關(guān)于橫波地震勘探在城市隱伏斷裂探測(cè)中的運(yùn)用探討

鐘 俊, 李必鑫, 朱存金, 張曉星

(1.四川省華地建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610081； 2.四川九○九建設(shè)工程有限公司，四川 綿陽(yáng) 621000)

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)城市建設(shè)已經(jīng)邁入了新的發(fā)展階段，但隱伏斷裂的存在，成為了制約城市發(fā)展的重要因素。第四系是覆蓋城市的主要地層，僅通過(guò)地質(zhì)填圖的方式，很難對(duì)隱伏斷裂的位置進(jìn)行定位。在勘探淺層地震時(shí)，折射波法和反射波法較為常用，兩種方法各具優(yōu)勢(shì)。反射波法可以分為縱波與橫波反射為兩種。在覆蓋層較淺的區(qū)域，橫波發(fā)射的優(yōu)點(diǎn)較為顯著，因此，對(duì)此項(xiàng)課題進(jìn)行研究，具有十分重要的意義。

1 測(cè)試地區(qū)的地質(zhì)情況介紹

本文以國(guó)內(nèi)某城市為例，對(duì)橫波地震勘探的應(yīng)用進(jìn)行研究。該城市的出露地層主要以新生界第四系為主，出露基巖巖性為大面積灰白色中粗?；◢弾r。城市內(nèi)部分布了大量的第四紀(jì)松散沉積物，具有非常復(fù)雜的類型，主要以河口三角洲沉積為主，局部存在陸相沉積。此外，在城市地貌上，斷裂存在明顯的反映。航片顯示的山谷山脊線性影像較為清晰。并且，該斷裂帶存在明顯的航磁反應(yīng)和地磁異常[1]。

測(cè)試地區(qū)擁有良好的地表?xiàng)l件，有利于地震勘探工作的開(kāi)展。地質(zhì)和物探資料表明，區(qū)內(nèi)第四系地層的厚度普遍為20 m，該地區(qū)的波阻抗界面也較為明顯，在這些界面的作用下，橫波可被有效反射，故本地區(qū)具備運(yùn)用橫波地震勘探技術(shù)的條件。

2 勘探原理及方法

2.1 橫波反射法的原理

向地層發(fā)射橫向地震波，由地震勘探儀器記錄被巖層反射的地震波各項(xiàng)參數(shù)，就是橫波發(fā)射法的原理。這里所說(shuō)的參數(shù)主要是指地震波的傳播途徑、振幅、頻率和參數(shù)等，如果反射介質(zhì)不同，這些參數(shù)也會(huì)出現(xiàn)差異， 因此，分析這些參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地層類型和分布特征的有效推斷，工程地質(zhì)勘查的目的也會(huì)隨之實(shí)現(xiàn)。反射面深度會(huì)對(duì)反射波時(shí)間產(chǎn)生直接的影響，將這個(gè)原理作為依據(jù)，可對(duì)地層埋深和起伏情況進(jìn)行明確。目前，多次覆蓋技術(shù)是反射法觀測(cè)所采用的主要技術(shù)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為消除多次干擾[2]。

2.2 選擇野外施工參數(shù)

本次試驗(yàn)所采用的數(shù)據(jù)收集設(shè)備為國(guó)外生產(chǎn)的數(shù)字地震儀，這種地震儀相較于常規(guī)地震儀，具有更大的動(dòng)態(tài)范圍。在應(yīng)用過(guò)程中，引發(fā)波形畸變的概率較小，同時(shí)還具有多種功能，主要包括低通濾波、模擬帶通濾波和假頻抑制等功能。在使用時(shí)還可根據(jù)需要，調(diào)整排列長(zhǎng)度和道距。此外，其具有的分布式設(shè)計(jì)方式為在野外應(yīng)用創(chuàng)造了有利的條件。本次試驗(yàn)在檢測(cè)橫波時(shí)所使用的裝置為28 Hz橫波傳感器。

為獲得精準(zhǔn)的探測(cè)結(jié)果，需要設(shè)計(jì)合理的淺層地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)。在這一理念的指導(dǎo)下，應(yīng)開(kāi)展長(zhǎng)排列實(shí)驗(yàn)來(lái)確定橫波反射參數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和工區(qū)干擾波波組、勘探深度和有效距離，選擇最符合觀測(cè)需求的窗口，達(dá)到勘探目的。

在進(jìn)行長(zhǎng)排列實(shí)驗(yàn)時(shí)，所采取的系統(tǒng)為錘擊疊加系統(tǒng)，其道間距為1 m，中間放炮，偏移距離1m，濾波通帶以全通為主，每次采樣的間隔時(shí)間為0.25 ms，記錄長(zhǎng)度可達(dá)1 024 m。擴(kuò)展排列試驗(yàn)和干擾背景調(diào)查表明，可根據(jù)不同干擾波的分布特征，選擇合適的炮檢距參數(shù)。在觀察長(zhǎng)排列時(shí)間剖面圖后發(fā)現(xiàn)，反射波同向軸在170～260 ms之間的表現(xiàn)較為顯著，但0～24和80～96樁號(hào)間很難接收較強(qiáng)的反射波能量，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，分別抽取了2 m道間距排列96道和24道，在對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，在后一組的間距排列中，能量的集中程度較高，記錄十分清晰，因此，本次探測(cè)主要選擇長(zhǎng)度為24道2 m道間距。為了對(duì)城市斷裂地層進(jìn)行探測(cè)，本次探測(cè)所布設(shè)的地震測(cè)線總共有兩條，分別記作地震01和地震02。

