淺層地震勘探折射波法資料解釋中t0法的程序?qū)崿F(xiàn)

摘 要：折射波法在淺層地震勘探中被廣泛應(yīng)用，而t0法是折射波法資料解釋的常用方法之一，本文簡(jiǎn)單介紹了t0法的原理，并應(yīng)用Visual Basic程序開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了該方法的編程設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于實(shí)際工作中，方便的了折射波法資料的解釋。

關(guān)鍵詞：淺層地震；t0法；折射波法

中圖分類號(hào)：U452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）17-0213-02

前 言

淺層地震折射波法是地震探測(cè)常用方法之一，在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查中被廣泛應(yīng)用。該方法常用于巖土類型的劃分及推斷覆蓋層的厚度、基巖起伏、潛水面深度等。實(shí)際工作中，地震折射波法的資料解釋是獲得準(zhǔn)確探測(cè)效果的關(guān)鍵。而t0法是淺層地震折射波進(jìn)行資料解的主要方法之一，該解釋方法具有快速簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹了t0法的原理，并采用Visual Basic程序開發(fā)工具，以雙重相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)二層地質(zhì)結(jié)構(gòu)覆蓋層波速V1、基巖層波速V2及折射界面深度h的自動(dòng)計(jì)算。使to法更方法便捷地應(yīng)用折射波的資料解釋中。

1 方法原理

1.1 淺層地震折射法原理

淺層地震折射波法是一種研究人工震源所激發(fā)產(chǎn)生的折射波在地下巖層、土壤或其他介質(zhì)中傳播規(guī)律，以探測(cè)淺部地質(zhì)構(gòu)造或測(cè)定巖、土力學(xué)參數(shù)的地球物理方法。當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^波速不同的介質(zhì)界面時(shí)，波就會(huì)改變?cè)瓉淼膫鞑シ较蚨a(chǎn)生折射，當(dāng)下層介質(zhì)的波速大于其上部介質(zhì)的速度時(shí)，在波的入射角等于臨界角的情況下，折射波就會(huì)沿著速度界面?zhèn)鞑?，產(chǎn)生所謂“滑行波”。這種沿著界面?zhèn)鞑サ摹盎胁ā币鸾缑嫔细髻|(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)，并以新的形式傳到地面，在地面上觀測(cè)其到達(dá)的旅行時(shí)間和接收點(diǎn)到震源的距離，就可以求出折射界面的埋深。通過折射波法可以求得界面速度，從而了解折射界面的巖石成分，進(jìn)行地層對(duì)比等。

實(shí)際工程中折射波法對(duì)激發(fā)條件的要求不如反射波法嚴(yán)格，在記錄地震波時(shí)，初至折射波在平靜的背景上出現(xiàn)，不受其它地震波的干擾，信噪比高，因此能夠準(zhǔn)確判斷折射波的波至?xí)r間。這是折射波法最大的優(yōu)點(diǎn)之一。但折射波法近炮點(diǎn)位置存在盲區(qū)，必須在盲區(qū)之外才能對(duì)折射波進(jìn)行有效觀測(cè)和識(shí)別。且折射波勘探的前提是要求波速在地層介質(zhì)下遞增。在實(shí)際工作中折射波存在相互干涉、置換嚴(yán)重，不宜于勘探大傾角構(gòu)造等局限。

1.2 資料解釋t0法原理

t0法是利用相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)獲得的正、反兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)求折射界面每個(gè)檢波點(diǎn)處的折射界面速度和深度。地震波傳播的介質(zhì)往往是多層的，為簡(jiǎn)要說明to法工作原理，本文只討論二層地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型折射波的傳播特點(diǎn)。

如圖1（a）所示，設(shè)在O1和O2點(diǎn)激發(fā)，得到兩條折射波時(shí)距曲線S1和S2，對(duì)應(yīng)于測(cè)線上的點(diǎn)S可得到折射波傳播時(shí)間，其中t1和t2分別表示為：

t1=tO ABS

t2=tO DCS

在O1點(diǎn)激發(fā)的折射波沿界面?zhèn)鞑サ竭_(dá)O2點(diǎn)的時(shí)間與折射波從O2沿相同路徑相反方向傳播到O1點(diǎn)的時(shí)間相同，稱之為互換時(shí)間T：

T=tO AB+tBC+tO DC

當(dāng)折射面R的曲率半徑比埋深大得多時(shí)，可以把SBC近似地看成是等腰三角形。從檢波點(diǎn)S繪垂直平分線Sm，則Sm等于S點(diǎn)下方折射面的法線深度h。為求這一點(diǎn)的深度h，設(shè)計(jì)t0函數(shù)的表達(dá)式為：

t0=t1+t2-T=tBS+tCS-tBC（1）

根據(jù)圖1（a）可得到：

t =t = （2）

t =2t = = （3）

將上（3）和（2）式代入（1）式，整理后得：

t = （1-sin2i）= （4）

根據(jù)S1和S2計(jì)算出的測(cè)線上各點(diǎn)的t0（x）值如圖1（b）所示。根據(jù)（4）式，界面任意一點(diǎn)的深度可用下式計(jì)算：

h= （5）

利用（5）式可以求出界面上各點(diǎn)的深度，此方法稱為t0法。（5）式中的cosi值需要V2才能計(jì)算出來，折射界面每一點(diǎn)的速度值可用下面的方法求得。

