地震折射波确定土石分界应用浅析

陈天骄

【摘 要】在苏丹上阿特巴拉水利枢纽工程中，第一次采用了地震折射波来确定土石分界。针对地震折射波的应用及原理进行了分析研究，论证了该方法的可行性，使工程能够顺利完成。

【Abstract】In Sudan， the hydro-project of Upper Atbara， firstly used the seismic refraction wave to determine the earth-rock boundary. Paper analyzes the application and principle of seismic refraction wave， and proves the feasibility of this method， to promote the project completed successfully.

【关键词】苏丹；上阿特巴拉水利枢纽工程；土石方开挖工程；地震折射波；土石分界

【Keywords】Sudan； Upper Atbara hydro-project； earthwork excavation engineering； seismic refraction wave； earth-rock boundary

【中图分类号】P315.3+1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0153-02

1 工程概述

苏丹上阿特巴拉枢纽土石方开挖工程主要包括大坝、取土区、采石场和溢流坝等施工区域，根据合同文件的技术规范要求，土方开挖和石方开挖的分类采取地震波勘探的方法。地震波速超过2000m/s的区域确定为石方开挖区域。

2 地震勘测仪的构成

地震检测仪主要由四个部分组成：检波器、放大器、震源同步系统和显示装置。一个检波器、一个放大器（包括滤波器等电路）和一个记录器组合在一起称之为一个地震道。

3 地震勘探的原理

地震勘探是在地表某侧线上或深井中用炸药、空气枪或重锤等激发地震波，当地震波向下传播遇到弹性不同的分界面时，就会发生反射和折射，可沿着侧线不同位置用专门的地震勘探仪器记录这些地震波，由于地震波在介质中传播时，其传播途径、振幅强度和波形将根据介质的结构和弹性性质不同而变化，根据接收到的地震波传播时间和速度的资料，就可推断地层或岩石的性质。

4 地震测线的布置和观测系统

4.1 侧线布置的原则

侧线布置为直线，并尽量垂直岩层或构造的走向。侧线为直线可真实反映构造形态，同时，根据地质任务要求、探测对象的大小及复杂程度来确定侧线的疏密。

4.2 侧线的布置形式

侧线选用纵侧线（接收点和激发点在同一条直线上）。在浅层地震勘探中主要使用纵测线，因为纵测线观测所得到的地震记录处理起来比较方便，也便于资料的综合分析和解释。

5 地震勘探野外数据采集系统简介

5.1 道间距

相邻两道检波器间的间距为道间距，道间距越小，测量精度越高。道间距一般为2.0m～5.0m，本工程的道间距暂定2.0m，其具体道间距在实际地震勘测过程中进行调整。

5.2 排列长度

第一道至最后一道检波器的距离为排列长度，道间距越大，工作效率越高，但如果排列长度太大，各相邻记录道之间同一个波的相位追踪和对比会发生困难，不利于分辨有效波。现采用接收道数为12（N=12）的地震仪，道间距采用2m（△X =2），排列长度L=22m，按一下公式计算：

L=（N-1） △X

排列长度：L； 地震仪接收道数：N；道间距：△X。

5.3 偏移距

重锤激发点离最近的一个检波器之间的距离为偏移距，在地震勘测过程中，锤击与检波器距离过近会对检波器产生严重的干扰，因此，偏移距一般为2倍的道间距，即道间距为4m。

5.4 最大炮检距

重锤激发点与检波点的间距为炮检距，离开重锤最远的检波点与重锤的距离为最大炮检距。最大炮检距与探测深度有密切的关系，并受地形、地质及地层波速的影响，对于折射波法，最大炮检距为目的层或新鲜基岩深度的5～7倍以上。

6 地震波的激发和接收

6.1 地震勘探對激发条件的基本要求

激发条件是影响地震记录好坏的第一个因素，它是取得良好有效波的基础条件，土石比浅层地震勘探对激发条件的基本要求有：①激发的地震波有一定的能量，能保证获得勘探目的折射波；②激发的地震波有效能量较强，而干扰波相对微弱，有较高的信噪比；③激发的地震波频宽较宽，使激发的波尽可能接近尖脉冲，以提高地震勘探的分辨率。

6.2 检波器的使用及间距

检波器埋置深度为0.2～0.3m，应埋直、埋紧，并除去周围的杂草，力求埋藏条件一致。连接夹不碰地，防止漏电、短路和接触不良。要爱护检波器，不准拉导线，不准摔地，不准用脚踩。

6.3 震源类型

土石比地震勘测的震源选用锤击震源，其通常采用人工抡大锤锤击地面的钢板，大锤选用18磅或24磅。测区地表结构对锤击震源的激发效果影响很大，如果在干松的地面锤击效果很差，而在潮湿密实的地面锤击效果较好，为保证多次激发时的波有较好的重复性，保持金属垫板与地面的耦合状态良好，对于较疏松的覆盖层应把疏松的部分清除。

6.4 地震波的接收

6.4.1 土石比地震勘探对接收条件的基本要求

地震记录是研究地质现象的原始资料，在选择最佳激发条件以确保有效地激发地震波的同时，应选择良好的接收条件，以保证记录有如下特点：①接收的地震记录能使有效波突出，并有明显的特征；②与地震截面相应的有效波层次分明，波间关系清楚，尤其是目的层折射应明显；③干扰波少，强度弱，并易于分辨。

6.4.2 检波器的方向特性

检波器都有最敏感的方向，而地震波在传播的过程中亦有一定的震动方向，当检波器的最敏感方向和波的振动方向一致时，所接收的信号最强，所以在布置检波器时，应将其最敏感的方向垂直于传播方向，才能接收到有效的信号。

6.4.3 检波器与大地耦合

在地震勘测土石比过程中，应将检波器尽量埋藏在比较潮湿、致密的土层中，检波器与地面耦合较好时，其谐振频率高，谐振频率对高频有效信号影响不大，且检波器的阻尼系数增大；当检波器与地面耦合较差时，其寄生谐振频率降低，有可能影响高频有效信号，并且检波器阻尼系数会减小。

7 野外作业中应注意事项

①在用重锤激发地震波时，尽可能排除一切的无关震动（包括锤击者的双脚不应随便移动），必须注意选择锤的重量、锤的落距。②操作员对每取得的一张记录，都应详细地填写板报，并在记录背面上注上日期，编号、激发点及激发条件等。③野外工作中要注意仪器的安全运输及保养等事项，以保证日常工作顺利进行。当温度超出仪器的使用范围时，应采取妥善措施，否则停止地震勘测作业。④在同一测区，选用同一个滤波档，并保证在所有记录上初始波的起跳方向一致。

8 结语

地震折射波确定土石分界已在苏丹上阿特巴拉枢纽工程中成功应用，与实际地质情况基本相符。因海外项目咨询工程师对施工流程和工序审核较为严格，合理和较为完善的施工方案可以为工程的顺利实施赢得时间。endprint