2.3 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

數(shù)據(jù)處理技術(shù)的步驟如下：第一，解編碼；第二，預(yù)處理；第三，球面擴(kuò)散補(bǔ)償；第四，疊前濾波；第五；道間平衡；第六，CDP道集抽?。坏谄?，分析波速；第八，校正；第九，精校自動(dòng)剩余；第十，疊加；第十一，疊后濾波；第十二，處理修飾；第十三，AGC；第十四，打印剖面；第十五，初步解釋；第十六，輸出時(shí)間剖面。

在上述步驟中，主要節(jié)點(diǎn)包括預(yù)處理、疊前濾波、道間平衡、CDP道集選排和速度分析。其中，速度分析所采用的方法是相似性頻譜分析法，在選擇速度節(jié)點(diǎn)時(shí)，間隔應(yīng)該以10個(gè)炮點(diǎn)為宜。如果炮點(diǎn)的差異較大，速度節(jié)點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)增加。與此同時(shí)，還要將反射波同相軸疊加能量最強(qiáng)的原則作為依據(jù)，拾取疊加速度，并在此基礎(chǔ)上完成同向相軸校正，也即將同向軸校正到正常位置的拾取疊加速度，就是同相軸最合適的速度[3]。

3 地震時(shí)間剖面解釋和驗(yàn)證

3.1 地震時(shí)間剖面解釋

對(duì)野外采集的資料進(jìn)行數(shù)字化處理后，獲得水平疊加后的時(shí)間剖面，這也是橫波地震勘探成果，可用于地震解釋。通常情況下，對(duì)比時(shí)間剖面上的波，可得到反射層構(gòu)造形態(tài)。同時(shí)，還能據(jù)此確定斷層實(shí)際分布和接觸關(guān)系。在識(shí)別斷裂的過(guò)程中，所依據(jù)的內(nèi)容有如下幾種：一是反射波同相軸錯(cuò)位；二是同相軸在短時(shí)間內(nèi)增加或完全消失；三是同相軸突變；四是同相軸出現(xiàn)扭曲、合并等現(xiàn)象。依據(jù)與本次橫波地震探測(cè)有關(guān)的資料和各測(cè)線的地震時(shí)間剖面，可對(duì)比反射相位和追蹤同相軸。其中，確定基巖面反射相位屬于重點(diǎn)內(nèi)容，而對(duì)比分析覆蓋層內(nèi)反射層位，并完成時(shí)間解釋剖面圖的繪制，則屬于次要工作。

地震測(cè)線01的時(shí)間剖面如圖1所示，在觀察下圖后可知，在該圖中，反射波組的數(shù)量為兩個(gè)，分別標(biāo)記為T1和T2，其中，前者的連續(xù)性并不強(qiáng)，其界面主要由黏土層和風(fēng)化層組成，雙程時(shí)間為150 ms。同時(shí)，反射強(qiáng)弱相間在樁號(hào)180～200之間出現(xiàn)；后者屬于基巖界面，具有良好的反射波組連續(xù)性，雙程時(shí)間為180 ms。以地質(zhì)資料作為依據(jù)，可以判定T1層屬于典型的強(qiáng)風(fēng)化層，具體表現(xiàn)為橫波在190樁號(hào)出現(xiàn)了錯(cuò)誤判斷，而導(dǎo)致此類問(wèn)題出現(xiàn)的原因?yàn)閿嗔选?/p>

圖1 地震01的時(shí)間剖面

地震測(cè)線02的時(shí)間剖面如圖2所示，在該圖中，反射波組的數(shù)量為兩個(gè)，分別標(biāo)記為T1和T2，其中，前者的連續(xù)性強(qiáng)，其雙程旅行所消耗的時(shí)間為190～330 ms，界面的起伏程度較大，且十分清晰。錯(cuò)斷現(xiàn)象發(fā)生的位置為樁號(hào)30～34之間，錯(cuò)端的雙4程時(shí)為120 ms。

圖2 地震02的時(shí)間剖面

3.2 鉆探驗(yàn)證

根據(jù)探測(cè)結(jié)果，分別在地震01線樁190號(hào)和地震02線樁30號(hào)處進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，如圖3所示。鉆探結(jié)果表明，探測(cè)區(qū)域的斷裂位置與橫波地震探測(cè)結(jié)果大致相同。具體表現(xiàn)為鉆孔ZK01剖面顯示在孔深21 m處，存在破碎巖，且這些巖石的形狀主要為棱角狀，繼續(xù)向下，發(fā)現(xiàn)巖芯破碎程度較高，由此可見(jiàn)，鉆探結(jié)果與地震剖面的反映趨于一致。

圖3 鉆探結(jié)果

4 結(jié)論

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，地震探測(cè)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在進(jìn)行城市隱伏斷裂探測(cè)時(shí)應(yīng)用橫波地震勘探可取得良好的結(jié)果。因此，建議有關(guān)單位重視對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究和運(yùn)用。