地震映像法在巖溶地基初步勘察中的工程應用

張向陽 吳文斌

(建設綜合勘察研究設計院有限公司，北京 100007)

地震映像法在巖溶地基初步勘察中的工程應用

張向陽 吳文斌

(建設綜合勘察研究設計院有限公司，北京 100007)

敘述了地震映像法的工作原理和資料處理解釋方法，以及溶洞在地震剖面上的各種不同波形特征反映，并通過大連市大窯灣某場區巖溶地基的初步勘察實例說明了采取地震映像法進行巖溶地基勘察的方法的有效性和實用性。

巖溶，淺層地震勘探，地震映像法，初步勘察

0 引言

巖溶在我國是一種相當普遍的不良地質作用，往往對工程安全造成不利影響。在巖溶區進行建設，需要重點查明工程穩定性問題，一般需要先對巖溶區場地進行初步勘察。為避免盲目布置鉆孔，可先采用物探方法，在探測目的明確，只需要研究橫向地質變化的情況下，地震映像法能取得較好的效果。初勘前首先通過野外踏勘和區域地質資料對比，采取地震映像法對場區進行探測，并在對地震映像探測成果分析基礎之上，合理布置鉆孔對探測成果進行驗證；經對鉆探、物探等資料綜合分析后，提交場區的初勘資料，從而指導下一步工程建設。下面結合大連市大窯灣某場區巖溶地基初步勘察中地震映像法探測實例進行說明。

1 地震映像法探測基本原理

在工程勘探中，地震映像法采用單道激發、單道接收(激發點與其對應的檢波點之間的距離稱之為偏移距)，激發一道后，激發點S與檢波點R同時沿著測線移動固定點距(道間距)，再次激發采集(見圖1)，最后形成的是共偏移距時間剖面(見圖2)，由于在工程中使用的偏移距約0 m～5 m，所以它是一個近自激自收的地震時間剖面，而且實際測量點是激發點與檢波點之間的中點，因此實際上此地震時間剖面反應的是該偏移距范圍內的地下巖土層及地質情況的變化(見圖2)。

地震映像法中，常用反射波作為主要的有效波。對采集的地震映像時間剖面分析，當界面水平時，反射點的位置正好在記錄點上，每次激發的反射波傳播時間不變，同相軸為直線(見圖2)。當界面深度發生變化時，反射波的傳播時間會發生變化，同相軸相應發生變化；當在介質中存在局部異常體或斷層的斷點、巖性分界面時會產生繞射波，同相軸亦產生變化，圖3、圖4分別為巖溶塌陷地震映像探測示意圖及地震時間剖面圖。

2 地震映像法中不同巖溶溶洞類型的動力學及運動學特征分析

巖溶地區在地下水等各種地質條件作用下，場地一般會出現隱伏土洞、溶洞以及巖溶塌陷等三種巖溶現象，下面重點就兩種常見溶洞進行特征分析。

2.1 封閉型溶洞的動力學及運動學特征分析

對于內封閉型的溶洞，由于內部沒有固體填充物，因此通常把其頂部的分界面當作自由表面來處理。由于地震映像法使用的偏移距通常較小，地震波入射角也較小，所以在該種情況下地震波發生負反射，在時間剖面上會出現同相軸與同一地層兩邊不夠連續，甚至完全錯位的現象。甚至當入射角為0時，反射波與入射波出現半波損失。因此當地震波(主要為P波)入射到溶洞頂部自由反射界面上只有反射，不存在透射，沒有透射損失，振幅方面，在總能量一定的情況下，反射能量相對增強了，所以在地震剖面上會出現振幅凸起部分，與同一反射層相比出現了強反射。由于是空溶洞，因此溶洞頂部的反映在地震時間剖面上就是強反射之下幾乎沒有反射波[5]。

2.2 含有充填物的溶洞的動力學及運動學特征分析

對于含有充填物的溶洞，尤其是含有松散粘土或是碎石填充物，其反射界面的也是負波阻抗界面。此時地震波發生負反射，而溶洞兩邊由于發生正反射，在地震剖面上也發生同相軸不連續的現象。由于含有填充物的溶洞頂部出現透射現象，因此透射波傳到溶洞底部時，由于底部的反射界面的波阻抗比洞中填充物大，出現比較明顯的相對強勢反射，振幅高于中間填充物的反射振幅，且由于地震波穿過填充物時能量損失較多，底部的反射波的振幅會比兩邊小。在有松散填充物的溶洞中，地震波的傳播速度相對要小，穿越同樣距離所需的旅行時增加，在時間剖面上表現為同相軸凹陷[1]。

3 數據處理

由于地震映像法采集的是共偏移距剖面，偏移距小，且地震記錄上的時間變化主要為地下地質體的反映，因此在資料解釋上有很大的便利，可直接對資料進行分析解釋。一般的處理流程如圖5所示。

