高密度地震映像技术应用实例

高密度地震映像技术应用实例

摘要：在地质勘察工作中，常常采用物探及钻探结合验证的方式，高密度地震映像法是一种采集速度快、数据解释直观的物探方法。高密度地震映像法又称地震共偏移距法，利用多种地震波作为有效波来进行探测。通过对试验剖面进行验证分析，结合大量的工程经验，能得到较好的地质体判断效果。

关键词：地质勘察；高密度地震映像法；地震波；地质体

Abstract: In the geological survey work, the geophysical prospecting and the misering combining with validation are offen used. And the high-density seismic imaging is one kind of an geophysical prospecting method with fast acquisition speed and intuitive data interpretation. It is also known as seismic co-offset method, using a variety of seismic waves as significant wave to detect. Through verifying and analyzing the test profile, and combining with a large number of engineering experience, you can get a better judgment effect of geologic body.Key words: geological survey; high-density seismic imaging method; seismic waves; geologic body

引言

高密度地震映像法又称地震共偏移距法，这种方法可以利用多种地震波作为有效波来进行探测。在多种地震勘探方法中，仅采集一种地震波的难度和处理工作量相当大，而且在分离各种波的同时，也造成了有效波的拉伸、畸变。相比其他地震勘探方法，地震映像法数据采集速度较快，资料处理过程中不需要进行校正处理，节省了资料处理时间，可以使各种波的动力学特征全部被保留，地震记录的分辨率不会受影响，这给资料解释带来极大的方便，可直接对资料进行数字解释。

本文所举工程实例是利用多种地震波的信息，综合判断地下地质体，由于每个记录道都采用了相同的偏移距，地震记录上的波的振幅、频率、同相轴变化即为地下地质体的反映。

1方法原理

最佳偏移距选择

在地震映像数据采集中，激发和接收之间的距离一般称为最佳偏移距，最佳偏移距的确定是关系测试成果成功与否的关键因素，为了获得具有高信噪比和分辨率的地震映像记录，需要使用多道地震仪在一定的接收长度上获得试验剖面，分析试验剖面上各种地震波的传播规律，确定能够最好地反映探测目标的有效波的偏移距，即为最佳偏移距。因为要利用尽可能多的信息，不同的条件下最佳偏

移距的选择原则不同。在资料解释中，最佳偏移距的大小与判断局部异常地质体的范围有直接关系。

各种波在地震映像波形图上的反映

1） 折射波

在地震映像方法中，如果在所使用的偏移距上可以接收到某一界面的折射波，由于偏移距相同，界面速度和上覆介质速度不变，折射波的传播路径及到达时间不变，在地震映像记录中，折射波的同相轴为直线，同相轴时间和波形的任何变化都与界面深度、速度和上覆介质速度的变化有关。这在只对确定基岩面埋深的工作中，可只采用折射波为有效波。地质条件复杂或要求精度较高时，仅采用折射波难以达到目的，另外，资料解释时，需要界面上下的速度参数。

2） 反射波

地震映像方法中，常用反射波作为主要的有效波。当界面水平时，反射点的位置正好在记录点上，每次激发的反射波传播时间不变，同相轴为直线。当界面深度发生变化时，反射波的传播时间会发生变化，如在断层两侧表现为突变；如果是倾斜界面，反射点的位置会偏离记录点向界面的上倾方向移动，一般根据反射波同相轴的变化情况定性推断界面的起伏情况，根据反射界面上的介质速度计算深度。

3） 面波

地震映像方法中利用的面波是在地下一定深度内从震源传播至接收点的含有多种频率成分的、有多个相位的面波群(即由多个相位组成的面波)。面波群的形态受偏移距范围内覆盖层介质密度、泊松比等因素的影响。面波群的相位数与覆盖层的厚度和偏移距有关，面波群振幅的大小与介质的松散情况有关，面波群的到达时间的变化与地层产状、地层中局部地质体的位置有关。 因此，面波可利用的信息非常丰富，面波群的影响深度与面波的频谱成分有关。面波群的视速度、振幅、波形、到达时间都是判断地下介质变化的依据。

4） 绕射波

在介质中存在局部异常体或断层的断点、岩性分界面时会产生绕射波，在地震映像法中，偏移距不变，随着激发点到绕射点距离的改变，绕射波的传播路径发生变化，绕射波传播时间逐渐增大或减小，在地震映像记录上出现双曲线型同相轴。这也成为异常体、断层、岩性分界面的特有标志。因此，绕射波成为判断横向地质条件变化最明显的标志。绕射波双曲线型同相轴的顶点为异常地质体的特征点。

