基于探地雷達(dá)技術(shù)的點(diǎn)壩淺部地層分布分析

張 昊， 楊 進(jìn)， 李勝利， 王天意， 張 瑋， 閆天龍

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球物理與信息技術(shù)學(xué)院， 北京 100083； 2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院， 北京 100083；3. 河北地質(zhì)大學(xué) 勘查技術(shù)與工程學(xué)院， 河北 石家莊 050031)

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基于探地雷達(dá)技術(shù)的點(diǎn)壩淺部地層分布分析

張 昊1， 楊 進(jìn)1， 李勝利2， 王天意3， 張 瑋1， 閆天龍1

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球物理與信息技術(shù)學(xué)院， 北京 100083； 2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院， 北京 100083；3. 河北地質(zhì)大學(xué) 勘查技術(shù)與工程學(xué)院， 河北 石家莊 050031)

分析點(diǎn)壩砂體淺部地層分布可以為曲流河亞相油氣儲(chǔ)集層的研究提供依據(jù). 利用探地雷達(dá)的高分辨率和高效的特點(diǎn)， 對(duì)北運(yùn)河點(diǎn)壩淺部地層分布情況進(jìn)行調(diào)查， 分別采用SIR-3000和GR-IV探地雷達(dá)系統(tǒng)， 對(duì)測(cè)區(qū)三縱兩橫5條測(cè)線勘探測(cè)量， 數(shù)據(jù)處理后結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件及試驗(yàn)剖面上的探測(cè)效果， 以400 MHz天線的細(xì)節(jié)高分辨圖像為主， 輔以200 MHz天線的整體探測(cè)結(jié)果做討論. 結(jié)果表明， 測(cè)區(qū)內(nèi)近地表4 m內(nèi)地層的分布由上至下依次為第四系粘土及植被層， 粉細(xì)砂層， 砂夾粘土層， 平行層理砂層細(xì)砂與中粗砂層， 部分表現(xiàn)出一定的傾向結(jié)構(gòu). 結(jié)果與區(qū)內(nèi)地質(zhì)斷面基本對(duì)應(yīng).

探地雷達(dá)； 點(diǎn)壩； 近地表勘探

0 引 言

河流相儲(chǔ)層是我國(guó)陸相油田中最普遍的油氣儲(chǔ)集層類型， 占現(xiàn)有開發(fā)油田儲(chǔ)層的半數(shù)以上[1-2]， 而曲流河亞相在河流相儲(chǔ)層中又占據(jù)了相當(dāng)大的比例， 因此點(diǎn)壩砂體作為曲流河中最重要的儲(chǔ)層， 其研究意義十分重大[3-4]. 而在其淺部又會(huì)表現(xiàn)出相類似的地層分布特征， 所以對(duì)其淺部地層分布的研究也具有重要意義.

大多數(shù)物探方法在地層分布上的應(yīng)用主要集中在深部和大尺度的探測(cè)上， 而對(duì)淺部地層分布的研究通常在環(huán)境與工程領(lǐng)域， 屬于近地表勘探， 主要方法有高密度電阻率法， 淺層地震方法(包括反射波、 折射波、 面波等)， 探地雷達(dá)法等[5]. 高密度電法雖然經(jīng)濟(jì)高效， 但存在電極供電不平衡和電極極化問題， 此外地形和場(chǎng)地條件對(duì)探測(cè)結(jié)果影響也較大[6]； 面波勘探是淺層地震在近地表探測(cè)中主要使用的一種方法， 近幾年來使用日趨廣泛， 在地層劃分， 地下空洞及掩埋物的檢測(cè)中都取得了不錯(cuò)的效果， 但其易受干擾， 并且在數(shù)據(jù)處理方面還需要進(jìn)一步完善[7]； 探地雷達(dá)法具有高分辨率和高效性的特點(diǎn)， 并且能夠抗干擾， 在深度較小的情況下探測(cè)效果極佳， 優(yōu)勢(shì)明顯[8].

