地震折射波確定土石分界應(yīng)用淺析

陳天驕

【摘 要】在蘇丹上阿特巴拉水利樞紐工程中，第一次采用了地震折射波來確定土石分界。針對地震折射波的應(yīng)用及原理進(jìn)行了分析研究，論證了該方法的可行性，使工程能夠順利完成。

【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.

【關(guān)鍵詞】蘇丹；上阿特巴拉水利樞紐工程；土石方開挖工程；地震折射波；土石分界

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

【中圖分類號】P315.3+1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）07-0153-02

1 工程概述

蘇丹上阿特巴拉樞紐土石方開挖工程主要包括大壩、取土區(qū)、采石場和溢流壩等施工區(qū)域，根據(jù)合同文件的技術(shù)規(guī)范要求，土方開挖和石方開挖的分類采取地震波勘探的方法。地震波速超過2000m/s的區(qū)域確定為石方開挖區(qū)域。

2 地震勘測儀的構(gòu)成

地震檢測儀主要由四個(gè)部分組成：檢波器、放大器、震源同步系統(tǒng)和顯示裝置。一個(gè)檢波器、一個(gè)放大器（包括濾波器等電路）和一個(gè)記錄器組合在一起稱之為一個(gè)地震道。

3 地震勘探的原理

地震勘探是在地表某側(cè)線上或深井中用炸藥、空氣槍或重錘等激發(fā)地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ㄏ蛳聜鞑ビ龅綇椥圆煌姆纸缑鏁r(shí)，就會發(fā)生反射和折射，可沿著側(cè)線不同位置用專門的地震勘探儀器記錄這些地震波，由于地震波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播途徑、振幅強(qiáng)度和波形將根據(jù)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和彈性性質(zhì)不同而變化，根據(jù)接收到的地震波傳播時(shí)間和速度的資料，就可推斷地層或巖石的性質(zhì)。

4 地震測線的布置和觀測系統(tǒng)

4.1 側(cè)線布置的原則

側(cè)線布置為直線，并盡量垂直巖層或構(gòu)造的走向。側(cè)線為直線可真實(shí)反映構(gòu)造形態(tài)，同時(shí)，根據(jù)地質(zhì)任務(wù)要求、探測對象的大小及復(fù)雜程度來確定側(cè)線的疏密。

4.2 側(cè)線的布置形式

側(cè)線選用縱側(cè)線（接收點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)在同一條直線上）。在淺層地震勘探中主要使用縱測線，因?yàn)榭v測線觀測所得到的地震記錄處理起來比較方便，也便于資料的綜合分析和解釋。

5 地震勘探野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介

5.1 道間距

相鄰兩道檢波器間的間距為道間距，道間距越小，測量精度越高。道間距一般為2.0m～5.0m，本工程的道間距暫定2.0m，其具體道間距在實(shí)際地震勘測過程中進(jìn)行調(diào)整。

5.2 排列長度

第一道至最后一道檢波器的距離為排列長度，道間距越大，工作效率越高，但如果排列長度太大，各相鄰記錄道之間同一個(gè)波的相位追蹤和對比會發(fā)生困難，不利于分辨有效波。現(xiàn)采用接收道數(shù)為12（N=12）的地震儀，道間距采用2m（△X =2），排列長度L=22m，按一下公式計(jì)算：

L=（N-1） △X

排列長度：L； 地震儀接收道數(shù)：N；道間距：△X。

5.3 偏移距

重錘激發(fā)點(diǎn)離最近的一個(gè)檢波器之間的距離為偏移距，在地震勘測過程中，錘擊與檢波器距離過近會對檢波器產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，因此，偏移距一般為2倍的道間距，即道間距為4m。

5.4 最大炮檢距

重錘激發(fā)點(diǎn)與檢波點(diǎn)的間距為炮檢距，離開重錘最遠(yuǎn)的檢波點(diǎn)與重錘的距離為最大炮檢距。最大炮檢距與探測深度有密切的關(guān)系，并受地形、地質(zhì)及地層波速的影響，對于折射波法，最大炮檢距為目的層或新鮮基巖深度的5～7倍以上。

