浅层地震折射波法在铁路勘察中的应用
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３结 论
（ ２ ３ 图 、） ２４成果分析 ．
差。
折射勘探提供了地球物理前提 。 图 ３工区某支时距曲线图 ２ 野外 工作方法 ． ２ ．ｍ ， ０４ ｓ并 本次测 量采用 Ｇｏ ｅｉ 生产的浅层 高分辨率地震仪 。 ｅｍ ｔｃ ｒｓ 沿隧道 采样 间隔为 ０５ ｓ记 录时间为 １２ ｍ ， 采用双重相遇 时距 曲线 每排列设置 ５炮 ， 远炮偏移距 视盲 区大小而定。 如图 １ 所 以及铁路线所经过地段中线 布置浅 层地震折射排列 ４个 ， 排列 长 观测 系统 ， 单 度 １５ ， 道 接收 ， １米 ２ ４ 偏移距 ５ ， 间距 为 ５ ， 米 道 米 锤击震 源激 发 ， 示 。
图 １ ５个炮点 的双重相遇观测系统激发点布置图
Ｄ（） （） （） ＝ ＋
２ ２
设 覆盖层的速度为 Ｖ ， 基岩 的速度为 ｖ ， 则折 射界面深度 ｈ 为 ｍ
图 ２ 工 区某 原 始 单 炮 记 录 图
Ｊ）Ｄ ） 厕 ｆ ＝（ ｚ （ ／
求 出各检波点 的延时 Ｏｘ， ｔ ｘ ｔｘ 去 （ 用 ） ） ） （ 和 （减 Ｄｘ ｆ所构 成的时距线即为剥皮线 ， １ 剥皮线斜 率的倒 数 即为基 岩的速度 ， 再求 出各 检波点 的 ｈｘ， 而 （ 从 ） 构置基 岩顶 面。
地 征 质特
地形
§ ｉ §
自 罾
目 晕
瞽 莹
地形起伏较尢 有较大的冲沟 ，在冲沟处可见 岩石 出 ，风化破碎较 为严重 。局部低速地段， 露 推断勾裂隙发育。
图 ４ 物探 纵 断面 图 ２３ 资料 解 释 ． ３ 用浅层地震折射波法对满足勘 探条件的地段进行勘察是完 ． １ 实际资料处理工作采用如下流程 ： 初至时间拾取一 时距 曲线绘 全可行的 ， 通过浅层地震折射波法 ， 以获取低速层的速度和厚度 ， 可
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３ ８・
科 技 论 坛
ｌ６ Ｕ Ｕ
ｌ５ ００ １ ∞ ０
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探
面 纵 鑫 断 １ 田 ９ ０ ｇ １ ０ Ｏ
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一
孽 １ ｌ＿ ｌ １ ／ … 蕈 章 目 蕈
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图 ９０ ６
９ 印
地高 面程 里程
２应 用 实 例
２１ ． 工作 区浅层地震地质条件 工作 区的 基岩 主 要 由砂 岩及 上覆 第 四系 组 成 ， 盖层厚度横 向变 化不大 ， 覆 基岩界面埋深一 般 在 １ ｍ ３ ｍ范围内。因此 ，基岩 与上覆盖介质之 ０ ～０ 间形成 了良好 的速度分界 面 ，并 且基岩速度 大于 上覆盖层速 度 ， 以地震波在地层传 播过程 中， 所 遇 到较高 的波阻抗界面将产生 折射 ，这为浅层 地震
