岩溶地震勘探方法简写

岩溶地震勘探方法简写
1.1 浅层反射波法
反射波法勘探是利用地震反射信号，获取对地下介质分布情况认识的方法。

由于地震波在界面反射时会出现波型转换，为便于分析和处理记录剖面，在浅部往往采用P 波或SH 波反射法。

反射波法是建立在弹性各异的层状介质模型基础之上，借助于观测和研究在近地表激发后，从地下各波阻抗分界面上反射回地表的反射波，以调查地下地质构造、断层、沉积环境和岩性等。

当然，产生反射的反射界面通常较为平整、较为规则和相对于波长有一定延展长度的。

反射波法工作原理见图1。

从目前来说，二维、三维（多次覆盖）反射波法地震勘探是在油气、煤炭等沉积矿藏和工程勘察中应用最为广泛的地球物理方法。

工程地震勘探的目的层一般较浅，要探测的地下地质体（溶洞或断层）的尺度一般较小，勘察的对象多为土质地基或较软的岩层.因此，野外数据采集的关键是要获得信噪比和分辨率较高的地震资料.为了提高地震记录的信噪比和分辨率，工作中常采用小道距、小偏移、小排列、小采样、小能量激发和高频检波器、高宽频带记录的数据采集方法.应采用具有高抗干扰能力、高灵敏度、大动态范围测试仪器，以获取较高的信噪比和分辨率。

图1 反射波法工作原理图
1.2 折射波法
浅层地震折射波法以基岩与上覆地层存在波速正差异为前提。

观测系统根据探测任务与具体地质情况,工作中采用了追逐相遇观测系统。

该观测系统能够重复连续观测地下基岩界面。

在实施观测的过程中采用等排列长度,等道间距与不等偏移距。

偏移距大小视基岩的埋深与基岩上覆介质速度以及是否为相遇还是追逐观测和监视记录上出现的直达波道数来确定，见图2。

折射波法在勾绘基岩起伏界面的同时,还能区分基岩中的不同速度段，确定断层精确位置与埋深、破碎带宽度,还能确定破碎带波速大小,从而了解其破碎程度-破碎程度往往决定着含水及导水程度。

但折射波法只能反映基岩面附近的情况,对深部情况无法反映或反映不佳,这是其缺点。

1.3 瑞雷波法
瑞雷波法是利用瑞雷波在分层介质中传播时的频散特性，以及传播速度与介质物理力学性质相关性来解决有关地质问题的一种物探方法。

瑞雷波的振幅能量主要集中在一个波长的深度范围内，不同波长的瑞雷波，其传播特性反映不同深度的地质情况，在地面上沿波的传播方向按一定道间距设置检波器，可检测到波在该地段的一系列频率的波速值，得到一条波速频率曲线（即频散曲线），波速与介质的物理力学特性相关，据此可对介质的物理力学性质作出评价。

20 世纪50 年代，Haskell (1953) 发现瑞雷波在层状介质中具有频散特性，此后广泛地利用天然地震记录的瑞雷波来研究地球内部的结构(Aki 1961) 。

上世纪70
年代初，美国
图2 折射波法原理图
F.K.Chang等利用人工激发的瞬态激振产生的瑞雷波尝试解决浅部地质问题，并将稳态面波法首先用于地基勘察，揭开了面波勘探的序幕。

较早将稳态面波法形成探测系统用于工程实践的是日本VIC公司，他们于20世纪80年代初推出GR810佐藤式全自动地下勘查机。

在1970前后，我国工程界亦开展了稳态面波测试试验。

20世纪80年代后期，稳态面波法试验研究在我国悄然兴起，地矿部、水利水电部、冶金部、煤炭部、中科院、浙江大学等均先后开展了应用开发研究。

进入九十年代，稳态面波法，特别是瞬态面波法被列入“国家七五攻关项目”，由我国自主开发研制瞬态面波法专用和多用采集系统（SWS多功能面波仪、MRD 瑞利波探测仪等）、数据采集、处理解释软件方面，相继取得引人注目的进展，在许多行业的许多方面得到越来越多的应用。

