地震映像法在徐州地铁断裂带探测中的应用

曹 静，吴灿灿,2，梁洪波

（1.宿州学院资源与土木工程学院，安徽宿州234000；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221000；3.徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司，江苏徐州221000）

0 引言

在城市地铁轨道交通的建设中，会遇到断层、破碎带等不良地质情况，且施工环境大多处于隐蔽条件下，极有可能会出现塌方、涌水等地质灾害[1]。地质灾害的出现会伴随一定的财产损失，更严重地会造成人员伤亡等恶劣的社会影响。所以，在城市轨道交通的建设前期进行相应的地质灾害调查，了解地质灾害的空间分布、影响范围等对后期的施工指导具有重要的意义[2]。

对于城市轨道交通地质灾害的调查，一般选择效率高的地球物理方法，如电法[3]、地质雷达[4]、瞬变电磁法[5]和地震[6-8]等。然而，由于施工条件和探测精度要求，本文以徐州地铁某区间复杂地质条件的灾害调查为例，采用地震映像法开展对断裂带赋存情况的探测，通过钻探验证了方法的有效性。

1 工区概况

徐州位于华北地台南缘徐州褶皱束的中段，区内断裂构造主要有北东—北北东向和北西—北西西向两组。北东—北北东向断层大多属于逆断层，北西—北西西向断层大多属于正断层（图1）。地貌单元为河流相冲积陇状高地（废黄河高漫滩）地貌单元，地形平坦，拟建地铁某区间段在徐州市郊境内，地层下伏主要为灰岩，局部夹有页岩。

图1 徐州市区域构造图

2 探测方法与数据采集

2.1 地震映像法

地震映像是在反射波法的基础上选择最佳偏移距，采用相同的偏移距以测点位置逐步移动，接收来自地下的地震波信号[9]。对探测区段，一般采用单点激发单点接收[10]，保持收发距不变整体移动一定距离（点距），可以得到地震映像的时间剖面信息，如图2所示。

图2 地震映像反射探测原理

对于浅层（80 m以内）的地质勘查，地震映像法比地质雷达的勘探深度大，比电法的分辨率高[11]，成果解释可靠性相对较高，应用前景广泛，如对采空区、断裂带、管道等，取得了良好的效果[12]。

地震映像方法中，常用反射波作为主要的有效波，由于基岩与上部粘土存在很大的波阻抗差异，地震波会反射回来，完整基岩面在地震时间剖面表现为反射波同相轴连续，反射振幅强；当断裂带存在时，地震时间剖面表现局部反射波同相轴不连续、扭曲、能量弱，甚至出现“空白”[13]。

2.2 数据采集

2.2.1 参数试验

为了获得最佳偏移距，本次进行了试验工作，试验参数如表1。

表1 试验参数

试验处理所得剖面如图3所示，可以看出近道干扰波的影响较大，偏移距8 m后在反射波受影响已经较小，考虑到偏移距越大，能量越弱，在保证反射波清楚的情况下，尽量选择小的偏移距，因此，本次偏移距选择10 m。

图3 试验处理剖面

2.2.2 测线布设

本次地震映像检测工作按路段及其地面建筑物测线布置6条，方向均为西-东方向，测线平面位置见图4。

图4 测线平面位置

3 数据处理

现场数据采集的质量是提高解释结果可靠程度的前提。避免一定的干扰后，利用VISTA5.5处理数据，为恢复真振幅提高分辨率采用反褶积处理，通过一维频谱来获取勘探区的有效波和干扰波频带，等偏移距高精度校正来消除偏移距的影响[14]。经过以上处理后能够有效地压制随机干扰，提高信噪比和分辨率。对于地震映像数据处理手段一般用数字滤波、反滤波、偏移绕射处理和增强处理等。

4 结果与分析

图5为本次地震映像测线L1-L6时间剖面图，地震时间剖面上存在一组震相清楚的强反射波，且反射波同相轴连续，为基岩面的反射波（图中黑色虚线标出）。

图5 测线L1-L6地震映像时间剖面图

通过图5的6条地震映像时间剖面图可以看到：距离测线L1线起始端80-105 m处，同相轴缺失，推断为F1废黄河断层位置；距离L5线起始端60-105 m处，反射相位增加，推断为破碎带；距离L6线起始端0-40 m处，反射相位紊乱，推断为破碎带。

由于地球物理方法的解释存在多解性，所以，条件允许的情况下，用钻孔加以验证勘探结果的正确性，而地震勘探得到的结果能补充钻探工作。为了进一步推断废黄河断层的确切位置，使用钻探成果对比分析地震时间剖面。

钻孔得到的地层柱状图从地表向下，显示了五个基本层序：耕土→粉土→黏土→粉砂→黏土→基岩。

通过钻探资料的验证，测线L1-L6的基岩横向连续性较好，基岩顶面基本上是水平方向延展，反射波同相轴连续，能量较强，地震映像的时间剖面反射波信息和钻孔地质剖面图的粉砂层顶界位置对应。钻探结果和地震映像时间剖面对应的地质分层信息相符。

5 结论

本文所检测场地基岩面大部分区域反射波震相清晰可见，所探测目的层的反射波可靠。部分区域受场地和接地条件等的制约，偏移距变化对探测效果具有影响。精度和分辨率最高的地震勘探方法也避免不了存在多解性的问题，在地震认识指导下的钻孔联合地质剖面能够取得直接的证据，同时钻探赋予地震勘探以地质含义并验证地震勘探结果的正确性。通过钻孔地质剖面图验证，地震映像的断层位置与断层信息吻合度较高，且两者的分层对应关系良好。地震映像与钻孔资料的结合，为本区后期的勘探提供了较可靠的反射波信息，利于查明废黄河断裂带的具体分布范围。