速度 ， 再结合地质和钻探资料 ， 对即将施 工的地段 制一地震解释一高程输入一折射界面绘制一 地质解释一剖面输 出。 基岩界面的埋深 、 初至 时间拾取 时 ， 注意折射波 的识别 和对 比， 射波的识别 和 进行危险性评价 。 折 对 比根据 以下 原则 ： ①各记 录道的波形 、 幅及振动延续度 的相似 振 ３ ． ２测线 里程 Ｃ ０ ７ ２ ０ Ｃ ０ ７ ２０段 的基岩 波 速（ ０ ｍ ｓ Ｋ ３＋ ７ 一 Ｋ ３ ＋ ９ ９ ０ ／） 特征 。 ②相位一致性和同相轴延续长度特征 。③追逐炮记录同相轴 与 两 侧 的 基 岩 波 速 （０ ０ ／） 有 明 显 差 异 、 测 线 里 程 ２０ ｍ ｓ 的平行性特征 。 时距 曲线绘制后 ， 根据时间互换性 、 追逐时距曲线平 Ｃ ０ ７ ４ ０ Ｃ ０ ７ ５ ０段 的基 岩 波速 （ ｌＯ ／） Ｋ ３＋８一 Ｋ ３＋ １ １ Ｏｍ ｓ 与两侧 的基岩 波 ２０ ｍ ｓ有明显差异 ， 形成 了局部的低速带 ， 推断这两个位 置为 行性 、 截距 时间相等性原 则进 行检查 ， 照地震 记录初至读取情况 速 （８ ０ ／） 对 进行必要的修 改。 根据时距曲线的特征采用三层地球物理模型进行 断裂破碎带 ， 工时 在施 应注意岩层 的塌 陷， 地下水的涌现等地 质灾 解释， 第一层（ 覆盖层） 波速用单支时距 曲线 的直达波段斜率 的平 害 的发 生 。 其 均值来计算 ， 第二层（ 风化层） 则通过时距 曲线 中基岩与上覆盖层 （ 中 ３３ 于初 至读取 ：初至时间的读取正确与否直接关 系到资料 ．关 间层 ） 的斜率 的平均值来计算 ， 第三层（ 基岩） 则分别通过剥皮线和差 的解 释精 度 ， 因此 ， 在读取初至时 间时 ， 应尽量精确 ； 一般来说 一个 数 时距 曲线来求取界 面速度 ，基岩界面深度采用 表层剥去法求取 。 工 区的初 至时间的读取尽量 由同一人完成 ，减少 初至时 间读 取误 ３４在实际应用 中 ， ． 应充分了解 工区的地 质条 件 ， 并根 据应用前 用上述方法对工区内的所有折射资料进行处理解 释后 ， 得到工 提以及勘察 目的 ， 选择合适 的参数 （ 测线设计 、 道间距 、 激发条件 、 排 区内上覆盖层 、 基岩 界面速度 以及基 岩界面的深度 （ ４ ， 图 ） 由物 探 列长度 等 ） 以及合理 的解 释方法 ， 同时尽可 能采 用其他物探方 法进 纵断面成果 图可 以看到 ：上覆 盖层 （ 四系 ）的速度 Ｖ ， 第 一般 在 行联合解释 ， 相互印证 ， 才能提高解释 的精度和可靠性 。 ４ ０ ／左右 ，基岩风化层界面速度 Ｖ ０ｍｓ 一般在 １０ ｒ ｓ ２ ０ｒ 左右 ，基岩 ｄ 参 考 文献 （ 砂岩 ） 速度 ｖ 一般在 ２ ０ ｍｓ ３ ０ ／ 左右 。基岩顶面埋深最小 为 ８ ｍ， 【 王奇． ． １ ７ 】 浅层地震折射波在某隧道勘察 中的应用『 ＿ Ｊ 内江科技 ，０ ０ １ ２１． 最 大 为 ２ｍ。 ６ ［ 雷苑， ２ 】 孙渊． 浅层地 震折 射波法在隧道勘察 中的应 用『． Ｊ 西安地质 １ １８ ． 从图 ４还可 以看到 ， 在同一风化层 内， 纵波速度在横 向上是有 学 院 地质 学报 ，９９ 变化的 ， 究其原因， 主要是在横 向上风化层的不均匀性 所引起 ， 风化 ［ 曾国， ３ 】 崔德 海， 刘杰 ， 李凯．地震折射波法和高密度电法在 隧道勘 层致 密程度 的不一造成了横 向上纵波速度的不均匀性。 