淺層地震反射波法在地質(zhì)工程勘探中的應(yīng)用

楊建國

【摘 要】淺層地震反射波法已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘查中，本文簡要闡述了在工程勘察中的實際應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】反射波法；工程勘查；基本原理

1、淺層地質(zhì)反射波法的基本原理

地震反射波法是基于反射波法中的最佳偏移距技術(shù)發(fā)展起來的一種常用淺地層勘探方法。這種方法可以利用多種波作為有效波來進(jìn)行探測，也可以根據(jù)探測目的要求僅采用一種特定的波作為有效波。在這種方法中，每一測點的波形記錄都采用相同的偏移距激發(fā)和接收。在該偏移距處接收到的有效波具有較好的性噪比和分辨率，能夠反映出地質(zhì)體沿垂直方向和水平方向的變化。

淺層地震反射波法是地震勘探方法中的一種。在地表向下激發(fā)地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ㄏ蛳聜鞑ビ龅綇椥圆煌姆纸缑鏁r，就會發(fā)生反射，地震勘探儀器記錄這些反射地震波。由于反射波在介質(zhì)中傳播時，其傳播路徑、振動強(qiáng)度和波形將隨通過介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和彈性性質(zhì)的不同而變化，根據(jù)接收到的反射波旅行時間和速度資料，就能推斷解釋地層結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)，而根據(jù)反射波的振幅、頻率、速度等參數(shù)，則可以推斷地層或巖石的性質(zhì)，從而達(dá)到地震勘探的目的。

2、參數(shù)選擇的基本原則

2.1數(shù)據(jù)采集

淺層地震勘探根據(jù)不同的地質(zhì)環(huán)境和勘探要求，使用時采用的方法不同，應(yīng)用的效果取決于野外工作參數(shù)（采樣率、道間距、偏移距）的選擇，震源能量等。這些參數(shù)由野外試驗工作來選定。

○1震源。在激發(fā)時，對震源一般有兩個要求：一是激發(fā)力要豎直向下；二是激發(fā)裝置或藥包與大地耦合要好。

○2檢波器。接收設(shè)備（主要是檢波器）除接觸條件外，它的埋置盡量達(dá)到最佳的耦合，如果由于條件限制不能埋置在原設(shè)計點位時，沿測線方向位移1∕10道間距內(nèi)或垂直于測線方向的1∕5道間距內(nèi)。

○3分辨率。為保證記錄有效信號不畸變，每個最短周期內(nèi)至少要采集4個樣值，而且還要考慮記錄長度問題，因為不能選擇過高的采樣率，以免點數(shù)太多，出現(xiàn)儀器存儲容量不夠或增加不必要的勘探成本。

○4濾波器。工程數(shù)字地震儀一般均設(shè)有低通、高通、帶通、全通等模擬濾波器。為提高地震記錄的信噪比，改善記錄頻譜中高、低頻能量的不平衡狀況，可根據(jù)實際干擾波調(diào)查的結(jié)果，選擇合適的濾波器，以壓制干擾。

○5最佳接收段。為了有效地避開面波、聲波、直達(dá)波和折射波對反射波的干擾，可把接收地段選擇在盡可能不受或少受各種干擾波影響的地段，這種最佳接收地段又稱為"最佳時窗"。反射波振幅隨炮檢距的增大而減小，相位隨炮檢距的增大而基本保持不變?？梢?，最佳時窗的選取關(guān)鍵在于選取接收排列的兩個端點，即選擇偏移距和最大炮檢距。根據(jù)經(jīng)驗確定，即最大炮檢距不應(yīng)大于主要目的層埋深的1～1.5倍。

○6道間距。道間距的選取總原則是經(jīng)過處理后能在地震剖面的相鄰道上可靠地追蹤波的同一相位并且不出現(xiàn)空間假頻，根據(jù)采樣有：

式中，K*min為最短視波長；V*為波傳播的視速度；f*max為波的最高視主頻。

○7偏移距。偏移距選擇由實驗決定。下面是試驗效果圖，分別記錄了0m、5m、10m偏移距的單炮記錄。從圖1中清晰發(fā)現(xiàn)0m偏移距的反射波的振幅和相位相比10m偏移距的效果差，受震源干擾大。綜合比較，10m偏移距的單炮記錄圖受干擾波影響較小，反射波同相軸清晰連續(xù)，因此，選用10m偏移距會有更好的探測效果。