4 淺海回填區工程初步勘察實例分析

4.1 測區地質概況及初步勘察目標

本工程工作區位于大連市大窯灣某一物流園區，場地屬濱海潮間帶，西側及南北側為丘陵帶，東部為黃海，場地經人工整平作為建筑用地，場地較平整。場地地面高程5 m～6 m，高差為0.68 m。經現場鉆探，場地地層由上至下依次為：素填土、礫砂夾淤泥、礫石混土、基巖(灰巖)共計四層。各鉆孔均有地下水被揭露，水位受潮汐影響不大。地下水位埋深5.6 m～6.5 m。

根據臨近場地的勘察報告顯示，臨近場地巖溶發育，風化灰巖及下覆的中風化灰巖中均見溶洞發育。為查明擬建場地巖溶發育規律和巖溶形態的分布規律，本次勘察確定在野外踏勘和收集區域地質資料的基礎上，根據勘察目標，首先采取地震映像法對整個場區進行探測，然后在對地震映像探測成果分析基礎之上，合理布置鉆孔及對探測成果進行一定的驗證；經對鉆探、物探等資料綜合分析后，提交場區的初勘資料，從而指導下一步工程建設。

4.2 地震映像法數據采集

根據測區的地質概況布置縱、橫測線；采用單邊放炮、單道接

收方式，采樣間隔為0.1 ms，采樣點數為4 096,偏移距5 m，道間距1 m；震源采用錘擊墊板的方式；為壓制干擾，采用多次震源激發疊加與最佳反射接收技術。

4.3 探測成果分析

1)異常判定。地震映像法在資料解釋中利用多種地震波的信息，由于每個紀錄道都采用相同的偏移距，地震記錄上的時間變化為地下地質體的反映，這樣通過對地震波同相軸連續性的判斷可解釋地下地質賦存情況。通過對地震映像數據的濾波處理，進行交互式對比分析，利用溶洞的動力學及運動學特征，判斷出同相軸斷開和雜亂處為地下溶洞的反映。

2)深度解釋。根據對工區地形條件的分析，深度解釋采用的速度值分兩段計算。第一段即表層填土和原灘涂地層，0 ms～100 ms(即0 m～20 m)，速度值按400 m/s計算；第二段為100 ms以下(即20 m以下)，為風化基巖，速度值按1 000 m/s計算，從而對溶洞的規模進行推測，形成初步解釋成果。

4.4 鉆孔布置及驗證

根據地震映像法的初步解釋成果，調整優化初步勘察鉆孔平面布置，并在物探巖溶探測異常區位置布置部分鉆孔，一方面對物探初步解釋成果進行驗證，另外也為地震映像法的再解釋工作提供依據。

5 結語

本次勘察在對地震映像探測成果分析基礎之上，通過進一步合理布置鉆孔并對探測成果進行一定的驗證；經對鉆探、物探等資料綜合分析后，提交場區的初勘資料，基本查明了場區巖溶發育規律和巖溶形態的分布規律，勘探精度滿足初步設計階段的要求，確保了后續勘察及工程建設的持續進行。由此可見，淺層的地震映像法是工程物探中一種較有效的探測方法，在以后的工程勘察中會發揮越來越廣泛的作用。

[1] 吳有亮，雷 宛.溶洞的淺層地震反射特征及工程應用[J].工程勘察，2006(4)：73-76.

[2] 單娜琳，程志平.地震映像方法及其應用[J].桂林工學院學報，2003，23(1)：36-40.

[3] 王林飛，薛榮俊.淺海回填區域的地震映像效果分析[J].中國海洋大學學報，2006，36(sup)：185-188.

[4] 徐貴來.地震映像勘探技術研究[J].世界核地質科學，2006，23(1)：33-37.

[5] 陸基孟.地震勘探原理(下冊)[M].東營：石油大學出版社，1993.

[6] 鐘世航.淺層高分辨率勘查中的陸地聲納法[J].工程地球物理學報，2004，1(1)：31-37.

Application of seismic imaging method inpreliminary geotechnical investigation of the karst foundation areas

Zhang Xiangyang Wu Wenbin

(ChinaInstituteofGeotechnicalInvestigationandSurveyingLimited,Beijing100007,China)

The paper introduces the working principle of seismic imaging method and data processing and interpretation methods and the karst cave in various waveform features on seismic time section. We are going to show the validity and practicability of the seismic imaging method in the preliminary investigation of karst foundation by a district example in Dayaowan, Dalian.

karst, shallow seismic exploration, seismic imaging method, preliminary geotechnical investigation

2015-02-05

張向陽(1983- )，男，碩士，工程師; 吳文斌(1986- )，男，工程師

1009-6825(2015)11-0074-02

P642.25

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