这一点也说 察 中的应 用ｆ ． Ｊ 物探与化探 ，０ ９ １ ２０． 明了 ， 对于横向不 均匀 的地层 ， 折射波法进行勘察 ， 用 也是可行的。 ｆ 闻 昆娣 ． 浅层 地 展 折 射 波 法探 测桥 梁 隧 道 所 在 地 的 基 岩 和 构 造 ４ 】 用 由于构造破碎带 内的物质胶结较松散 ， 波速低 ， 因此地 质上的 ｆ１ 南地 震 ，９ ０ Ｊ华 ． １９ ． ． 破碎带往往都是地震上的低速带 。 低速带会使波传播在时间上产生 滞后 ， 且使能量衰减 ， 频率降低 。 因此可根据记 录上折射 波能量的衰 减及频率 的变化情况 与时距 曲线上的波速特征来判断 断裂 破碎带 的存 在及位置 。 从 图 ４ 也 可 以 看 到 ， 局 部 地 段 测 线 里 程 Ｃ ０ ７ ２ ０ Ｃ ０ ７ ２０段 的基 岩波速（０ ｍ ｓ与两侧 的基 岩波速 Ｋ ３＋７一 Ｋ ３＋９ ９ ０ ／） （０ ０ ／） 明显差异 、 ２ ０ ｍ ｓ有 测线里程 Ｃ ０ ７ ４ ０ Ｃ ０ ７ ５０段 的基岩 Ｋ ３＋ ８－ Ｋ ３ ＋ １ 波速 （ ｌＯ ／） １Ｏ ｍ ｓ与两侧 的基岩波速 （８０ ／） ２ ０ ｍ ｓ有明显差异 ， 因而推断 这两个位置为断裂破碎带。 因此在施工时 ， 应特别 注意岩层的塌陷 ， 并 注意地下水 的涌现 ， 防止地质灾害 的发生。
科技 论 坛
・ ７・ ３
浅层地震折射波法在铁路勘察中的应用
范 剑 刘 涛 林 星
（ 天津市地球物理勘探 中心 ， 天津 ３ ０ ７ ） ０ ｌＯ 摘 要： 地震折射 波法以其 能够确定折射界 面的速度 而广泛应 用于工程地质勘察。论述 了在新建铁路 大马线某段勘察 中应用浅层地 震折射 波法查明铁路桥所经过地段周 围的地质情 况， 查找土石分界 ， 并根据 资料 解释 成果 ， 对在铁路桥所 经过地段 周围可能遇到的断层 及塌 陷等情 况进行 了讨论 。 关键词 ： 折射 波； 袁层剥去法 ； 浅层地震勘探 浅层地 震勘探 以其 高精度 和高效 率能较好 的 解决地 下近百米 以内的工程地质 问题 而得到广 大 物探 工作者 的青 睐 ，它不仅能提供直 观的连续 的 地质构 造剖面 图和测 区内地质层位 的平 面等值线 图以及 断裂分布 图 ，还 可以提供岩性 变化 图与 岩 土动力 学参数如速度 和弹性模量等 。尤其 是浅层 地震折 射波法在解决工 程地质问题方 面更 具有优 势。 常用来探 测覆 盖层 （ 或低速层 ） 的厚度 、 基岩起 伏、 隐性断层 以及判别裂 隙程度 ， 岩体 质量 和 评价 进行 围岩分类等工程地质 问题 。以新建铁 路大 马 线某段铁 路桥勘察为例 ，阐述利用地震折 射波法 确定覆 盖层的厚度 ， 基岩速 度等 ， 而为铁路桥所 从 经过地段周围的地质情况作 出评价 。 １工作原理 １１ ． 折射波工作原理 浅层折射 波探测方法是研究 人工地 面激发 的 地震波 ，当下层介质 的波速 大于其上层介 质波速 以及波 的入射角 等于临界 角的情况 下， 地震波就会 沿着速度界 面传播， 在近地表介质 中传播时发生折 射， 根据仪器记 录的折射波到达检 波器的时 间， 可 以获得地 下介质 的空 间分 布特征 的一种地 球物理 探测方法。 １ 表层剥去法 原理 ． ２ 设 折射 波相遇时距为 ｓ 和 ｓ，对应 于 Ｘ点 的 折射波 旅行时 间分 别为 ｔｘ ｔｘ 设 Ｔ Ａ） Ｂ） （和 （ ， 墟为互换 时， 则对应于 Ｘ的延 时 Ｄｘ （为 ）