對(duì)于點(diǎn)壩淺層構(gòu)造的研究報(bào)道并不多見， 本文是利用探地雷達(dá)對(duì)北運(yùn)河點(diǎn)壩淺部地層分布情況進(jìn)行調(diào)查， 通過對(duì)不同層位的追索， 勾畫出點(diǎn)壩測(cè)區(qū)地下各層分布形態(tài)及相互關(guān)系， 從而識(shí)別測(cè)區(qū)的層序及沉積特點(diǎn)， 為點(diǎn)壩的進(jìn)一步研究提供依據(jù).

1 研究區(qū)域

1.1 區(qū)域位置與地質(zhì)概況

本次研究區(qū)域選定北京北運(yùn)河. 北京地處華北平原北部， 地形西北高、 東南低， 西部和北部山脈屬太行山脈和燕山山脈， 市區(qū)位于向東南傾斜的沖洪積平原上. 北京地區(qū)從太古宙以來經(jīng)歷了前呂梁期的地臺(tái)結(jié)晶基底形成發(fā)展、 后呂梁期—印支期的地臺(tái)蓋層發(fā)育和燕山—喜馬拉雅板濱太平洋大陸邊緣活動(dòng)3個(gè)構(gòu)造發(fā)展階段， 區(qū)域構(gòu)造格架表現(xiàn)為早期的東西向或近東西向隆起坳陷或褶皺斷裂為后期北東、 北北東或近南北向褶皺、 斷裂的交切復(fù)合的特點(diǎn). 在北京平原區(qū)近代古河道內(nèi)的堆積物多具有以下特點(diǎn)： 一是土質(zhì)多以廣泛分布的砂土及粉土為主， 粘聚力低， 含水條件好， 但滲透性不良； 二是土體沉積年代短， 土體結(jié)構(gòu)疏松， 密實(shí)度較差， 處于欠固結(jié)狀態(tài)； 三是土層埋藏淺(接近地表)， 而蘊(yùn)藏有較豐富的地下水， 地下水位高(或地區(qū)的歷史水位高)[9-11].

北運(yùn)河位于永定河和潮白河之間， 是京杭大運(yùn)河的北端. 從溫榆河軍都山南麓至天津大紅橋， 全長(zhǎng)238 km， 干流自通州北關(guān)節(jié)制閘向東南流經(jīng)河北省香河市至西王莊村北進(jìn)天津市武清區(qū)境， 經(jīng)筐兒港、 屈家店水利樞紐至天津市新紅橋以下匯入西河(子牙河)， 全長(zhǎng)148 km. 河道彎曲， 河床較多為細(xì)粉沙土壤， 淤積較重， 兩岸有堤束水， 堤距100～2 000 m. 北運(yùn)河水系是海河流域五大支流之一， 流域面積為6 166 km2， 其中山區(qū)面積952 km2， 平原面積5 214 km2. 流域上游為山區(qū)及丘陵區(qū)， 屬燕山山脈， 山區(qū)海拔一般在500～100 m， 最高峰達(dá)1 000 m左右， 山區(qū)地質(zhì)除了震旦紀(jì)矽質(zhì)石灰?guī)r和中生代矽質(zhì)石灰?guī)r外， 并具有大片的花崗巖和部分火山巖. 中下游平原大部分是易澇地區(qū)， 間有封閉式的低洼鹽堿地區(qū)[12-13].

本文研究測(cè)區(qū)位于北京市通州區(qū)東南23.5 km 的西集鎮(zhèn)和合站村以南， 北運(yùn)河北岸， 距離鎮(zhèn)政府西南4.5 km處， 如圖 1 所示.

