路隧道探测的成功。

4.5 布置检波器应严格与实际里程相对应

在检波器布置过程中, 应当确保其与实际里程对应, 究其原因主要是因为地形起伏相对较大, 而且构造相对比较复杂的地区应当注意测线倾角[6]。注意这里说的是严格对应, 检波器的布置是以实际里程为准的, 如果数据不准确, 对检波器的布置会有影响, 也会影响隧道探测的成功率, 必须得到重视。

5 结语

浅层地震折射波法是一种快速的勘探手段, 浅层地震折射波法必须与地质调查和地质探索相融合, 才能发挥出巨大的作用, 在一些特殊的地质勘察当中, 也可以适当与高密度电法相结合, 两种方法的结合带来的力量会更强大, 在隧道的勘察过程中相互验证, 相互扶持, 相互转化, 彼此取长补短, 最终快速的完成隧道的勘察。相信随着科技的不断进步、浅层地震折射波法的不断改善, 隧道勘探工作将会进行的越来越顺利, 成功率将会越来越高。

参考文献

[1]曾国, 崔德海, 刘杰, 等.地震折射波法和高密度电法在隧道勘察中的应用[J].物探与化探, 2009, 33 (5) :608-612.

[2]时彦芳.综合物探方法在马石店隧道勘察中的应用[J].山东国土资源, 2010, 26 (8) :22-24.

[3]时彦芳.综合物探方法在福建省龙岩市长汀县G319牛岭隧道勘察中的应用[J].化工矿产地质, 2011, 33 (2) :121-124.

[4]赵德亨, 田钢, 王帮兵, 等.浅层地震折射波法综述[J].世界地质, 2005, 24 (2) :188-193.

[5]熊昌盛, 顾汉明, 陈毅敏, 等.提高浅层地震折射波法在隧道勘察效果的举措[J].工程地球物理学报, 2004, 1 (5) :452-456.

浅层地震探测篇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

[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.