浅层地震反射波法在工程预选厂址中的应用

2022-09-12

随着社会的进步和科技的发展我们对于工程的建设有了更加严格和更加深远的要求, 必须对被选场址的水文、环境地质等进行全面勘查和评价。浅层地震反射波法不仅具有分辨率高、勘探深度范围大、成果直观等明显优点, 并且与地震折射相比, 具有不受低速夹层和工作盲区等条件限制之优势, 因而受到了广泛的关注, 其应用领域涉及到基础建设的各个方面。特别是在基岩面和地下构造勘探、地下空洞和不良地质体探测等方面, 具有十分显著的应用效果[1~3], 是水、工、环物探方法中最重要最常用的方法之一。

本文将以某天然气工程预选址的候选厂区例, 详细阐述该方法在工程选址中的实际应用。

1 浅层反射波法原理

浅层地震反射波法是利用地震波在弹性介质传播的理论, 通过人工在地面激发地震波向地下深处传播, 遇弹性或密度不同的介质分界面, 就会产生波的反射;用检波器接收反射波信号并由电缆线传输到浅层地震仪。然后进行时频特征和振幅特征分析, 便能了解到地下地质体的特征信息, 从而达到工程地质勘察的目的。

2 工区地质概况及地球物理特性

2.1 地质概况

工区内第四系覆盖层广泛分布 (主要为杂填土、种植土、淤泥、粉质粘土、粘土、砾质粘性土等, 按成因可分为人工填土层、海陆交互相沉积层、冲洪积层和坡残积层等四种) , 基岩为白垩系下统 (K1b) 泥岩、砂层 (以泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩为主, 局部为含砾粉砂岩, 岩质较软, 根据其风化程度可分为全风化、强风化、弱风化、微风化四个岩带) 和二叠系 (P) 混合岩、花岗片麻岩 (岩质坚硬, 根据其风化程度可分为全风化、强风化、弱风化、微风化四个岩带) 等。

2.2 地球物理特征

对纵波反射而言有:填筑土——淤泥、强风化岩——中风化岩之间、中风化岩——微风化岩之间三个界面。对横波反射而言有:填筑土——淤泥、全风化岩——强风化岩之间、强风化岩——中风化岩之间三个界面。可以看出本区开展浅层地震勘探工作具有较好的地球物理前提, 区内存在明显波阻抗差异的地层界面 (强反射界面) 。

3 野外工作方法评述

本次仪器采用美国Geometrics公司的StratView R24浅层地震仪, 重庆地质仪器厂的CDJ-Z100型纵波检波器和SN4D-28HZ型横波检波器。

野外数据采集时, 需对各种干扰予以识别和压制、获得分辨率和信噪比合格的记录是浅层地震反射法成功的关键。数据采集质量的好坏将直接关系到勘探成果的精度, 而数据采集又取决于野外观测系统和仪器参数的准确选择。经过工区典型性试验, 对干扰波 (面波、声波及其他不规则波) 进行了频率和速度分析后, 设计工作参数为:

(1) 纵波反射法:采样间隔:0.25ms;记录长度:1024ms;滤波通带:70Hz~500Hz;本次采用6次覆盖观测系统、落锤震源激发、锤击开关触发。观测系统如图1所示, 具体为炮间距4m、道间距2m、24道单边接收的6次覆盖观测系统。偏移距根据试验成果, 在20m~30m之间选择。

(2) 横波反射法:采样间隔:1.0ms;记录长度:2048ms;滤波通带:0Hz~250Hz;

采用6次覆盖观测系统、锤击震源激发、锤击开关触发。观测系统如图2所示, 具体为炮间距2m、道间距1m、24道双边接收的6次覆盖观测系统。偏移距根据试验成果选择为6m。

4 数据处理

纵波反射的处理流程为:解编→预处理→折射静样正→叠前滤波→道间平衡→抽CDP道集→速度分析→动校正→自动剩余静校→叠加→叠后滤波→修饰处理→AGC→剖面打印→初步解释→时间剖面输出。

叠前滤波为频率带滤波, 滤波的截止由原始记录中的频谱分析结果决定, 滤波通带一般在70Hz~150Hz之间。

频率滤波可有效地压制随机干扰和部分规则干扰 (声波、面波) 。频率滤波后面波和声波成分明显减少, 有效反射波组得以突出加强、层次更清楚。

动校正的速度来自速度扫描分析, 从扫描输出的时间剖面中根据叠加能量最强的原则拾取叠加速度, 本区的叠加速度在 (1250~1350) m/s之间。

自动剩余静校正采用地表一致性静校, 最大静校量小于半波长。做好剩余静校正工作是资料处理中的关键环节, 需要与速度分析一起进行多次迭代计算, 用来消除野外静校正后的剩余随机时差。我们较好的解决了这一问题。应用剩余静校正后的资料效果明显改善, 剖面同相轴连续性得到改进, 信噪比明显提高。