圖 1 測(cè)區(qū)交通位置圖Fig.1 Location of the survey area

1.2 物性特征

研究的測(cè)區(qū)主要介質(zhì)為中粗砂、 泥質(zhì)砂、 粘土， 各種介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)如表 1 所示. 由表可以看出， 中粗砂、 粉砂和粘土間存在一定相對(duì)介電常數(shù)差異， 另外當(dāng)砂或粘土被空氣填充時(shí)， 它的電導(dǎo)率、 相對(duì)介電常數(shù)較小， 而電磁波速度較大； 但其被水充填時(shí)， 它的電導(dǎo)率、 相對(duì)介電常數(shù)較大， 而電磁波速度較小. 當(dāng)介質(zhì)均一時(shí)， 層內(nèi)無反射信息、 圖像清晰； 當(dāng)介質(zhì)均一性差， 特別是介電常數(shù)相差很大時(shí)， 層內(nèi)反射增強(qiáng)， 并且規(guī)則性差[14]. 因此， 本文研究的測(cè)區(qū)地下介質(zhì)存在一定的介電性差異， 從而為開展探地雷達(dá)法查明研究區(qū)域?qū)游蛔兓峁┝吮匾牡厍蛭锢砬疤釛l件.

表 1 測(cè)區(qū)介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)

2 數(shù)據(jù)采集與處理

2.1 測(cè)線布置與儀器參數(shù)

本文研究共布置了5條測(cè)線， 如圖 2 所示， 其中近南北向的測(cè)線DBSN1長(zhǎng)度為350 m， DBSN2長(zhǎng)度為700 m， DBSN3長(zhǎng)度為600 m， 近東西向的測(cè)線DBWE1和DBWE2長(zhǎng)度均為450 m， D11～D32為測(cè)線交點(diǎn). 在點(diǎn)(N39°45′36.3″， E116°

51′18.7″)處進(jìn)行了測(cè)區(qū)電磁波速度的標(biāo)定， 在點(diǎn)(N39°45′35.9″， E116°51′19.5″)處進(jìn)行了地質(zhì)剖面的驗(yàn)證.

圖 2 測(cè)線布置圖Fig.2 Layout of survey line

測(cè)區(qū)內(nèi)各測(cè)線起點(diǎn)與終點(diǎn)經(jīng)緯坐標(biāo)及測(cè)線長(zhǎng)度見表 2.

表 2 測(cè)線信息表

本次野外工作采用的是SIR-3000和GR-IV探地雷達(dá)系統(tǒng).

SIR-3000是美國(guó)地球物理測(cè)量系統(tǒng)公司的主要產(chǎn)品. SIR-3000是一種便攜式的探地雷達(dá)系統(tǒng)， 體積比較小， 質(zhì)量也比較輕. SIR-3000儀器主要由三部分組成， 即探地雷達(dá)主機(jī)， 控制與顯示單元以及天線.

SIR-3000雷達(dá)采用了100 MHz和500 MHz天線進(jìn)行測(cè)量， 參數(shù)設(shè)置如表 3 所示.

表 3 SIR-3000雷達(dá)參數(shù)設(shè)置表

GR-IV是目前中礦華安和中國(guó)礦大聯(lián)合開發(fā)出的樣機(jī)， 操作靈活輕便， 兼容目前所有天線. GR-IV便攜式探地雷達(dá)可廣泛應(yīng)用于城建、 交通、 地質(zhì)、 考古、 油田、 煤炭、 郵電、 機(jī)場(chǎng)、 國(guó)防、 公安等部門.

GR-IV雷達(dá)采用了200 MHz和400 MHz天線進(jìn)行測(cè)量， 參數(shù)設(shè)置如表 4 所示.

表 4 GR-IV雷達(dá)參數(shù)設(shè)置表

2.2 波速標(biāo)定與異常特征

本文研究使用了頻率為200 MHz和400 MHz 的天線進(jìn)行測(cè)區(qū)的電磁波傳播速度標(biāo)定， 分別將鐵管打入距離地表0.5 m和1 m的位置， 在地表使用雷達(dá)裝置探測(cè)鐵管的反射異常， 讀取不同埋深鐵管反射異常的時(shí)間差， 如圖 3 與圖 4 所示， 圖中鐵管的反射異常以黑圈標(biāo)示. 根據(jù)公式v=s/t， 計(jì)算得到點(diǎn)壩測(cè)區(qū)的電磁波速度為0.09 m/ns.