瑞雷波特点在于：
①.瑞雷波振动能量最强(约占激发总能量的2/3)、衰减慢；
②.在分层介质中，瑞雷波具有频散特性，不同频率的谐波具有不同的速度，因此有不
同的波长；
③.不同波长的瑞雷波穿透深度不同；
④.不同波长的瑞雷波速度与横波速度具有相关性。

第1、2、3点是面波勘探的理论基础；第4点为面波法勘探的应用开拓了广阔的前景。

与其它地震勘探方法比较，具浅层分辨率高、不受地层速度关系的影响、场地条件要求低、效率高、成本低和应用广等突出的优点。

野外多采用20世纪80 年代后期出现的瞬态面波方法，通过两个检波器之间波的相位信息求取瑞雷波的相速度(杨成林1993) ，瞬态法具有轻便、快捷、效率高等特点，但尚不成熟，尚有许多问题需要解决。

瑞雷波勘探资料处理过程包记录编辑、相速度求取和地质解释3 部分。

瞬态瑞雷波勘探的精度主要取决于瑞雷波相速度的计算。

求取相速度的方法很多，如相位差法、互相关法、频率波数法和空间自相关法等。

瑞雷波勘探实质上是频率测深，在时间域进行频率滤波不仅不能消除干扰，而且会损失瑞雷波携带的有用信息(陆基孟，1993)。

图3 日本横槟某地下空洞瑞雷波频散曲线剖面图
1.3.1洞穴、地层界面的瑞雷波探测特征
进行面波勘察，每个测点上可获得4条曲线，即①瑞雷波平均速度V R沿深度H变化的频散曲线，②是经计算机自动反演得出的V R-H分层曲线，③是单道反射波振幅随时间变化的时域曲线，④经富氏变换得出的频谱曲线（杨成林1993），见图3。

溶洞、节理裂隙都可构成波阻抗界面，体现为不同的特征：
①.地层界面和裂隙：在VR-H曲线上主要表现为：“之”字型曲线、拐点型曲线、间
断型曲线和跳跃型曲线；
②.洞穴：学者对洞穴的频散曲线特征有不同的描述，杨成林认为“频散曲线在溶洞埋
深处出现无规律跳动，把各点连成曲线，将成为锯齿状曲线”（杨成林1993）。

夏
宇靖等根据实测的曲线，将洞穴曲线异常大致归为五类：打点中断、曲线错断、曲
线扭曲、曲线间断和曲线密集型扭曲(夏宇靖1991)。

此外，周永峰认为“低速段、
波形畸变、主频分裂等特征，都说明该点可能有充填溶洞”（周永峰1995）。

能
直接反映地下洞穴是瑞雷波勘探方法的特长之一，但对于洞穴的解释远非理想曲线
那样简单。

一是在不同地层条件下，洞穴曲线呈多种形态；二是洞穴异常在VR-H
曲线上常常与地层界面和其它地质体交织在一起，难以辨别。

所以在解释洞穴资料
时，更加强调同炮点或相邻测点频散曲线间的对比分析(夏宇靖1991)。

1.3.2瑞雷波法的应用和存在的问题
瑞雷波法可用于解决工程问题包括：划分场地土类型和场地土类别、饱和砂土液化势判别、研究地基振动特性，包括地基土卓越周期计算、动力机器基础振动能量衰减特性调查、地基土分层，并在对比试验基础上推算地基土标贯击数N值、动压缩模量、动剪切模量、动泊松比、地下洞穴和掩埋物探测、软弱地基加固效果评价、公路地基、路面质量无损检测，推算混凝土抗压强度、抗折强度。

因设备制作工艺上的困难，目前国产设备的勘探深度一般
为0.5-15m，分辨率0.2-0.5m（周永峰1993）。

目前，从设备的机动灵活性、效率成本综合考虑，瞬态激振面波法应用最广。

但瞬态激振面波法还存在以下几个方面问题：
①.勘探深度有限，一般小于30-50m；因为特低的频率很难激发，它的能量很弱，S/N
低，可靠性低；
②.面波勘探中，接收到的波场十分复杂，甚至还受到偏依距、激发方向的影响；波场
分离“提纯”难，存在着严重的多解性，甚至将高阶振型当作基阶振型解释。