（ ２ ３ 图 、） ２４成果分析 ．
差。
折射勘探提供了地球物理前提 。 图 ３工区某支时距曲线图 ２ 野外 工作方法 ． ２ ．ｍ ， ０４ ｓ并 本次测 量采用 Ｇｏ ｅｉ 生产的浅层 高分辨率地震仪 。 ｅｍ ｔｃ ｒｓ 沿隧道 采样 间隔为 ０５ ｓ记 录时间为 １２ ｍ ， 采用双重相遇 时距 曲线 每排列设置 ５炮 ， 远炮偏移距 视盲 区大小而定。 如图 １ 所 以及铁路线所经过地段中线 布置浅 层地震折射排列 ４个 ， 排列 长 观测 系统 ， 单 度 １５ ， 道 接收 ， １米 ２ ４ 偏移距 ５ ， 间距 为 ５ ， 米 道 米 锤击震 源激 发 ， 示 。
图 １ ５个炮点 的双重相遇观测系统激发点布置图
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２ ２
设 覆盖层的速度为 Ｖ ， 基岩 的速度为 ｖ ， 则折 射界面深度 ｈ 为 ｍ
图 ２ 工 区某 原 始 单 炮 记 录 图
Ｊ）Ｄ ） 厕 ｆ ＝（ ｚ （ ／
求 出各检波点 的延时 Ｏｘ， ｔ ｘ ｔｘ 去 （ 用 ） ） ） （ 和 （减 Ｄｘ ｆ所构 成的时距线即为剥皮线 ， １ 剥皮线斜 率的倒 数 即为基 岩的速度 ， 再求 出各 检波点 的 ｈｘ， 而 （ 从 ） 构置基 岩顶 面。
地 征 质特
地形
§ ｉ §
自 罾
目 晕
瞽 莹
地形起伏较尢 有较大的冲沟 ，在冲沟处可见 岩石 出 ，风化破碎较 为严重 。局部低速地段， 露 推断勾裂隙发育。
图 ４ 物探 纵 断面 图 ２３ 资料 解 释 ． ３ 用浅层地震折射波法对满足勘 探条件的地段进行勘察是完 ． １ 实际资料处理工作采用如下流程 ： 初至时间拾取一 时距 曲线绘 全可行的 ， 通过浅层地震折射波法 ， 以获取低速层的速度和厚度 ， 可
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科 技 论 坛
ｌ６ Ｕ Ｕ
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图 ９０ ６
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地高 面程 里程
２应 用 实 例
２１ ． 工作 区浅层地震地质条件 工作 区的 基岩 主 要 由砂 岩及 上覆 第 四系 组 成 ， 盖层厚度横 向变 化不大 ， 覆 基岩界面埋深一 般 在 １ ｍ ３ ｍ范围内。因此 ，基岩 与上覆盖介质之 ０ ～０ 间形成 了良好 的速度分界 面 ，并 且基岩速度 大于 上覆盖层速 度 ， 以地震波在地层传 播过程 中， 所 遇 到较高 的波阻抗界面将产生 折射 ，这为浅层 地震
