浅层地震反射波法在地质工程勘探中的应用

杨建国

【摘 要】浅层地震反射波法已广泛应用于地质勘查中，本文简要阐述了在工程勘察中的实际应用效果。

【关键词】反射波法；工程勘查；基本原理

1、浅层地质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术发展起来的一种常用浅地层勘探方法。这种方法可以利用多种波作为有效波来进行探测，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的波作为有效波。在这种方法中，每一测点的波形记录都采用相同的偏移距激发和接收。在该偏移距处接收到的有效波具有较好的性噪比和分辨率，能够反映出地质体沿垂直方向和水平方向的变化。

浅层地震反射波法是地震勘探方法中的一种。在地表向下激发地震波，当地震波向下传播遇到弹性不同的分界面时，就会发生反射，地震勘探仪器记录这些反射地震波。由于反射波在介质中传播时，其传播路径、振动强度和波形将随通过介质的结构和弹性性质的不同而变化，根据接收到的反射波旅行时间和速度资料，就能推断解释地层结构和地质构造的形态，而根据反射波的振幅、频率、速度等参数，则可以推断地层或岩石的性质，从而达到地震勘探的目的。

2、参数选择的基本原则

2.1数据采集

浅层地震勘探根据不同的地质环境和勘探要求，使用时采用的方法不同，应用的效果取决于野外工作参数（采样率、道间距、偏移距）的选择，震源能量等。这些参数由野外试验工作来选定。

○1震源。在激发时，对震源一般有两个要求：一是激发力要竖直向下；二是激发装置或药包与大地耦合要好。

○2检波器。接收设备（主要是检波器）除接触条件外，它的埋置尽量达到最佳的耦合，如果由于条件限制不能埋置在原设计点位时，沿测线方向位移1∕10道间距内或垂直于测线方向的1∕5道间距内。

○3分辨率。为保证记录有效信号不畸变，每个最短周期内至少要采集4个样值，而且还要考虑记录长度问题，因为不能选择过高的采样率，以免点数太多，出现仪器存储容量不够或增加不必要的勘探成本。

○4滤波器。工程数字地震仪一般均设有低通、高通、带通、全通等模拟滤波器。为提高地震记录的信噪比，改善记录频谱中高、低频能量的不平衡状况，可根据实际干扰波调查的结果，选择合适的滤波器，以压制干扰。

○5最佳接收段。为了有效地避开面波、声波、直达波和折射波对反射波的干扰，可把接收地段选择在尽可能不受或少受各种干扰波影响的地段，这种最佳接收地段又称为"最佳时窗"。反射波振幅随炮检距的增大而减小，相位随炮检距的增大而基本保持不变。可见，最佳时窗的选取关键在于选取接收排列的两个端点，即选择偏移距和最大炮检距。根据经验确定，即最大炮检距不应大于主要目的层埋深的1～1.5倍。

○6道间距。道间距的选取总原则是经过处理后能在地震剖面的相邻道上可靠地追踪波的同一相位并且不出现空间假频，根据采样有：

式中，K*min为最短视波长；V*为波传播的视速度；f*max为波的最高视主频。

○7偏移距。偏移距选择由实验决定。下面是试验效果图，分别记录了0m、5m、10m偏移距的单炮记录。从图1中清晰发现0m偏移距的反射波的振幅和相位相比10m偏移距的效果差，受震源干扰大。综合比较，10m偏移距的单炮记录图受干扰波影响较小，反射波同相轴清晰连续，因此，选用10m偏移距会有更好的探测效果。

图1偏移距单炮记录

○8覆盖次数。提高覆盖次数能够有效地提高记录的信噪比，高对多次波的压制能力，且对地震波的高频成分影响不大，因此数据采集中，要全面考虑记录的信噪比和勘探费用，在满足具有较高记录信噪比的条件下，应尽可能采用较低的覆盖次数。

2.2数据处理

地震资料数字处理是指用计算机对采集的原始资料进行以压制干扰、提高信噪比和分辨率、提取地震参数为目的的一整套处理方法和技术。它可为资料解释提供反映地下结构和岩性等的地震剖面和参数，它主要包括数字滤波、速度分析、校正、叠加和偏移处理。

3、工程实例

3.1场区物理条件

某工程勘查的地质目的，是查明场区的第四系厚度及分层、场区的基岩起伏形态及风化程度、隐伏断层走向及发育规模、不良工程地质现象等。

表1是各地层纵波的速度参数。由表1可见，各地层之间存在明显的波阻抗差异和波速差异，可形成反射界面，具备了浅层地震反射的地球物理条件。

3.2野外数据采集及数据处理

本次施工采用48道工程地震仪，用固有频率为40Hz的纵波检波器。根据勘探任务和地形条件，依据参数选择的基本原则，经过工区典型性试验，本次浅层反射波法采用共深度点6次覆盖观测系统，单边放炮方式。选择的工作参数为：偏移距10m，道间距5m，以模拟滤波全通方式进行记录，采样率0.1 ms，记录长度204.8ms。采用锤击震源多次叠加的激发方式。工区测线布置，横线六条，纵线六条，测线均匀布置在厂址区，并穿越重点工程部位。

3.3资料解释

图2是场区某测线的时间剖面，纵轴表示时间，横轴表示CDP号。从剖面图我们可以看出，反射层次齐全，同相轴连续，资料信噪比高，地层起伏变化清晰，剖面反映的地质现象是可信的。图3是厂址某测线的成果剖面图，纵轴表示高程，横轴表示测线长度。结合物探资料可作如下推断：○1浅层覆盖物：波速在400～700m∕s之间，主要为粘土层，厚度在10m左右；○2波速在800～1500∕s之间，主要为卵石层，厚度在5m左右；○3强风化层：波速在1600～2300m∕s之间，主要是泥岩，厚度2～4m左右；○4中风化层：波速在2400～3200m∕s之间，主要是砂泥岩互层，厚度20m左右；○5微风化层：波速3300～3800m∕s，属于砂泥岩互层。

图2 厂址某测线的时间剖面

图3 厂址某测线的成果剖面

综合其他测线结果，可以看出：○1 基岩埋深约在15m左右；○2纵向上分层较为清楚；○3泥岩层中央有薄层砂岩，薄砂岩与泥岩层呈指状交叉，有小透镜状的尖灭存在；○4该场区不存在断层以及其他不良地质现象。

4、结束语

通过该工程实例，选择合理的工作参数，较准确地查明了第四系覆盖物厚度、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。

对于高分辨率勘探，一般精度要求较高，应尽量采用小道间距，小偏移距多次覆盖次数观测。在实际工作时，一定要根据当地的地质情况，通过典型性试验来选择参数；考虑到有些复杂的地质条件，比如地层起伏较大，上覆地层复杂时，则需要对多个地段做试验分析。

参考文献：

[1]王治华.地震映像法及其应用[J].物探与化探，2008（6）.

[2]周竹生，蒋婵君，郭有刚.浅层地震反射波法在隧道工程勘探中的应用.勘察科学技术，2008，（6）：62～64.