圖1偏移距單炮記錄

○8覆蓋次數(shù)。提高覆蓋次數(shù)能夠有效地提高記錄的信噪比，高對多次波的壓制能力，且對地震波的高頻成分影響不大，因此數(shù)據(jù)采集中，要全面考慮記錄的信噪比和勘探費(fèi)用，在滿足具有較高記錄信噪比的條件下，應(yīng)盡可能采用較低的覆蓋次數(shù)。

2.2數(shù)據(jù)處理

地震資料數(shù)字處理是指用計算機(jī)對采集的原始資料進(jìn)行以壓制干擾、提高信噪比和分辨率、提取地震參數(shù)為目的的一整套處理方法和技術(shù)。它可為資料解釋提供反映地下結(jié)構(gòu)和巖性等的地震剖面和參數(shù)，它主要包括數(shù)字濾波、速度分析、校正、疊加和偏移處理。

3、工程實例

3.1場區(qū)物理條件

某工程勘查的地質(zhì)目的，是查明場區(qū)的第四系厚度及分層、場區(qū)的基巖起伏形態(tài)及風(fēng)化程度、隱伏斷層走向及發(fā)育規(guī)模、不良工程地質(zhì)現(xiàn)象等。

表1是各地層縱波的速度參數(shù)。由表1可見，各地層之間存在明顯的波阻抗差異和波速差異，可形成反射界面，具備了淺層地震反射的地球物理條件。

3.2野外數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

本次施工采用48道工程地震儀，用固有頻率為40Hz的縱波檢波器。根據(jù)勘探任務(wù)和地形條件，依據(jù)參數(shù)選擇的基本原則，經(jīng)過工區(qū)典型性試驗，本次淺層反射波法采用共深度點6次覆蓋觀測系統(tǒng)，單邊放炮方式。選擇的工作參數(shù)為：偏移距10m，道間距5m，以模擬濾波全通方式進(jìn)行記錄，采樣率0.1 ms，記錄長度204.8ms。采用錘擊震源多次疊加的激發(fā)方式。工區(qū)測線布置，橫線六條，縱線六條，測線均勻布置在廠址區(qū)，并穿越重點工程部位。

3.3資料解釋

圖2是場區(qū)某測線的時間剖面，縱軸表示時間，橫軸表示CDP號。從剖面圖我們可以看出，反射層次齊全，同相軸連續(xù)，資料信噪比高，地層起伏變化清晰，剖面反映的地質(zhì)現(xiàn)象是可信的。圖3是廠址某測線的成果剖面圖，縱軸表示高程，橫軸表示測線長度。結(jié)合物探資料可作如下推斷：○1淺層覆蓋物：波速在400～700m∕s之間，主要為粘土層，厚度在10m左右；○2波速在800～1500∕s之間，主要為卵石層，厚度在5m左右；○3強(qiáng)風(fēng)化層：波速在1600～2300m∕s之間，主要是泥巖，厚度2～4m左右；○4中風(fēng)化層：波速在2400～3200m∕s之間，主要是砂泥巖互層，厚度20m左右；○5微風(fēng)化層：波速3300～3800m∕s，屬于砂泥巖互層。

圖2 廠址某測線的時間剖面

圖3 廠址某測線的成果剖面

綜合其他測線結(jié)果，可以看出：○1 基巖埋深約在15m左右；○2縱向上分層較為清楚；○3泥巖層中央有薄層砂巖，薄砂巖與泥巖層呈指狀交叉，有小透鏡狀的尖滅存在；○4該場區(qū)不存在斷層以及其他不良地質(zhì)現(xiàn)象。

4、結(jié)束語

通過該工程實例，選擇合理的工作參數(shù)，較準(zhǔn)確地查明了第四系覆蓋物厚度、強(qiáng)風(fēng)化層厚度以及是否存在隱伏斷層、不良工程地質(zhì)等現(xiàn)象。

對于高分辨率勘探，一般精度要求較高，應(yīng)盡量采用小道間距，小偏移距多次覆蓋次數(shù)觀測。在實際工作時，一定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，通過典型性試驗來選擇參數(shù)；考慮到有些復(fù)雜的地質(zhì)條件，比如地層起伏較大，上覆地層復(fù)雜時，則需要對多個地段做試驗分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]王治華.地震映像法及其應(yīng)用[J].物探與化探，2008（6）.

[2]周竹生，蔣嬋君，郭有剛.淺層地震反射波法在隧道工程勘探中的應(yīng)用.勘察科學(xué)技術(shù)，2008，（6）：62～64.