于是，
存在一个解释结果严重依赖于处理解释经验问题；
③.原位测试的物理力学参数属于动荷载得范畴，工程上应用得是静荷载参数，其间尚
需通过必要的试验取得动静参数间的相关关系或者经验关系才好使用，这就有一个
近似的问题。

④.对于上部为高速层和溶洞等更复杂的结构情况，有时需要联合高阶振型面波资料进
行定量解释，有待进一步研究。

目前只能进行定性或半定量解释。

1.4 地震映像法
地震映像法(又称高密度地震勘探和地震多波勘探)实际上是高密度的单道利用多种地震波，包括反射波、折射波、面波等，进行勘探的方法。

地震映像法是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的。

这种方法可以利用多种地震波作为有效波来进行探测，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的地震波作为有效波。

高密度地震映像法在地面或水面以小偏移距激发和接收对地下地层与目标体连续扫描，其工作方式类同于探地雷达法。

地震映像法操作简单，数据采集速度较快，显示较为直观，适用范围广，没有复杂的数据处理，保留许多原始信息，这对资料分析有许多特殊优点，在山地勘查中尤为适用；地震映像法在资料处理过程中不需要进行校正处理，节省了资料处理时间，避开了动校正对浅层反射波的拉伸、畸变影响，可以使反射波的动力学特征全部被保留，地震记录的分辨率不会受影响；地震映像法在资料解释中可以利用多
种地震波的信息；在探测目的较单一、只需研究横向地质变化的情况下，地震映像法效果较好，而探测目的层较多时，不易确定最佳偏移距；由于每个记录道都采用了相同的偏移距，地震记录上的时间变化主要为地下地质体的反映，这给资料解释带来极大的方便，可直接对资料进行数字解释，如频谱分析、相关分析等；此外，地震映像法抗干扰能力弱，勘探深度有限。

一般物探方法对地形和场地要求相对较高，当在地形起伏较大或场地窄小等情况下，不少物探方法难以开展或取不到好的效果。

而地震
映像法可以选择很小的偏移距，且可以沿小路曲折布置剖面，这样能使地形影响很小，仍能有好的效果。

①.岩溶作用形成的隐伏土洞：在潜水面较浅，且深度基本不变时，利用折射波了解潜水面上土
层的波速变化。

利用面波同相轴、面波群相位数、面波波形宽度的变化了解土质是否疏松以及疏松的程度，是否已形成土洞。

②.岩石中的溶洞：岩石中的岩溶通道或地下水的运移空间有时是破碎带，有时是较完整的石灰
岩中的岩洞。

当后一种溶洞存在并有一定的规模时，可以用地震映像法探测。

当激发—接收点距离岩洞较远时，仅接收到直达波，而靠近岩洞时则可能接收到溶，洞产生的反射波、绕射波及在洞中产生的多次反射波。

③.岩溶塌陷：塌陷处各种波速度降低，面波振幅突然增大，形成明显下凹的同相轴。

④.基岩面起伏:基岩深度根据反射波的波至时间定量计算,也应关注局部面波同相轴起伏。

⑤.断层（带）：在岩性突变点或断层的角点产生绕射波，在地震映像图上，出现明显的双曲线
型同相轴，绕射波双曲线的顶点即为断层在剖面上的端点；断距可由断层端点两侧的地震波形特征差异判断。

可见根据工作目的和地质条件的差异，地震映像法可组合采用一种或一种以上的有效波，为资料解释提供更充分的证据。

在应用时，根据偏移距所取波域窗口不同而异：若选在纵波的反射窗口内，即类同等偏移距单点反射法；若选在面波域窗口，则为接收面波在浅层传播过程中介质引起的面波分解与转换波。