速度 ， 再结合地质和钻探资料 ， 对即将施 工的地段 制一地震解释一高程输入一折射界面绘制一 地质解释一剖面输 出。 基岩界面的埋深 、 初至 时间拾取 时 ， 注意折射波 的识别 和对 比， 射波的识别 和 进行危险性评价 。 折 对 比根据 以下 原则 ： ①各记 录道的波形 、 幅及振动延续度 的相似 振 ３ ． ２测线 里程 Ｃ ０ ７ ２ ０ Ｃ ０ ７ ２０段 的基岩 波 速（ ０ ｍ ｓ Ｋ ３＋ ７ 一 Ｋ ３ ＋ ９ ９ ０ ／） 特征 。 ②相位一致性和同相轴延续长度特征 。③追逐炮记录同相轴 与 两 侧 的 基 岩 波 速 （０ ０ ／） 有 明 显 差 异 、 测 线 里 程 ２０ ｍ ｓ 的平行性特征 。 时距 曲线绘制后 ， 根据时间互换性 、 追逐时距曲线平 Ｃ ０ ７ ４ ０ Ｃ ０ ７ ５ ０段 的基 岩 波速 （ ｌＯ ／） Ｋ ３＋８一 Ｋ ３＋ １ １ Ｏｍ ｓ 与两侧 的基岩 波 ２０ ｍ ｓ有明显差异 ， 形成 了局部的低速带 ， 推断这两个位 置为 行性 、 截距 时间相等性原 则进 行检查 ， 照地震 记录初至读取情况 速 （８ ０ ／） 对 进行必要的修 改。 根据时距曲线的特征采用三层地球物理模型进行 断裂破碎带 ， 工时 在施 应注意岩层 的塌 陷， 地下水的涌现等地 质灾 解释， 第一层（ 覆盖层） 波速用单支时距 曲线 的直达波段斜率 的平 害 的发 生 。 其 均值来计算 ， 第二层（ 风化层） 则通过时距 曲线 中基岩与上覆盖层 （ 中 ３３ 于初 至读取 ：初至时间的读取正确与否直接关 系到资料 ．关 间层 ） 的斜率 的平均值来计算 ， 第三层（ 基岩） 则分别通过剥皮线和差 的解 释精 度 ， 因此 ， 在读取初至时 间时 ， 应尽量精确 ； 一般来说 一个 数 时距 曲线来求取界 面速度 ，基岩界面深度采用 表层剥去法求取 。 工 区的初 至时间的读取尽量 由同一人完成 ，减少 初至时 间读 取误 ３４在实际应用 中 ， ． 应充分了解 工区的地 质条 件 ， 并根 据应用前 用上述方法对工区内的所有折射资料进行处理解 释后 ， 得到工 提以及勘察 目的 ， 选择合适 的参数 （ 测线设计 、 道间距 、 激发条件 、 排 区内上覆盖层 、 基岩 界面速度 以及基 岩界面的深度 （ ４ ， 图 ） 由物 探 列长度 等 ） 以及合理 的解 释方法 ， 同时尽可 能采 用其他物探方 法进 纵断面成果 图可 以看到 ：上覆 盖层 （ 四系 ）的速度 Ｖ ， 第 一般 在 行联合解释 ， 相互印证 ， 才能提高解释 的精度和可靠性 。 ４ ０ ／左右 ，基岩风化层界面速度 Ｖ ０ｍｓ 一般在 １０ ｒ ｓ ２ ０ｒ 左右 ，基岩 ｄ 参 考 文献 （ 砂岩 ） 速度 ｖ 一般在 ２ ０ ｍｓ ３ ０ ／ 左右 。基岩顶面埋深最小 为 ８ ｍ， 【 王奇． ． １ ７ 】 浅层地震折射波在某隧道勘察 中的应用『 ＿ Ｊ 内江科技 ，０ ０ １ ２１． 最 大 为 ２ｍ。 ６ ［ 雷苑， ２ 】 孙渊． 浅层地 震折 射波法在隧道勘察 中的应 用『． Ｊ 西安地质 １ １８ ． 从图 ４还可 以看到 ， 在同一风化层 内， 纵波速度在横 向上是有 学 院 地质 学报 ，９９ 变化的 ， 究其原因， 主要是在横 向上风化层的不均匀性 所引起 ， 风化 ［ 曾国， ３ 】 崔德 海， 刘杰 ， 李凯．地震折射波法和高密度电法在 隧道勘 层致 密程度 的不一造成了横 向上纵波速度的不均匀性。 这一点也说 察 中的应 用ｆ ． Ｊ 物探与化探 ，０ ９ １ ２０． 明了 ， 对于横向不 均匀 的地层 ， 折射波法进行勘察 ， 用 也是可行的。 ｆ 闻 昆娣 ． 