地震CT技術及其在工程地質勘探中的應用

鄒子龍

(貴州省地礦局第二工程勘察院，貴州 遵義 563000)

0 引 言

在城市規劃建設中，對于工程項目建設標準的要求越來越高。在工程地質勘探中，可采用地震CT技術獲得物體外部測量數據，通過對地震速度與地質體之間的關系進行分析，即可獲得層析圖像以及鉆井資料，據此對地震體進行分類評價。因此，對地震CT技術在工程地質勘探中的應用進行深入研究迫在眉睫。

1 地震CT技術

對于地震CT技術，可分為2種：①為以射線理論為基礎的走時成像法，具體包括直射線以及彎曲射線；②為波動方程反演的CT法。在地震波動理論CT技術的應用中，通過野外觀測獲得波形數據，包括走時、振幅、相位以及周期等，然后在利用Born變換近似法或者Rytov變換法。需要注意，在地震CT技術的應用中，如果地下介質速度變化比較大，則地震波的傳播路徑與直線的偏差也會比較大，因此還可采用彎曲射線追蹤方式。

CT正演可將理論走時作為震源以及接收點路徑的積分，在已知速度的基礎上對射線路徑以及走時進行計算。模型參數化方式比較多，具體包括分塊模型、節點模型以及不規則模型等。地震射線追蹤方式比較多，在工程地質勘探中，應綜合考慮不同方法的應用條件、計算效率等，進而選擇適宜的算法。

2 工程地質勘探中的地震CT新技術

2.1 地面地震CT技術

在傳統的工程地質勘探中，一般可進行鉆孔勘探，而通過應用地震CT技術，無需鉆孔即可構建初始模型，地面地震CT技術通過應用初始模型，即可反映出地質體厚度以及波速。現如今，地面地震CT技術越來越完善，通過利用地質體反射剖面，即可構建所需模型，通過聯合應用地震相以及射線追蹤，能夠有效保證勘探結果的準確性以及可靠性。通過對地面地震CT技術的成像特點和應用方式進行分析可見，通過將技術應用于結構形式簡單的地質體勘探中，即可獲得分層三維波速圖像以及界面分布概況。

2.2 地震波速CT結合吸收系數CT

在工程地質勘探中，通過應用波速CT技術，能夠合理區分巖性分布情況以及大規模斷裂帶，CT法可獲得小規模斷裂帶節理帶圖像，并且圖像分辨率比較高，通過將2種技術聯合應用于地質勘探中，可充分發揮2種技術的應用優勢。在獲得觀測記錄后，即可對走時以及頻譜進行研究分析，進而同時掌握波速分布圖以及吸收分布圖，通過對2種圖像進行對比分析，即可為工程地質勘探結果分析提供可靠依據。

2.3 地震面波CT技術

表面波的傳播速度以及下伏地層力學性質會對表面波的頻率產生較大影響，對此，在探測過程中，如果獲得不同頻率面波，則應進行傳播速度成像分析，進而確定不同深度地層的力學性質平均值。另外，通過結構分層分析，可大致推算出波速在不同層面的分布情況，為工程地質勘探提供可靠依據。地震面波CT技術的原理類似于面波頻散原理，但是在實際操作方面更加快速便捷，只需進行地表觀測就能夠獲得地下三維結構圖。需要注意，地震面波CT技術的勘探深度比較淺，應用范圍比較小，與反射法相比，勘探結果的可靠性比較低，因此還需不斷改進。

3 地震CT技術在工程地質勘探中的應用

3.1 工程概況

某工區地勢為北高南低，高程在14～32 m之間。通過對該勘探區域地質資料進行分析，勘探區域為第四系地層覆蓋。該勘探區域北側為低山丘陵區，而南部則為平原區。在本次地質勘探中，采用地震CT勘探技術，對勘探區域構造形式、巖性分布情況以及地層速度等進行測量。在本次勘探中，共有2個剖面，第一個剖面鉆孔距為13 m，而孔深則為100 m，第二個剖面的鉆孔距為20 m，而孔深則為100 m。兩個剖面的成像深度均在0 m～-96 m之間。

3.2 測試方法

在該次勘探工區范圍內，勘探區域地質組成包括填土、粘土、砂土以及礫石土等等，被風化破碎泥巖和水填充，低速異常特征明顯，速度在800～1 500 m/s之間。另外，穩定砂和粘土互層為中高速，速度在1 000～2 500 m/s之間。由此可見，該勘探工區的波速差異性比較明顯，因此，可利用井間地震CT技術進行勘探和評價分析。

在勘探中，一井激發，而另一井則可接收井間成像。在具體的勘探過程中，首先確定成像區，然后將檢波器放置在成像區深度最大位置，根據適宜間距移動炮點放炮，并提升檢波器串，直至完成勘探，觀測系統布置形式，見圖1。在該次勘探中，勘探設備為SWS-5多功能地震儀，檢波器為CH3-R2型12道加速度型水聽檢波器串，震源為XW5 512A型大功率單次擊振的電火花振源，在勘探數據處理分析中，采用地震CT處理軟件以及井間地震波CT軟件等。

地震CT技術有一定的應用特征，比如，通過構建地震CT勘探模型，即可對射線分布形式進行計算分析，地震CT幾何圖形及射線分布形式見圖2。在地震CT幾何圖形及射線分布圖中有無射線覆蓋區，在模型內部，灰色區域為目標體，在模型上下邊界則為邊界效應，為黑色區，不利于解釋分析。對此，在實際勘探中，在勘探數據采集中，在對觀測系統進行規劃布置時，應注意結合實際情況完善觀測系統，并盡量避免無射線覆蓋區。

3.3 結果分析

在該次勘探中，對第一個剖面進行勘探數據采集、處理以及分析，即可獲得速度分布與地質解釋圖像，見圖3。通過對圖3進行分析可見，淺于-10 m的地表主要是由人工填土所組成的，波速比較低，另外，在填土以下，波速值比較穩定，呈水平條帶狀漸變形式，據此可推測，第四系覆蓋層的厚度比較大，井探范圍中，主要是由砂和粘土互層所組成的。下井段深度范圍在-60～-96 m之間，通過下井進行勘探分析發現，有1處相對低速異常帶，形狀為狹長，波速在800～1 500 m/s之間，呈低速斷裂特征。上斷點可能處于-60 m位置，而下斷點可能處于未探測深度范圍。當井段范圍在-15～-55 m之間時，巖性主要包括砂和粘土互層；當井段范圍在-40～-44 m之間時，巖性主要為粗砂層。

在該次勘探中，對第二個剖面進行勘探數據采集、處理以及分析，即可獲得速度分布與地質解釋圖像，通過分析可見，當地層淺于-21 m時，波速為低速，通過巖性分析可確定，該范圍地層主要是由粉質粘土以及細砂段所組成的，波速相對穩定，部分區域波速值比較大，該地層為穩定砂卵石層。通過對剖面進行分析可見，探測區域地層結構穩定性比較強。

4 結 語

綜上所述，文章針對地震CT技術在工程地質勘探中的應用進行了詳細探究。在工程地質勘探中，地震CT技術的定位準確，成像清晰，與傳統的地質勘探技術相比優勢明顯。