6 地震波的激發(fā)和接收

6.1 地震勘探對激發(fā)條件的基本要求

激發(fā)條件是影響地震記錄好壞的第一個(gè)因素，它是取得良好有效波的基礎(chǔ)條件，土石比淺層地震勘探對激發(fā)條件的基本要求有：①激發(fā)的地震波有一定的能量，能保證獲得勘探目的折射波；②激發(fā)的地震波有效能量較強(qiáng)，而干擾波相對微弱，有較高的信噪比；③激發(fā)的地震波頻寬較寬，使激發(fā)的波盡可能接近尖脈沖，以提高地震勘探的分辨率。

6.2 檢波器的使用及間距

檢波器埋置深度為0.2～0.3m，應(yīng)埋直、埋緊，并除去周圍的雜草，力求埋藏條件一致。連接夾不碰地，防止漏電、短路和接觸不良。要愛護(hù)檢波器，不準(zhǔn)拉導(dǎo)線，不準(zhǔn)摔地，不準(zhǔn)用腳踩。

6.3 震源類型

土石比地震勘測的震源選用錘擊震源，其通常采用人工掄大錘錘擊地面的鋼板，大錘選用18磅或24磅。測區(qū)地表結(jié)構(gòu)對錘擊震源的激發(fā)效果影響很大，如果在干松的地面錘擊效果很差，而在潮濕密實(shí)的地面錘擊效果較好，為保證多次激發(fā)時(shí)的波有較好的重復(fù)性，保持金屬墊板與地面的耦合狀態(tài)良好，對于較疏松的覆蓋層應(yīng)把疏松的部分清除。

6.4 地震波的接收

6.4.1 土石比地震勘探對接收條件的基本要求

地震記錄是研究地質(zhì)現(xiàn)象的原始資料，在選擇最佳激發(fā)條件以確保有效地激發(fā)地震波的同時(shí)，應(yīng)選擇良好的接收條件，以保證記錄有如下特點(diǎn)：①接收的地震記錄能使有效波突出，并有明顯的特征；②與地震截面相應(yīng)的有效波層次分明，波間關(guān)系清楚，尤其是目的層折射應(yīng)明顯；③干擾波少，強(qiáng)度弱，并易于分辨。

6.4.2 檢波器的方向特性

檢波器都有最敏感的方向，而地震波在傳播的過程中亦有一定的震動方向，當(dāng)檢波器的最敏感方向和波的振動方向一致時(shí)，所接收的信號最強(qiáng)，所以在布置檢波器時(shí)，應(yīng)將其最敏感的方向垂直于傳播方向，才能接收到有效的信號。

6.4.3 檢波器與大地耦合

在地震勘測土石比過程中，應(yīng)將檢波器盡量埋藏在比較潮濕、致密的土層中，檢波器與地面耦合較好時(shí)，其諧振頻率高，諧振頻率對高頻有效信號影響不大，且檢波器的阻尼系數(shù)增大；當(dāng)檢波器與地面耦合較差時(shí)，其寄生諧振頻率降低，有可能影響高頻有效信號，并且檢波器阻尼系數(shù)會減小。

7 野外作業(yè)中應(yīng)注意事項(xiàng)

①在用重錘激發(fā)地震波時(shí)，盡可能排除一切的無關(guān)震動（包括錘擊者的雙腳不應(yīng)隨便移動），必須注意選擇錘的重量、錘的落距。②操作員對每取得的一張記錄，都應(yīng)詳細(xì)地填寫板報(bào)，并在記錄背面上注上日期，編號、激發(fā)點(diǎn)及激發(fā)條件等。③野外工作中要注意儀器的安全運(yùn)輸及保養(yǎng)等事項(xiàng)，以保證日常工作順利進(jìn)行。當(dāng)溫度超出儀器的使用范圍時(shí)，應(yīng)采取妥善措施，否則停止地震勘測作業(yè)。④在同一測區(qū)，選用同一個(gè)濾波檔，并保證在所有記錄上初始波的起跳方向一致。

8 結(jié)語

地震折射波確定土石分界已在蘇丹上阿特巴拉樞紐工程中成功應(yīng)用，與實(shí)際地質(zhì)情況基本相符。因海外項(xiàng)目咨詢工程師對施工流程和工序?qū)徍溯^為嚴(yán)格，合理和較為完善的施工方案可以為工程的順利實(shí)施贏得時(shí)間。endprint