圖 3 采用200 MHz的天線波速標(biāo)定雷達(dá)剖面圖Fig.3 GPR profile map of wave calibration with 200 MHz antenna

圖 4 采用400 MHz的天線波速標(biāo)定雷達(dá)剖面圖Fig.4 GPR profile map of wave calibration with 400 MHz antenna

由測(cè)區(qū)典型地質(zhì)剖面上的雷達(dá)圖像(圖 5)可以看到， 不同介質(zhì)的分界面在雷達(dá)反射波組和波幅強(qiáng)度上均得到了體現(xiàn).

對(duì)于剖面上四層粘土層與砂層的分界面， 雷達(dá)圖像上均反映得較為清晰， 其反射波同相軸表現(xiàn)為連續(xù)變化的一組較強(qiáng)幅度的同相軸， 在這其中， 由于點(diǎn)壩在沉積過程中， 可能出現(xiàn)由于粒度變化導(dǎo)致沉積層的不均勻性加劇， 而各向異性顯著， 雷達(dá)信號(hào)一般會(huì)出現(xiàn)明顯的繞射現(xiàn)象以及較弱的反射， 所以表現(xiàn)出局部同相軸不連續(xù)的特征. 對(duì)于厚層的粘土層或砂層， 雷達(dá)波在此界面處產(chǎn)生明顯的反射波組和波幅強(qiáng)度改變的現(xiàn)象， 同相軸表現(xiàn)較為連續(xù)， 其原因是由于介質(zhì)比較單一， 密實(shí)性強(qiáng)， 因此反射波具有振幅明顯增強(qiáng)的特征. 由于該層較厚， 所以雷達(dá)圖像上表現(xiàn)上下兩個(gè)反射界面.

圖 5 測(cè)區(qū)露頭照片與雷達(dá)探測(cè)結(jié)果對(duì)比圖Fig.5 Comparison between outcrop and survey results

2.3 數(shù)據(jù)處理流程

為取得較好的處理效果， 本文探地雷達(dá)資料處理解釋使用了Reflexw和GR探地雷達(dá)處理分析系統(tǒng)兩套軟件相結(jié)合. 為了獲取地下真實(shí)地電信息， 保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 便于綜合解釋， 對(duì)野外采集到的數(shù)據(jù)作了如下處理： 拼接剖面， 剔除壞道， 剖面水平距離歸一化， 振幅水平比例歸一化、 增益調(diào)整、 時(shí)域?yàn)V波、 頻率濾波、 反褶積、 點(diǎn)平均[8,14]等， 最終繪制出探地雷達(dá)剖面成果圖(見下節(jié)結(jié)果討論部分). 由于工作測(cè)區(qū)部分地段地形切割比較劇烈， 所以在資料處理時(shí)加入了地形校正處理， 最后利用地形校正處理后的剖面作為解釋依據(jù). 結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件及試驗(yàn)剖面上的探測(cè)效果， 本文解釋主要以400 MHz天線的細(xì)節(jié)高分辨圖像為主， 輔以200 MHz天線的整體探測(cè)結(jié)果.

3 結(jié)果與討論

3.1 雷達(dá)圖像異常特征分析

通過對(duì)雷達(dá)剖面圖像反射電磁波進(jìn)行波相特征的識(shí)別， 賦予異常信號(hào)其地質(zhì)內(nèi)涵， 包括： 巖性界面、 界面起伏形態(tài)、 各層間相互關(guān)系等. 基于探地雷達(dá)技術(shù)的原理， 其異常判定的主要依據(jù)有： ① 反射波形的相似性； ② 反射波的同相性； ③ 不同波組間的差異性； ④ 波組特征與地下介電分布特征對(duì)應(yīng)性； ⑤ 地下介質(zhì)的電性特征與地質(zhì)屬性的相關(guān)性[15-16]. 由此初步建立本區(qū)地層對(duì)應(yīng)的雷達(dá)異常特征相關(guān)模型如下：

1) 同相軸連續(xù)， 形態(tài)規(guī)則的異常， 如圖 6 所示. 產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是由于介質(zhì)比較單一， 密實(shí)性強(qiáng)等， 使得同相軸連續(xù)， 因此推斷表現(xiàn)為該異常形態(tài)的地層對(duì)應(yīng)的是近似水平層狀介質(zhì)分布， 對(duì)應(yīng)為沉積較好的砂層， 粘土層.