設(shè)計(jì)差數(shù)函數(shù)θ的表達(dá)式為：

θ=t -t +T

根據(jù)S1和S2計(jì)算出的測(cè)線上各點(diǎn)的θ（x）值如圖1（b）所示。由于t2是反向接收的時(shí)距曲線，應(yīng)取負(fù)值。θ函數(shù)的斜率為：

= - =| |+| |= +

= = （6）

由（6）式

V =2cos？準(zhǔn) （7）

如果折射界面傾角小于15°，則，cos？準(zhǔn)≈0，（7）式為：

V =2 （8）

因此，當(dāng)折射面起伏不大時(shí)，用（8）式可以求得折射界面的速度，在V1已知的條件下，根據(jù)t0函數(shù)，即（5）式可獲得測(cè)線上各點(diǎn)的折射界面法線深度。繪制折射面時(shí)，以各點(diǎn)的h為半徑、S為圓心作弧，圓弧軌跡切面就是折射面的可能位置。同樣地，各測(cè)點(diǎn)相應(yīng)圓弧的包絡(luò)就是所求的折射面，如圖1（b）所示。

2 程序的實(shí)現(xiàn)

通過對(duì)t0法原理推理可知，覆蓋層的波速V1與直達(dá)波的時(shí)距曲線的斜率有關(guān)，折射界面的速度V2是由差數(shù)時(shí)距曲線的斜率決定的，根據(jù)t0函數(shù)，可以計(jì)算出折射界面的深度h。t0法程序的設(shè)計(jì)正是基于上述思路，采用Visual Basic語言編寫的。

主要程序代碼如下：

Dim sjl As String

Dim n， a（）， Q（）， v2（）， k（）， h（）， t0（） As Double

Private Sub Command1_Click（）

On Error GoTo ErrHandler

CommonDialog1.ShowOpen

CommonDialog1.Filter = \"Metafile （*.txt）|*.txt\"

Open CommonDialog1.FileName For Input As #1

Do Until EOF（1）

Line Input #1， sjl

n = n + 1

Loop

ReDim a（n， 6）， Q（n）， v2（n）， k（n）， h（n）， t0（n）

Seek #1， 1

For i = 1 To n

For j = 1 To 6

Input #1， a（i，j）

Next j

Next i

ErrHandler：

End Sub

Private Sub Command2_Click（）

On Error GoTo ErrHandler

CommonDialog1.ShowOpen

CommonDialog1.Filter = \"Metafile （*.txt）|*.txt\"

Open CommonDialog1.FileName For Output As #2

v1=（5 *1000/（a（2，3）-a（1，3））+5*1000/（a（n- 1，4）-a（n，4）））/2

For i=Int（n/2） To n

S1=S1+a（i，3）-a（i，5）

w1=S1/（n-Int（n/2）+1）

Next i

For i=1 To Int（n/2）

S2=S2+a（i，6）-a（i，4）

w2=S2/Int（n/2）

Next i

If （a（n，5）-w1）>（a（1，6）-w2）Then

T=a（n，5）-w1

Else

T=a（1，6）-w2

End If

For i=1To n-1

t0（i）=（a（i，5）-w1）/1000+（a（i，6）-w2）/1000-T/1000

Q（i）=（（a（i+ 1，5）- w1）-（a（i，5）- w1））-（（（a（i+1，6）-w2）-（a（i，6）- w2）））

v2（i）=2*5*1000/Q（i）

k（i）=v1*v2（i）/（2*（Sqr（v2（i）*v2（i）-v1*v1）））

h（i）= k（i）* t0（i）

Print #2，a（i，2），-h（i），v1，v2（i）

Next i

Close 2

ErrHandler：

End Sub

上述程序是采用t0法對(duì)提取初至?xí)r間后的txt文件進(jìn)行處理，該文件是一個(gè)n行，六列的數(shù)據(jù)格式，各列分別是通道號(hào)、距離X（m）、正向端點(diǎn)時(shí)間、反向端點(diǎn)時(shí)間、正向追逐時(shí)間、反向追逐時(shí)間。

3 結(jié) 語

地震淺層折射波法的資料解釋方法有截距時(shí)間法、t0法、廣義互換時(shí)法、射線追蹤法等。在實(shí)際應(yīng)用中，只要V1準(zhǔn)確，t0、θ函數(shù)法可以不要求進(jìn)行地形校正，而且無論是對(duì)水平界面或曲率不太大的彎曲界面，此法都能適用。這些優(yōu)點(diǎn)使它成為折射波法資料解釋中常用的一種方法。上述折射波法資料的處理解釋程序是基于二層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，針對(duì)t0法所設(shè)計(jì)的，數(shù)據(jù)采集采用相遇追逐時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)。實(shí)際工作中，應(yīng)該根據(jù)場(chǎng)區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與實(shí)際記錄情況，在資料解釋時(shí)按二層介質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解釋。若是三層，則以上二層的平均速度作為第一層速度，按二結(jié)構(gòu)解釋。根據(jù)地質(zhì)情況和探測(cè)目的的不同，所使用的觀測(cè)系統(tǒng)的也不同，上述程序應(yīng)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但基本的原理和指導(dǎo)思想是一致的，即通過時(shí)距曲線的斜率求出覆蓋層波速V1，基巖層波速V2，通過V1、V2計(jì)算出折射界面深度h。在折射界面的曲率半徑比其埋深大得多的情況下，采用t0法進(jìn)行資料解釋是比較準(zhǔn)確的。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-5-14

作者簡(jiǎn)介：黃錦捷（1983-），男，壯族，廣西南寧人，中級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事地球物理勘察及地質(zhì)相關(guān)工作。