2 技术应用实例

1）场区地形、地质条件

场区为临海的的侵蚀残丘地貌，地势总体起伏不大，工区已经经过施工整平，场地平坦。调查将场地划分为4类微地貌单元：①残积层（含孤石）、②凹地区（水塘）、③全风化花岗岩、④强～未风化花岗岩。

鱼塘在场区零星分布，主要为淤泥质粉质粘土和淤泥质砂土；残积层在场区大面积分布，覆盖整个场地，以砂质粘性土为主，局部厚度较大，含有大小不等的孤石；下伏基岩为全风化～中分化燕山期中粒花岗岩，全风化花岗岩场地内分布广泛，风化不均，中间夹杂花岗岩巨块。

图1场区挖方整平断面

2） 场区地球物理特征

通过现场进行的地震地质条件及岩石标本测定调查，该地区内具备进行地震勘探的地球物理条件：

1）残积层砂性粘性土与基岩之间有明显的波阻抗差异和波速差异，同时受风化、剥蚀作用，浅部基岩又可分为全分化至弱风化的不同物性差异层面，可形成反射界面；

2）孤石一般为巨块花岗岩，与围岩会有明显的波阻抗差异和波速差异，可形成地震波反射或绕射。

3） 场区物探测试

在此次工作中使用的地震仪固有频率为30Hz检波器接收激发信号，大锤激发震源，道间距1m，采样问隔0.5ms，采样点数1024，记录长度512ms。根据多次实验测试分析，最终确定20.0m为最优偏移距，试验证明这个偏移距对直径大于3m的异常地质体能在地震映像图反映。

场区远离街市，具备高密地地震映像测试的先天条件。现场测试在夜晚进行，在逐点测试时，检波器插好后，所有人员停止走动后，进行信号触发，尽最大可能减少噪音，取得准确的第一手资料。

图2 检波器插放 图3 信号触发

4） 物探测试效果分析

根据现场数据采集情况，本次解释主要结合反射波、绕射波与面波的信息进行联合分析。下图为实验剖面滤波后高密度地震映像图。

图4实验剖面滤波后高密度地震映像

试验剖面长55m，可以看到整个时间剖面同相轴连续性较好，层位清晰。同相轴连续、振幅大、低频率为上覆土层的反映。大面积的振幅稳定揭示上覆土层地层的良好连续性。下部没有反射波反映了纵向上基岩的整体性好、厚度较大、裂隙不发育、无层理。 在水平30.0m～55.0m处，基岩埋深较大，土层与基岩接触面附近同相轴错乱、连续性差，为土粘性土混碎石的反映。在水平40.0m～55.0m，深度130ms～190ms处，同相轴表现为低振幅，特性与下部完整基岩相似，结合本场地工程地质特点，判译为完整的花岗岩孤石。在水平35.0m～55.0m，深度30ms～125ms处，同相轴连续性强，振幅相对更大，为软质均匀沉积土层的反映，结合地质调查，该处为回填后鱼塘及底部淤泥质粘性土层。

5） 钻探验证

为了进一步验证实验剖面分析结果，沿剖面线布置钻孔4个，下图为钻探剖面图：

图5钻探剖面图

钻探揭露地层为素填土层，淤泥质粉质粘土层、砂混粘性土层、微风化花岗岩。砂混粘性土层有花岗岩孤石存在，钻探揭露孤石厚度3.0m。与物探测试分析基本一致。这仅仅是对试验剖面的分析验证，在接下来整个场区勘察工作中，高密度映像法对地下孤石，鱼塘及淤泥质粘性土层等地质体的判译取得了较好的效果。其他的物探方法虽然也能达到同样的效果，但高密度映像法无疑是最快捷、直观，效率最高的一种。

结论

高密度地震映像法效果分析解释直观，可以采用一种种以上的有效波，体现了多波综合判断的特点。在地质勘查工作中结合地质钻探资料，对试验剖面进行验证分析，确定各种地质体在映像图中的反映情况，这其中需要结合大量的工程经验，才能得到较好的地质体判断效果。

参考资料

何则光.地震映象物探技术在下白石桥大桥岩土勘察中的应用.公路交通技术.2012.1

侯卫生.工程地震勘探新进展.勘探地球物理进展.2010.5

徐涛.多偏移距地震映像法应用技术研究.工程地球物理学报.2009.3