圖 6 雷達(dá)剖面的同相軸連續(xù)規(guī)則Fig.6 Regular event of GPR profile

2) 同相軸出現(xiàn)彎曲、 錯(cuò)斷、 分叉和紊亂等不連續(xù)特征的異常， 如圖 7 所示. 產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是由于介質(zhì)均一性及密實(shí)度較差所致， 導(dǎo)致雷達(dá)信號(hào)出現(xiàn)明顯的繞射現(xiàn)象以及較弱的反射， 因此推斷表現(xiàn)為該異常形態(tài)的地層主要是砂粘土互層. 其中也可能為植物根系影響及局部不均勻粘土層分布或局部透鏡砂體所致.

圖 7 雷達(dá)剖面的同相軸錯(cuò)斷、 分叉、 紊亂Fig.7 Disordered event of GPR profile

3) 同相軸較為連續(xù)， 且規(guī)律性出現(xiàn)局部增強(qiáng)和減弱的異常， 如圖 8 所示. 該組同相軸反映為一組似平行， 且變化規(guī)律明顯的同相軸疊加分面， 局部有輕微錯(cuò)動(dòng)， 因此推斷該異常形態(tài)地層多為平行層理或局部交錯(cuò)層理的中粗砂與細(xì)砂層分布.

圖 8 雷達(dá)剖面的同相軸較為連續(xù)、 局部反射加強(qiáng)Fig.8 Continuous event with partial strong signal of GPR profile

3.2 測(cè)區(qū)各剖面解釋

3.2.1 DBSN1剖面解釋

DBSN1剖面位于測(cè)區(qū)的西側(cè)， 剖面由南向北， 方位為NE12°， 剖面長(zhǎng)度350 m. 由剖面成果圖 9(a) 所示， 根據(jù)剖面異常特征， 可將其由上至下整體劃分為四層， 見推斷解釋圖 9(b)， 第一層特征為同相軸連續(xù)規(guī)則， 厚度10 cm左右， 依據(jù)地表所見， 該層主要為地表第四系粘土及植被； 第二層特征整體表現(xiàn)為近似連續(xù)， 厚度約為20 cm， 結(jié)合地質(zhì)剖面， 推斷其為表層下密實(shí)的粉細(xì)砂層； 第三層異常形態(tài)表現(xiàn)為前半段0～140 m處同相軸整體連續(xù)， 反射清晰， 推斷為似平行的砂粘互層， 后半段140～270 m同相軸連續(xù)性差， 出現(xiàn)分叉和紊亂等現(xiàn)象， 局部地區(qū)反射波出現(xiàn)增強(qiáng)， 初步推斷該層為局部不連續(xù)的砂粘互層不均勻所致. 該層厚度約為120 cm. 第四層主要表現(xiàn)為兩種特征， 第一種位于剖面的0～40 m， 140～320 m， 同相軸連續(xù)， 層理均勻， 推斷為分布平行層理的細(xì)砂或中粗砂層互層， 第二種位于剖面50～70 m， 100～120 m處， 異常形態(tài)表現(xiàn)為同相軸較具有一定的傾斜性， 連續(xù)分布但局部地區(qū)反射波減弱， 依據(jù)剖面的連續(xù)性， 推斷這一部分淺部為砂粘互層， 深部為側(cè)積作用而形成交錯(cuò)層理的砂層表現(xiàn)， 第四層厚度在100 cm左右.

