淺地震反射波法與地震映像法在采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

丁平

（河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院河北石家莊050031）

淺地震反射波法與地震映像法在采空區(qū)勘查中的應(yīng)用

丁平

（河北省地礦局水文工程地質(zhì)勘查院河北石家莊050031）

采空區(qū)是由人為挖掘或者天然地質(zhì)運(yùn)動(dòng)在地表下面產(chǎn)生的"空洞"，物探是采空區(qū)勘查的重要手段之一。本文以某擬建廠區(qū)采空區(qū)物探勘查為例討論了采用地震反射波法與地震映像法相結(jié)合的物探技術(shù)方法準(zhǔn)確的查明了采空區(qū)的分布情況。并對(duì)這兩種方法如何取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)進(jìn)行了初步探討。

采空區(qū)物探地震反射波法地震映像法

0　前言

自20世紀(jì)末以來(lái)，我國(guó)礦業(yè)開采秩序混亂，非法無(wú)序的亂采濫挖在一些礦山及其周邊留下了大量的采空區(qū)，這些采空區(qū)既無(wú)資料可查又無(wú)規(guī)律可循。采空區(qū)的存在會(huì)使得地面塌陷及地上建筑物的傾斜甚至倒塌，它在一定程度上制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)及威脅著人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。地球物理勘探（簡(jiǎn)稱物探）在采空區(qū)勘查中是一種快捷的勘探方法，但由于地球物理的多解性，采用單一的物探方法難以得到滿意的解釋結(jié)果。一般需要采用兩種或兩種以上的物探方法相結(jié)合。本次物探的任務(wù)是查明擬建廠區(qū)內(nèi)地下100米深度以淺是否有采空區(qū)的存在，如果有采空區(qū)則查明采空區(qū)的分布情況。

1　地形、地質(zhì)及地球物理特征

勘查區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣，地形總趨勢(shì)是北高南低，西高東低，海拔1166-1175m，相對(duì)高差約9m。主要地貌形態(tài)為丘陵、叢草沙丘和沙坑。地表出露巖性為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積中細(xì)砂，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)直羅組砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖等。

根據(jù)收集的地質(zhì)資料與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，不同巖土層即覆蓋層與基巖間、基巖與采空（塌陷）區(qū)之間均存在著較明顯的地震波速差異，即不同巖性地層之間存在波阻抗界面。地震波在地層中傳播的過(guò)程中，遇到不同的波阻抗界面均會(huì)產(chǎn)生波的反射。這為地震反射波法勘探提供了地球物理前提。

2　物探方法的選擇

一般在采空區(qū)勘查中通常采用高密度電法、瞬變電磁法、淺地震反射波法、地震映像法以及測(cè)氡法等物探方法，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，高密度電法及瞬變電磁法受場(chǎng)地內(nèi)地下燃?xì)夤艿篮凸┧饘俟艿烙绊戄^大無(wú)法滿足勘探要求，由于場(chǎng)地內(nèi)地表為細(xì)砂覆蓋且砂層較厚所以測(cè)氡法也不適宜作為本次勘查方法。據(jù)已知鉆孔資料揭露埋深在100米以內(nèi)的煤層共有2層分別為1號(hào)煤層和2號(hào)煤層，1號(hào)煤層埋深在40～50m、2號(hào)煤層埋深在80～90m，因?yàn)樯细采皩铀缮⑶逸^厚，地震波振幅衰減較快，所以淺地震反射波法在偏移距的選擇上很難同時(shí)兼顧深層與淺層的地質(zhì)信息，而地震映像法受到能量限制又很難接收到深層的地質(zhì)信息。綜上所述，本次工作采用淺地震反射波法與地震映像法相結(jié)合的工作模式，即在相同測(cè)線位置上利用淺地震反射波法采集深層地質(zhì)信息利用地震映像法采集淺層地質(zhì)信息，將此兩種方法相互取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)最終達(dá)到本次勘探目的。

地震反射波法的工作原理是基于不同巖土層即覆蓋層與基巖間、基巖與采空（塌陷）區(qū)之間均存在著較明顯的地震波速差異，即不同巖性地層之間存在波阻抗界面。地震波在地層中傳播的過(guò)程中，遇到不同的波阻抗界面均會(huì)產(chǎn)生不同的反射波，通過(guò)對(duì)反射波同相軸的形態(tài)分析，進(jìn)而推測(cè)巖層的變化、潛水面、斷層破碎帶、采空面、采空沉陷帶等。

