地震映像法在徐州地鐵斷裂帶探測中的應(yīng)用

曹 靜，吳燦燦,2，梁洪波

（1.宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽宿州234000；2.中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇徐州221000；3.徐州中國礦大巖土工程新技術(shù)發(fā)展有限公司，江蘇徐州221000）

0 引言

在城市地鐵軌道交通的建設(shè)中，會遇到斷層、破碎帶等不良地質(zhì)情況，且施工環(huán)境大多處于隱蔽條件下，極有可能會出現(xiàn)塌方、涌水等地質(zhì)災(zāi)害[1]。地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)會伴隨一定的財產(chǎn)損失，更嚴(yán)重地會造成人員傷亡等惡劣的社會影響。所以，在城市軌道交通的建設(shè)前期進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，了解地質(zhì)災(zāi)害的空間分布、影響范圍等對后期的施工指導(dǎo)具有重要的意義[2]。

對于城市軌道交通地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查，一般選擇效率高的地球物理方法，如電法[3]、地質(zhì)雷達(dá)[4]、瞬變電磁法[5]和地震[6-8]等。然而，由于施工條件和探測精度要求，本文以徐州地鐵某區(qū)間復(fù)雜地質(zhì)條件的災(zāi)害調(diào)查為例，采用地震映像法開展對斷裂帶賦存情況的探測，通過鉆探驗(yàn)證了方法的有效性。

1 工區(qū)概況

徐州位于華北地臺南緣徐州褶皺束的中段，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要有北東—北北東向和北西—北西西向兩組。北東—北北東向斷層大多屬于逆斷層，北西—北西西向斷層大多屬于正斷層（圖1）。地貌單元為河流相沖積隴狀高地（廢黃河高漫灘）地貌單元，地形平坦，擬建地鐵某區(qū)間段在徐州市郊境內(nèi)，地層下伏主要為灰?guī)r，局部夾有頁巖。

圖1 徐州市區(qū)域構(gòu)造圖

2 探測方法與數(shù)據(jù)采集

2.1 地震映像法

地震映像是在反射波法的基礎(chǔ)上選擇最佳偏移距，采用相同的偏移距以測點(diǎn)位置逐步移動，接收來自地下的地震波信號[9]。對探測區(qū)段，一般采用單點(diǎn)激發(fā)單點(diǎn)接收[10]，保持收發(fā)距不變整體移動一定距離（點(diǎn)距），可以得到地震映像的時間剖面信息，如圖2所示。

圖2 地震映像反射探測原理

對于淺層（80 m以內(nèi)）的地質(zhì)勘查，地震映像法比地質(zhì)雷達(dá)的勘探深度大，比電法的分辨率高[11]，成果解釋可靠性相對較高，應(yīng)用前景廣泛，如對采空區(qū)、斷裂帶、管道等，取得了良好的效果[12]。

地震映像方法中，常用反射波作為主要的有效波，由于基巖與上部粘土存在很大的波阻抗差異，地震波會反射回來，完整基巖面在地震時間剖面表現(xiàn)為反射波同相軸連續(xù)，反射振幅強(qiáng)；當(dāng)斷裂帶存在時，地震時間剖面表現(xiàn)局部反射波同相軸不連續(xù)、扭曲、能量弱，甚至出現(xiàn)“空白”[13]。

2.2 數(shù)據(jù)采集

2.2.1 參數(shù)試驗(yàn)

為了獲得最佳偏移距，本次進(jìn)行了試驗(yàn)工作，試驗(yàn)參數(shù)如表1。

表1 試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)處理所得剖面如圖3所示，可以看出近道干擾波的影響較大，偏移距8 m后在反射波受影響已經(jīng)較小，考慮到偏移距越大，能量越弱，在保證反射波清楚的情況下，盡量選擇小的偏移距，因此，本次偏移距選擇10 m。

圖3 試驗(yàn)處理剖面

2.2.2 測線布設(shè)

本次地震映像檢測工作按路段及其地面建筑物測線布置6條，方向均為西-東方向，測線平面位置見圖4。

圖4 測線平面位置

3 數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量是提高解釋結(jié)果可靠程度的前提。避免一定的干擾后，利用VISTA5.5處理數(shù)據(jù)，為恢復(fù)真振幅提高分辨率采用反褶積處理，通過一維頻譜來獲取勘探區(qū)的有效波和干擾波頻帶，等偏移距高精度校正來消除偏移距的影響[14]。經(jīng)過以上處理后能夠有效地壓制隨機(jī)干擾，提高信噪比和分辨率。對于地震映像數(shù)據(jù)處理手段一般用數(shù)字濾波、反濾波、偏移繞射處理和增強(qiáng)處理等。

4 結(jié)果與分析

圖5為本次地震映像測線L1-L6時間剖面圖，地震時間剖面上存在一組震相清楚的強(qiáng)反射波，且反射波同相軸連續(xù)，為基巖面的反射波（圖中黑色虛線標(biāo)出）。

圖5 測線L1-L6地震映像時間剖面圖

通過圖5的6條地震映像時間剖面圖可以看到：距離測線L1線起始端80-105 m處，同相軸缺失，推斷為F1廢黃河斷層位置；距離L5線起始端60-105 m處，反射相位增加，推斷為破碎帶；距離L6線起始端0-40 m處，反射相位紊亂，推斷為破碎帶。

由于地球物理方法的解釋存在多解性，所以，條件允許的情況下，用鉆孔加以驗(yàn)證勘探結(jié)果的正確性，而地震勘探得到的結(jié)果能補(bǔ)充鉆探工作。為了進(jìn)一步推斷廢黃河斷層的確切位置，使用鉆探成果對比分析地震時間剖面。

鉆孔得到的地層柱狀圖從地表向下，顯示了五個基本層序：耕土→粉土→黏土→粉砂→黏土→基巖。

通過鉆探資料的驗(yàn)證，測線L1-L6的基巖橫向連續(xù)性較好，基巖頂面基本上是水平方向延展，反射波同相軸連續(xù)，能量較強(qiáng)，地震映像的時間剖面反射波信息和鉆孔地質(zhì)剖面圖的粉砂層頂界位置對應(yīng)。鉆探結(jié)果和地震映像時間剖面對應(yīng)的地質(zhì)分層信息相符。

5 結(jié)論

本文所檢測場地基巖面大部分區(qū)域反射波震相清晰可見，所探測目的層的反射波可靠。部分區(qū)域受場地和接地條件等的制約，偏移距變化對探測效果具有影響。精度和分辨率最高的地震勘探方法也避免不了存在多解性的問題，在地震認(rèn)識指導(dǎo)下的鉆孔聯(lián)合地質(zhì)剖面能夠取得直接的證據(jù)，同時鉆探賦予地震勘探以地質(zhì)含義并驗(yàn)證地震勘探結(jié)果的正確性。通過鉆孔地質(zhì)剖面圖驗(yàn)證，地震映像的斷層位置與斷層信息吻合度較高，且兩者的分層對應(yīng)關(guān)系良好。地震映像與鉆孔資料的結(jié)合，為本區(qū)后期的勘探提供了較可靠的反射波信息，利于查明廢黃河斷裂帶的具體分布范圍。