圖 9 DBSN1剖面綜合解釋圖Fig.9 Integrated interpretation of GPR profile DBSN1

3.2.2 DBSN2剖面解釋

DBSN2剖面位于測(cè)區(qū)的中部， 剖面由南向北， 方位為NE12°， 剖面長(zhǎng)度700 m. 由剖面成果圖10(a)所示， 根據(jù)剖面異常特征， 可將其由上至下劃分為四層， 見推斷解釋圖10(b)， 第一層特征表現(xiàn)為同相軸連續(xù)規(guī)則， 厚度10 cm左右， 依據(jù)地表所見， 該層主要為地表第四系粘土及植被； 第二層特征整體表現(xiàn)為近似連續(xù)， 厚度約為20 cm， 結(jié)合相鄰剖面分析知， 推斷其為粉細(xì)砂層； 第三層主要表現(xiàn)為兩種特征， 第一種位于剖面水平位置0～100 m， 600～700 m處， 同相軸連續(xù)， 層理均勻， 推斷為砂粘互層呈近似平行分布， 第二種位于剖面水平位置130～330 m， 390m～540 m處， 異常形態(tài)表現(xiàn)為同相軸較紊亂， 層理不均勻， 有局部尖滅的現(xiàn)象， 推斷為不均勻砂粘互層， 該層厚度約為120 cm. 第四層異常形態(tài)表現(xiàn)為同相軸較為連續(xù)， 總體形態(tài)比較規(guī)則， 大部分表現(xiàn)為平行層理分布的細(xì)砂， 中粗砂層分布， 局部可見低角度板狀的槽狀交錯(cuò)層理， 該層厚度約為100 cm.

圖 10 DBSN2剖面綜合解釋圖Fig.10 Integrated interpretation of GPR profile DBSN2

3.2.3 DBSN3剖面解釋

DBSN3剖面位于測(cè)區(qū)的東側(cè)， 剖面由南向北， 方位為NE13°， 剖面長(zhǎng)度600 m. 由剖面成果圖11(a)所示， 根據(jù)剖面異常特征， 可將其由上至下劃分為四層， 見推斷解釋圖11(b)， 其中， 第一層特征為同相軸連續(xù)規(guī)則， 厚度10 cm左右， 依據(jù)地表所見， 該層主要為地表第四系粘土及植被； 第二層特征整體表現(xiàn)為近似連續(xù)， 厚度約為20 cm， 推斷其為粉細(xì)砂層， 由于人工挖掘?qū)τ诘乇淼钠茐模?在該剖面的0～430 m并未保留前兩層的分布， 只在430～550 m處見到兩層存在； 第三層異常形態(tài)表現(xiàn)為兩種特征， 第一種為前半段0～60 m， 中間段220～330 m同相軸較為連續(xù)， 似層狀分布， 第二種表現(xiàn)在90～220 m， 430～570 m處， 特征為同相軸連續(xù)性差， 出現(xiàn)分叉和紊亂， 還伴有同相軸尖滅的現(xiàn)象， 局部地區(qū)反射波出現(xiàn)增強(qiáng)， 初步推斷該層為砂粘互層分布， 其中連續(xù)性差的部分為砂泥互層不均勻所致， 該層厚度約為140 cm. 第四層主要表現(xiàn)為兩種特征， 一種位于剖面的140～220 m處， 同相軸較紊亂， 層理不均勻， 推斷為砂粘層分布不均勻或是局部交錯(cuò)層理分布的砂層表現(xiàn)， 另一種為剖面的其它部分異常的形態(tài)均表現(xiàn)為同相軸連續(xù)， 層理均勻， 推斷為平行層理分布的砂層， 第四層厚度為90 cm左右.

圖 11 DBSN3剖面綜合解釋圖Fig.11 Integrated interpretation of GPR profile DBSN3

3.2.4 DBWE1剖面解釋

DBWE1剖面位于測(cè)區(qū)的中部， 剖面由西向東， 方位為NE103°， 剖面長(zhǎng)度450 m. 由剖面成果圖12(a)所示， 根據(jù)剖面異常特征， 可將其由上至下劃分為四層， 具體解釋見圖12(b)， 第一層特征為同相軸連續(xù)規(guī)則， 自剖面的60 m起至剖面尾端， 厚度10 cm左右， 依據(jù)地表所見， 該層主要為地表第四系粘土及植被； 第二層特征整體表現(xiàn)為近似連續(xù)， 厚度約為20 cm， 但在剖面水平位置0～50 m 處表現(xiàn)為局部彎曲， 推斷其為粉細(xì)砂層； 第三層異常形態(tài)主要表現(xiàn)為前半段0～160 m處同相軸連續(xù)性差， 局部地區(qū)反射波出現(xiàn)增強(qiáng)， 同相軸能量不均， 出現(xiàn)分叉和紊亂等現(xiàn)象， 初步推斷為不均勻的砂粘互層分布所致， 后半段160～450 m同相軸較為連續(xù)， 推斷為似平行分布的砂粘土互層. 該層厚度約為160 cm. 第四層主要表現(xiàn)為同相軸連續(xù)， 層理均勻， 推斷為平行層理分布的細(xì)砂及中粗砂層， 第四層厚度在80 cm左右.

