淺層地震反射波法在工程勘察中的分析與應(yīng)用

摘 要：當(dāng)前淺層地震勘探技術(shù)在工程勘察中應(yīng)用廣泛，發(fā)展快速，其優(yōu)勢(shì)有操作便捷、數(shù)據(jù)直觀等，檢測(cè)效果良好。本文首先對(duì)淺層地震反射波法原理進(jìn)行闡述，其次結(jié)合實(shí)例闡述了該方法的具體應(yīng)用，然后對(duì)應(yīng)用所需注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)，以供參考。

關(guān)鍵詞：淺層；地震反射波；勘探

中圖分類號(hào)：TU195 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）27-0216-02

1 前 言

淺層地震反射波勘探是工程地質(zhì)勘察中的重要方法，其分辨率較高，對(duì)于確定地層界面與基巖變化形態(tài)具有積極影響。工程勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性是保證野外數(shù)據(jù)采集、震源、檢波器、觀測(cè)系統(tǒng)、資料解釋與處理工作順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。本文從淺層地震反射波時(shí)距曲線的理論公式進(jìn)行推導(dǎo)，依據(jù)不同的地質(zhì)模型與觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算得到時(shí)距曲線。同時(shí)，依據(jù)實(shí)際采集到的信號(hào)進(jìn)行地質(zhì)分析與計(jì)算，輔助外業(yè)生產(chǎn)。

2 淺層地震反射波法原理

因?yàn)椴煌橘|(zhì)其波阻抗有所不同，當(dāng)點(diǎn)源激發(fā)地震波入射至地下介質(zhì)分界面時(shí)，地面下不同介質(zhì)界面位置會(huì)發(fā)生明顯變化，振幅有所降低，當(dāng)破碎帶與地震波相撞時(shí)，則縱波的速度就會(huì)有所減緩。根據(jù)現(xiàn)有的資料，對(duì)檢測(cè)儀器獲得的地質(zhì)資料進(jìn)行分析，如地震波形資料等進(jìn)行處理，通過(guò)計(jì)算獲得反射波場(chǎng)特征剖面，獲得基巖波組、水底波組等信息，對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)反射層位、反射波場(chǎng)特征進(jìn)行比較分析；對(duì)能量、波組的相位頻率等參數(shù)變化進(jìn)行分析，跟蹤監(jiān)測(cè)基巖頂面下的其他波組變化情況；對(duì)地下地質(zhì)構(gòu)造特征信息進(jìn)行解釋，并劃分出地下不同介質(zhì)的界面，準(zhǔn)確得出構(gòu)造和巖土的分布范圍及規(guī)律。淺層地震反射波發(fā)是地震勘探中的重要方法，當(dāng)波向下傳播時(shí)，地震波遇到了不同彈性的界面，就會(huì)激發(fā)出不同的地震波形，通過(guò)反射將地震波能反饋給地震勘探儀器。地震波的傳播路徑、振動(dòng)強(qiáng)度和波形會(huì)因?yàn)閺椥孕再|(zhì)和介質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同而有所差異。反射波產(chǎn)生與介質(zhì)傳播過(guò)程中，由此推斷地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)與地層結(jié)構(gòu)可以依據(jù)接收到的反射波的履行時(shí)間和速度等相關(guān)信息，對(duì)地層與巖石形式進(jìn)行判斷。為實(shí)現(xiàn)勘探地震的目的，需全面了解反射波的振幅、速度以及頻率等數(shù)據(jù)。

在淺層地震反射勘探過(guò)程中，經(jīng)常遇到近似于水平的層狀多層介質(zhì)。這里假設(shè)有一組水平層狀介質(zhì)，在0點(diǎn)激發(fā)，S點(diǎn)負(fù)責(zé)接收，第i層的速度為Vi，厚度為Hi，那么第n層底界面反射波到達(dá)S點(diǎn)所需的時(shí)間即為通過(guò)各層的傳播時(shí)間，計(jì)算如下：

t=2 =2 （1）

式中，li——每一層中波傳播的路徑長(zhǎng)度；ai——波在每一層中的入射角，（i=1，2，…，n）。

由spell定理可知：

= =…= =p

計(jì)算得出：

cosa = =

將上式代入（1）式得：

t=2 =2 （2）

假設(shè)S點(diǎn)接收處的水平坐標(biāo)為X，則第i層反射波達(dá)到S點(diǎn)需滿足等式（3）：

X=2 =2 H tana =2 Hi （3）

式（2）為多層水平介質(zhì)時(shí)距方程，式（3）則為去除參數(shù)P后所得的方程。曲線為雙曲線，如圖1所示。

3 工程勘察實(shí)例

該工程為高層建筑建設(shè)工程，應(yīng)用地震反射波勘探方法。為了調(diào)查采空區(qū)中淺層塌陷及周邊采空區(qū)的分布情況，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大規(guī)?？辈?，勘察所得資源均作為地基地層評(píng)價(jià)依據(jù)。