浅层 地 展 折 射 波 法探 测桥 梁 隧 道 所 在 地 的 基 岩 和 构 造 ４ 】 用 由于构造破碎带 内的物质胶结较松散 ， 波速低 ， 因此地 质上的 ｆ１ 南地 震 ，９ ０ Ｊ华 ． １９ ． ． 破碎带往往都是地震上的低速带 。 低速带会使波传播在时间上产生 滞后 ， 且使能量衰减 ， 频率降低 。 因此可根据记 录上折射 波能量的衰 减及频率 的变化情况 与时距 曲线上的波速特征来判断 断裂 破碎带 的存 在及位置 。 从 图 ４ 也 可 以 看 到 ， 局 部 地 段 测 线 里 程 Ｃ ０ ７ ２ ０ Ｃ ０ ７ ２０段 的基 岩波速（０ ｍ ｓ与两侧 的基 岩波速 Ｋ ３＋７一 Ｋ ３＋９ ９ ０ ／） （０ ０ ／） 明显差异 、 ２ ０ ｍ ｓ有 测线里程 Ｃ ０ ７ ４ ０ Ｃ ０ ７ ５０段 的基岩 Ｋ ３＋ ８－ Ｋ ３ ＋ １ 波速 （ ｌＯ ／） １Ｏ ｍ ｓ与两侧 的基岩波速 （８０ ／） ２ ０ ｍ ｓ有明显差异 ， 因而推断 这两个位置为断裂破碎带。 因此在施工时 ， 应特别 注意岩层的塌陷 ， 并 注意地下水 的涌现 ， 防止地质灾害 的发生。
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浅层地震折射波法在铁路勘察中的应用
范 剑 刘 涛 林 星
（ 天津市地球物理勘探 中心 ， 天津 ３ ０ ７ ） ０ ｌＯ 摘 要： 地震折射 波法以其 能够确定折射界 面的速度 而广泛应 用于工程地质勘察。论述 了在新建铁路 大马线某段勘察 中应用浅层地 震折射 波法查明铁路桥所经过地段周 围的地质情 况， 查找土石分界 ， 并根据 资料 解释 成果 ， 对在铁路桥所 经过地段 周围可能遇到的断层 及塌 陷等情 况进行 了讨论 。 关键词 ： 折射 波； 袁层剥去法 ； 浅层地震勘探 浅层地 震勘探 以其 高精度 和高效 率能较好 的 解决地 下近百米 以内的工程地质 问题 而得到广 大 物探 工作者 的青 睐 ，它不仅能提供直 观的连续 的 地质构 造剖面 图和测 区内地质层位 的平 面等值线 图以及 断裂分布 图 ，还 可以提供岩性 变化 图与 岩 土动力 学参数如速度 和弹性模量等 。尤其 是浅层 地震折 射波法在解决工 程地质问题方 面更 具有优 势。 常用来探 测覆 盖层 （ 或低速层 ） 的厚度 、 基岩起 伏、 隐性断层 以及判别裂 隙程度 ， 岩体 质量 和 评价 进行 围岩分类等工程地质 问题 。以新建铁 路大 马 线某段铁 路桥勘察为例 ，阐述利用地震折 射波法 确定覆 盖层的厚度 ， 基岩速 度等 ， 而为铁路桥所 从 经过地段周围的地质情况作 出评价 。 １工作原理 １１ ． 折射波工作原理 浅层折射 波探测方法是研究 人工地 面激发 的 地震波 ，当下层介质 的波速 大于其上层介 质波速 以及波 的入射角 等于临界 角的情况 下， 地震波就会 沿着速度界 面传播， 在近地表介质 中传播时发生折 射， 根据仪器记 录的折射波到达检 波器的时 间， 可 以获得地 下介质 的空 间分 布特征 的一种地 球物理 探测方法。 １ 表层剥去法 原理 ． ２ 设 折射 波相遇时距为 ｓ 和 ｓ，对应 于 Ｘ点 的 折射波 旅行时 间分 别为 ｔｘ ｔｘ 设 Ｔ Ａ） Ｂ） （和 （ ， 墟为互换 时， 则对应于 Ｘ的延 时 Ｄｘ （为 ）