圖 12 DBWE1剖面綜合解釋圖Fig.12 Integrated interpretation of GPR profile DBWE1

3.2.5 DBWE2剖面解釋

DBWE2剖面位于測(cè)區(qū)的中部， 剖面由西向東， 方位為NE103°， 剖面長(zhǎng)度450 m. 由剖面成果圖13(a)所示， 根據(jù)剖面異常特征， 可將其由上至下劃分為四層， 具體劃分見圖13(b)， 第一層特征為同相軸連續(xù)且規(guī)則， 厚度10 cm左右， 參考其它剖面及地質(zhì)剖面， 該層主要為地表第四系粘土及植被； 該剖面0～120 m段地表亦受人為破壞， 未見第一層分布.

圖 13 DBWE2剖面綜合解釋圖Fig.13 Integrated interpretation of GPR profile DBWE2

該剖面第二層特征整體表現(xiàn)為近似連續(xù)， 厚度約為20 cm， 推斷其為粉細(xì)砂層； 第三層異常形態(tài)表現(xiàn)為兩種， 在剖面140～180 m， 380～450 m處， 同相軸連續(xù)性較差， 出現(xiàn)了同相軸尖滅現(xiàn)象， 局部地區(qū)反射波出現(xiàn)增強(qiáng)， 初步推斷該段為不均勻的砂粘互層分布， 在剖面的其它位置處， 雷達(dá)圖像的異常形態(tài)主要表現(xiàn)為同相軸近似連續(xù)， 呈層狀分布， 推斷為平行分布的砂粘互層分布， 該層厚度約為150 cm. 第四層異常形態(tài)表現(xiàn)為同相軸較為連續(xù)， 部分區(qū)域反向振幅增大， 總體形態(tài)比較規(guī)則， 因此推斷該層為砂層， 該層厚度約為80 cm.

3.3 小 結(jié)

綜上所述， 北運(yùn)河點(diǎn)壩測(cè)區(qū)地下層位大致可分為四層. 第一層由地表向下約10 cm范圍內(nèi)為第四系粘土及植被. 第二層厚約20 cm， 同相軸整體形態(tài)連續(xù)， 表現(xiàn)一致， 局部偶見同相軸彎曲或錯(cuò)斷， 推斷主要為粉細(xì)砂層分布， 局部分布不連續(xù)泥質(zhì)團(tuán)塊或條帶. 由于人工開采的破壞， 致使部分剖面的局部第一層或第二層缺失. 第三層厚度為120～160 cm， 雷達(dá)圖像的異常主要表現(xiàn)為兩種特征， 一種為同相軸連續(xù)， 變化趨勢(shì)一致， 同相軸能量穩(wěn)定， 推斷為似平行分布的砂粘互層； 另一種為同相軸彎曲或錯(cuò)斷， 出現(xiàn)局部反射較強(qiáng)， 主要為不均勻分布的砂粘互層所致. 第四層厚度為80～120 cm， 反映同相軸多為連續(xù)， 層理均勻， 為平行層理較為發(fā)育的細(xì)砂及中粗砂層， 局部亦出現(xiàn)砂粘互層或交錯(cuò)層理發(fā)育的砂層地段. 其中三條沿點(diǎn)壩縱向布置的剖面在前半段均發(fā)育有不均勻的砂粘互層， 后半段總體主要表現(xiàn)為平行分布的砂粘互層， 兩條橫向布置的剖面中， DBWE1剖面在剖面開始的0～40 m處表現(xiàn)為不均勻分布的砂粘互層分布， DBWE2剖面整體表現(xiàn)為兩側(cè)近似對(duì)稱的平行砂粘互層分布特征， 如圖 14 所示. 對(duì)于雷達(dá)圖像所做的解釋也得到了區(qū)內(nèi)地質(zhì)斷面的佐證， 實(shí)際地質(zhì)剖面及柱狀描述如圖15 所示.