3.1 淺層地震的地質(zhì)條件

該工程中的固岸護(hù)堤經(jīng)吹填平整處理后，其上覆蓋有吹填砂、凝灰?guī)r殘積粘性土等。因?yàn)樯细驳乃俣炔町愝^小，所以低層界面反射波阻抗和相鄰低層的密度基本一致，地層界面不利于反射信號(hào)的接收，干擾較多。

3.2 數(shù)據(jù)采集

淺層地震勘探過(guò)程中，需在最短周期內(nèi)采集至少4個(gè)樣值。檢波器是本次勘探使用的主要接受設(shè)備，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)條件的約束，不得在原設(shè)計(jì)點(diǎn)埋置，垂直于測(cè)線方向的1/5.1道間距內(nèi)或者是是沿測(cè)線方向位移1/10.1道間距內(nèi)。為提高地震記錄信噪比，需有效解決中低頻和高頻能量不均衡的問(wèn)題，謹(jǐn)慎選擇濾波器壓制干擾。地震剖面上的相鄰道上經(jīng)過(guò)處理后可以順利追蹤波的同一相位。對(duì)于道間距的選擇，需嚴(yán)格遵循不出現(xiàn)空間假頻的原則。因?yàn)榉瓷洳ㄕ穹鶗?huì)對(duì)著炮檢距的增大而減小，為檢測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，需盡量選擇干擾較小的地段，有效避開(kāi)折射波、聲波、面波等干擾。

3.3 野外施工方法

針對(duì)本次淺層地震反射勘探工作，需依據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，提高地震勘探的橫向分辨率。通過(guò)共反射點(diǎn)水平疊加結(jié)束，將道間距離控制在1.1m左右。由于被測(cè)區(qū)域存在干擾，經(jīng)過(guò)干擾波調(diào)查后，采用單邊激發(fā)，偏移距設(shè)置為18.1m，觀測(cè)模式為4.1次左右覆蓋。本次勘探錘擊垂直疊加次數(shù)為5～9次，設(shè)計(jì)采樣長(zhǎng)度為1024.1K，采樣率為0.21ms，模擬低切濾波為30Hz。

3.4 數(shù)據(jù)資料處理

這里的數(shù)據(jù)資料處理指的是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的原始資料進(jìn)行處理，如壓制干擾，提取地震參數(shù)、分辨率等。數(shù)據(jù)資料處理的主要目的為通過(guò)分析各參數(shù)，了解被測(cè)區(qū)域內(nèi)巖性、地下結(jié)構(gòu)等信息，得出地震剖面。

4 復(fù)雜地震反射波應(yīng)用分析

地震反射波勘探時(shí)，需注意地震波的識(shí)別。注意事項(xiàng)詳細(xì)如下：①不得將淺層折射波作為目標(biāo)層反射波；②不得將折射波后出現(xiàn)的波作為勘探目標(biāo)層的反射波進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；③若地層厚度薄，薄層上下界面反射波的時(shí)間與波形周期相較較小，則需分辨準(zhǔn)確；④參照正演時(shí)距曲線對(duì)目標(biāo)層反射波進(jìn)行識(shí)別。

若勘探采集數(shù)據(jù)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯地震反射波，則可以采用如下方案予以解決：①依據(jù)初步建立的地質(zhì)模型建立正演時(shí)距曲線，并設(shè)置最佳的采集窗口；②采用組合檢波器；③更換震源，探尋最佳的激振方法；④若地質(zhì)模型與實(shí)際差異大，需對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行修正。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，淺層地震反射波法是當(dāng)前較為經(jīng)濟(jì)、便捷的工程勘察方法，可準(zhǔn)確獲得工程地質(zhì)勘察信息，全面了解地質(zhì)情況，結(jié)合其他物探方法保證鉆探資料準(zhǔn)確無(wú)誤。需注意的是，在野外作業(yè)時(shí)，盡量排除干擾。在后期數(shù)據(jù)處理中，需仔細(xì)識(shí)別反射波，對(duì)反射波的位置進(jìn)行分析和判斷，確?？碧浇Y(jié)果符合實(shí)際。

參考文獻(xiàn)

[1]王振東.淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù).北京：地質(zhì)出版社，1988.

[2]王慶海，徐明才.抗干擾高分辨率淺層地震勘探.北京：地質(zhì)出版社，1991.

[3]陸基孟.地震勘探原理[[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

[4]齊俊峰，朱新平.淺層地震勘探方法在采空區(qū)勘查中的應(yīng)用[J].露天采礦技術(shù)，2002（1）.

收稿日期：2018-8-14

作者簡(jiǎn)介：梁 暢（1988-），男，從事水工環(huán)地質(zhì)工作。