叠后滤波主要滤除动校时拉伸畸变的波组, 一般为低切滤波, 截止频率与叠前一致或者稍低。

AGC以时变的方式分时窗来显示振幅, 能突出最强能量反射波组以下波组情况。一般分16~32个时窗来显示。

横波反射的处理流程为:解编→预处理→球面扩散补偿→叠前滤波→道间平衡→抽CDP道集→速度分析→动校正→自动剩余静校→叠加→叠后滤波→修饰处理→AGC→剖面打印→初步解释→时间剖面输出。

叠前滤波为频率带滤波, 滤波的截止由原始记录中的频谱分析结果决定, 滤波通带一般在10Hz至50Hz之间。

球面扩散补偿校正球面扩散影响。从炮点出发的地震波经过大地的滤波作用等, 使得地震波随着传播距离增加, 能量有所下降, 频率有所降低。球面扩散补偿正是解决这一问题的有效途径。经球面扩散补偿校正后, 深层反射波能量有所加强, 层次更加清楚。

动校正的速度来自速度扫描分析, 从扫描输出的时间剖面中根据叠加能量最强的原则拾取叠加速度, 本区的叠加速度在 (135~145) m/s之间。

自动剩余静校正采用地表一致性静校, 最大静校量小于半波长。

叠后滤波主要滤除动样时拉伸畸变的波组, 一般为低切滤波, 截止频率与叠前一致或者稍低。

AGC以时变的方式分时窗来显示振幅, 能突出最强能量反射波组以下波组情况。一般分16~32个时窗来显示。

在资料处理过程中, 速度分析与静校正对处理结果影响较大。为了通过CDP迭加提高信噪比, 反射波相位不允许有大的偏差, 尤其是静校正, 因原来相位差较大, 更需准确地确定校正量, 以提高分析精度。速度分析工作是资料处理重要的一环, 地震波速度的纵向的分布以及它的准确性, 决定了浅层地震勘探的质量和精度。进行常速扫描是选取叠加速度是一种比较直观方法, 依据动校正结果结合所掌握的地质资料初步选取叠加速度, 并以此进行动校和叠加处理。

5 资料解释

野外采集的地震资料, 经过上述的数字处理之后, 得到的主要成果资料是经过水平叠加 (或偏移叠加) 的时间剖面。

图3为某测线纵波的地震反射时间剖面。在异常点处, 基岩中等风化顶面的反射波组 (T1, 用绿色背景表示) 出现连续性突变, 反射同相轴错断的现象。T1波组以上的反射同相轴, 能量较弱, 但连续性尚好。

为验证此断点的位置、规模及活动性, 在该区段做了横波反射波法地震勘探, 从图4中可见, T01、T02两个地层波组可连续追踪, T0反射波组同相轴无明显错断。推断异常点为规模较小、倾角较陡、断距较小的断层, 但并未错断第四系覆盖层, 初步判断为非活动性断层。

钻探资料揭露, 于孔深29.4m见强风化花岗片麻岩, 于孔深47.0m见中风化花岗片麻岩。其中中风化层和微风化层中节理面上均见擦痕。

6 结语

本次使用浅层地震反射波法勘探, 比较准确地查明了候选厂址区内第四纪覆盖层厚度、强风化层厚度以及是否存在隐伏断层、不良工程地质等现象, 为工程设计和可行性研究提供了有用的资料。实践表明, 对于浅层地质构造和基岩面的勘探浅层地震反射波法是一种准确、高效、经济的工程物探方法, 但由于纵波反射法对薄层的分辨能力有限, 横波测线较短。对于规模较小的断层, 特别是断距较小的断层, 纵波反射法可能遗漏。如何提高勘探精度和保证成果可靠性是一个重要课题。在实际工作中, 还需要通过有效性试验来合理选择工作技术参数、采用高频波和缩短反射波长以提高纵向分辨率、加大测线密度以提高横向分辨率以及合理有效地进行预处理与速度分析、计算。

摘要：浅层地震反射波法在基岩面和地下构造勘探、地下空洞和不良地质体探测等方面, 具有十分显著的应用效果。能为公路、机场、高层建筑等工程选址提供可行性研究和工程规划的基础资料, 是一种科学而经济的技术手段。本文以某工程预选址工程为例, 详细叙述浅层地震反射波法进行工程勘察的方法和技术在实际应用中的良好效果。

关键词：纵波,横波,时间剖面