地震映像法的基本原理與淺層地震反射波法相同，即如果巖層之間存在波阻抗差異，則地震波會(huì)在其界面產(chǎn)生反射。地震映像法與淺層地震反射波法相比，主要區(qū)別在于野外數(shù)據(jù)采集上，它采用單點(diǎn)激發(fā)，單點(diǎn)接收，足夠小的偏移距，且偏移距固定，整個(gè)測(cè)線上各測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)構(gòu)成高密度地震時(shí)間剖面。

3　數(shù)據(jù)處理與成果分析解釋

3.1淺地震反射波法資料處理與解釋

淺地震反射軟件采用Focus地震反射波法資料處理系統(tǒng)，將野外采集的數(shù)據(jù)在微機(jī)上回放并進(jìn)行編輯、校對(duì)每條測(cè)線各記錄的炮距、道距、偏移距等參數(shù)。對(duì)每炮的記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、校正、濾波等預(yù)處理。在預(yù)處理的基礎(chǔ)上，采用專業(yè)軟件對(duì)記錄進(jìn)行濾波、抽道、速度分析、共反射點(diǎn)疊加（CDP）、地形校正等最終得到各測(cè)線反射剖面，即CDP剖面。對(duì)CDP剖面進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，通過(guò)提取各巖性層的波速即可計(jì)算出各巖層、采空區(qū)的埋深等。

剖面成果解釋：

如圖1，從CDP剖面圖可知：90～200ms之間各反射波同相軸清晰、連續(xù)性較好。覆蓋層為細(xì)砂，下伏基巖為泥巖、砂巖且多呈互層狀。在剖面里程80～135m時(shí)間140～150ms附近反射波同相軸混亂，推測(cè)為采空物探異常，頂界深度在85m左右。

圖1　淺地震反射波法測(cè)線4 CDP剖面

圖2　地震映像法測(cè)線4 CDP剖面

3.2地震映像法資料處理與解釋

地震映像法的資料處理方法與淺地震反射波法基本相同，唯一不同的是他是利用專業(yè)的地震映像處理軟件（Vistar5.5）將同一測(cè)線上所有單炮記錄按順序排在一起，分析反射波同相軸的形態(tài)變化進(jìn)而推測(cè)地下地質(zhì)體的信息。

剖面成果解釋：

地震映像法測(cè)線4與淺地震映像法測(cè)線4的剖面位置在里程0～522m處是重合的。如圖2，從CDP剖面圖可知：90ms以上各反射波同相軸清晰、連續(xù)性較好。上覆砂層厚度整體較為均勻。其下伏基巖為全（強(qiáng)）風(fēng)化泥巖、全（強(qiáng)）風(fēng)化砂巖且多呈互層狀。在剖面里程70～76m時(shí)間75～85ms附近反射波同相軸缺失，推測(cè)為采空物探異常，頂界深度在45m左右。

3.3測(cè)線4 CDP剖面成果綜述

綜合淺地震反射波與地震映像的CDP剖面可知，200ms以上各反射波同相軸清晰，覆蓋層為砂層且較為均勻，下伏基巖為砂巖、泥巖且多呈互層狀。共推測(cè)出物探異常2處，分別在剖面里程70～76m時(shí)間75～85ms附近和剖面里程80～135m時(shí)間140～150ms附近，頂界埋深分別為45m和85m左右。

4　結(jié)論

（1）經(jīng)鉆探驗(yàn)證，在測(cè)線4的剖面里程73m處深度在46.4-48.8m為煤層采空、里程100m處深度在82.8-86.4m為采空冒落。鉆探結(jié)果與物探推測(cè)結(jié)果相吻合。

（2）在采空區(qū)勘查中對(duì)于覆蓋層為松散且較厚的砂層時(shí)，利用淺地震反射法來(lái)拾取相對(duì)深層（時(shí)間在90-100ms以下）的地質(zhì)信息，利用地震映像法來(lái)拾取相對(duì)淺層（時(shí)間在90-100ms以上）的地質(zhì)信息，將二者結(jié)合在一起綜合分析可以得到較為理想的勘探效果。

[1]熊章強(qiáng)，用綜合物探方法對(duì)黎川大橋橋基隱伏異常地質(zhì)體的研究，華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，25（1），113-116。

[2]陳基孟、王永剛，地震勘探原理（第3版），東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2011，139-148。

[3]陳宏林、豐繼林，工程地震勘查方法，北京：地震出版社，1998，105-138。

[4]熊章強(qiáng)、方根顯，淺層地震勘探，北京：地震出版社，2002，79-90。

[5]李錄明、李正文，地震勘探原理、方法和解釋，北京：地質(zhì)出版社，2007，106-172。

P315[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-319-2