圖 14 測(cè)區(qū)雷達(dá)剖面綜合成果圖Fig.14 Integrated result of GPR profiles

圖 15 測(cè)區(qū)地質(zhì)剖面及柱狀描述圖Fig.15 Stratigraphic section photo and histogram depiction

4 結(jié) 論

通過對(duì)北運(yùn)河點(diǎn)壩測(cè)區(qū)三縱兩橫5條測(cè)線的探地雷達(dá)探測(cè)工作， 基本查明區(qū)內(nèi)近地表4 m內(nèi)地層的分布情況， 研究區(qū)垂向上可分為四層， 由上至下依次為第四系粘土及植被層， 粉細(xì)砂層， 砂夾粘土層， 平行層理砂層細(xì)砂與中粗砂層， 綜合分析后可得到如下結(jié)論：

1) 探地雷達(dá)具有高效、 便捷、 直觀等特點(diǎn)， 在此次北運(yùn)河點(diǎn)壩淺部探測(cè)中， 數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后， 雷達(dá)剖面層位邊界分辨清晰， 并與測(cè)區(qū)地質(zhì)斷面基本對(duì)應(yīng)吻合， 探測(cè)效果令人滿意.

2) 測(cè)區(qū)5條剖面均出現(xiàn)不均勻分布的砂粘互層分布， 其中3條還表現(xiàn)出一定的傾向結(jié)構(gòu)， 這是否與油氣儲(chǔ)集分布相關(guān)， 需要在更多的點(diǎn)壩砂體上探測(cè)實(shí)驗(yàn)， 并結(jié)合沉積學(xué)進(jìn)一步分析.

3) 探地雷達(dá)屬性技術(shù)可以將探測(cè)到的信息中蘊(yùn)藏的細(xì)節(jié)信息進(jìn)一步挖掘出來， 提高解釋的質(zhì)量和效率， 下一步可以將此技術(shù)運(yùn)用在點(diǎn)壩淺層勘探上， 尋找與油氣儲(chǔ)集之間的細(xì)節(jié)聯(lián)系， 為點(diǎn)壩的進(jìn)一步研究提供依據(jù).

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Analysis of Shallow Strata Distribution in Point Bar Area Using Ground Penetrating Radar Technology

ZHANG Hao1,YANG Jin1, LI Sheng-li2, WANG Tian-yi3, ZHANG Wei1, YAN Tian-long1

(1. School of Geophysics and Information Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083， China; 2. School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 3. Hebei GEO University, Shijiazhuang 050031, China)

Analysis of shallow strata distribution in point bar area can provide basis for the research on oil and gas reservoirs of meandering fluvial facies. Using the SIR-3000 and GR-IV ground penetrating radar (GPR) system with high resolution and high efficiency, the investigation of the shallow strata distribution in the North Canal area was carried on. The survey area covered 5 lines, including two vertical and three horizontal lines. The data surveying process combined with local conditions and the detection results on the test profile, based on the details of the high resolution image of 400 MHz antenna, supplemented by the overall detection results of 200 MHz antenna. The results show that the measured distribution of the stratum within 4 meters near the surface from top to bottom are in the order of quaternary clay and vegetation layer, fine sand layer, sand with clay layer, parallel bedding sand fine sand and coarse sand layer, some of which showing a certain tendency of the structure. The stratigraphic section corresponds to the results approximately.

ground penetrating radar; point bar; near-surface exploration

1673-3193(2016)06-0638-10

2016-08-29

張 昊(1986-)， 男， 博士生， 主要從事地球物理正反演算法研究.

P631

A

10.3969/j.issn.1673-3193.2016.06.015