淺地震反射波法與地震映像法在采空區勘查中的應用

丁平

（河北省地礦局水文工程地質勘查院河北石家莊050031）

淺地震反射波法與地震映像法在采空區勘查中的應用

丁平

（河北省地礦局水文工程地質勘查院河北石家莊050031）

采空區是由人為挖掘或者天然地質運動在地表下面產生的"空洞"，物探是采空區勘查的重要手段之一。本文以某擬建廠區采空區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合的物探技術方法準確的查明了采空區的分布情況。并對這兩種方法如何取長補短、優勢互補進行了初步探討。

采空區物探地震反射波法地震映像法

0　前言

自20世紀末以來，我國礦業開采秩序混亂，非法無序的亂采濫挖在一些礦山及其周邊留下了大量的采空區，這些采空區既無資料可查又無規律可循。采空區的存在會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經濟建設及威脅著人民群眾生命財產安全。地球物理勘探（簡稱物探）在采空區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果。一般需要采用兩種或兩種以上的物探方法相結合。本次物探的任務是查明擬建廠區內地下100米深度以淺是否有采空區的存在，如果有采空區則查明采空區的分布情況。

1　地形、地質及地球物理特征

勘查區位于鄂爾多斯盆地東緣，地形總趨勢是北高南低，西高東低，海拔1166-1175m，相對高差約9m。主要地貌形態為丘陵、叢草沙丘和沙坑。地表出露巖性為第四系全新統風積中細砂，下伏基巖為侏羅系中統直羅組砂巖、砂質泥巖、泥巖等。

根據收集的地質資料與現場試驗，不同巖土層即覆蓋層與基巖間、基巖與采空（塌陷）區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程中，遇到不同的波阻抗界面均會產生波的反射。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、地震映像法以及測氡法等物探方法，通過現場試驗，高密度電法及瞬變電磁法受場地內地下燃氣管道和供水金屬管道影響較大無法滿足勘探要求，由于場地內地表為細砂覆蓋且砂層較厚所以測氡法也不適宜作為本次勘查方法。據已知鉆孔資料揭露埋深在100米以內的煤層共有2層分別為1號煤層和2號煤層，1號煤層埋深在40～50m、2號煤層埋深在80～90m，因為上覆砂層松散且較厚，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兼顧深層與淺層的地質信息，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合的工作模式，即在相同測線位置上利用淺地震反射波法采集深層地質信息利用地震映像法采集淺層地質信息，將此兩種方法相互取長補短、優勢互補最終達到本次勘探目的。

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程中，遇到不同的波阻抗界面均會產生不同的反射波，通過對反射波同相軸的形態分析，進而推測巖層的變化、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，則地震波會在其界面產生反射。地震映像法與淺層地震反射波法相比，主要區別在于野外數據采集上，它采用單點激發，單點接收，足夠小的偏移距，且偏移距固定，整個測線上各測點采集的數據構成高密度地震時間剖面。

3　數據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，將野外采集的數據在微機上回放并進行編輯、校對每條測線各記錄的炮距、道距、偏移距等參數。對每炮的記錄進行數據類型轉換、校正、濾波等預處理。在預處理的基礎上，采用專業軟件對記錄進行濾波、抽道、速度分析、共反射點疊加（CDP）、地形校正等最終得到各測線反射剖面，即CDP剖面。對CDP剖面進行時深轉換，通過提取各巖性層的波速即可計算出各巖層、采空區的埋深等。

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、連續性較好。覆蓋層為細砂，下伏基巖為泥巖、砂巖且多呈互層狀。在剖面里程80～135m時間140～150ms附近反射波同相軸混亂，推測為采空物探異常，頂界深度在85m左右。

圖1　淺地震反射波法測線4 CDP剖面

圖2　地震映像法測線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的地震映像處理軟件（Vistar5.5）將同一測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變化進而推測地下地質體的信息。

剖面成果解釋：

地震映像法測線4與淺地震映像法測線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、連續性較好。上覆砂層厚度整體較為均勻。其下伏基巖為全（強）風化泥巖、全（強）風化砂巖且多呈互層狀。在剖面里程70～76m時間75～85ms附近反射波同相軸缺失，推測為采空物探異常，頂界深度在45m左右。

3.3測線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。共推測出物探異常2處，分別在剖面里程70～76m時間75～85ms附近和剖面里程80～135m時間140～150ms附近，頂界埋深分別為45m和85m左右。

4　結論

（1）經鉆探驗證，在測線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。鉆探結果與物探推測結果相吻合。

（2）在采空區勘查中對于覆蓋層為松散且較厚的砂層時，利用淺地震反射法來拾取相對深層（時間在90-100ms以下）的地質信息，利用地震映像法來拾取相對淺層（時間在90-100ms以上）的地質信息，將二者結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，用綜合物探方法對黎川大橋橋基隱伏異常地質體的研究，華東地質學院學報，2002，25（1），113-116。

[2]陳基孟、王永剛，地震勘探原理（第3版），東營：中國石油大學出版社，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、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：地質出版社，2007，106-172。

P315[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-319-2