折射波法在地礦勘探中的應(yīng)用研究

冉根領(lǐng)

（貴州地礦基礎(chǔ)工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

地震折射波法作為地球物理勘探的一種主要方法，應(yīng)用較為廣泛，對(duì)測(cè)定覆蓋層的厚度、基巖起伏情況、測(cè)定隱伏斷層及破碎帶的位置、評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量和工程地質(zhì)圍巖分類等均有較好的效果。近些年來(lái)，尤其在貴州地區(qū)，受地形限制及其他原因，折射波法的應(yīng)用受到了極大限制。本文以實(shí)例說(shuō)明在具備物性前提及野外應(yīng)用條件的前提下，地震折射波法在工程中的應(yīng)用。

下面以海南昌江核電廠選址（初可研）（進(jìn)董A測(cè)線）工程為例，說(shuō)明地震折射波法的應(yīng)用效果。工作基本參數(shù)，檢波器間距10m，偏移距2m～200m，采樣間隔100us，采樣點(diǎn)數(shù)2048～4096，排列間重疊2道～4道。單炮炸藥量0.4kg～2.0kg。

1 淺層地震折射波基本原理及野外工作方法

1.1 淺層地震折射波法原理簡(jiǎn)介

淺層地震折射波法是利用人工震源（如放炮、電火花、錘擊等）所激發(fā)產(chǎn)生的地震波，在地下傳播時(shí)遇到不同的地層界面（通常亦為速度界面），當(dāng)下覆地層的波速（V2）大于上覆地層的波速（V1），并且入射角α大于等于臨界角ipp時(shí)將產(chǎn)生折射波，通過(guò)儀器記錄并分析折射波的特征（時(shí)間、振幅、頻率等），從而推測(cè)出地質(zhì)體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及埋深等參數(shù)，達(dá)到地質(zhì)勘探的目的。折射波法是研究地震波中折射波信號(hào)的一種方法，是一種探測(cè)淺部地質(zhì)情況的有效方法。

1.2 淺層地震折射波法適用范圍

（1）被探測(cè)界面相對(duì)穩(wěn)定，起伏不很大，有一定的延續(xù)性。

（2）被探測(cè)界面的上覆介質(zhì)與下覆介質(zhì)的相對(duì)波速差不小于25%。

（3）被探測(cè)層有一定的厚度。

（4）地表地形較為平坦，起伏不劇烈。

（5）如存在高速屏蔽層，則其厚度應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于入射縱波的波長(zhǎng)。

1.3 野外工作方法技術(shù)

1.3.1 試驗(yàn)工作

勘探剖面根據(jù)委托方制定，由測(cè)量準(zhǔn)確確定炮點(diǎn)及檢波器的位置，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)（從小偏移距到大偏移距）確定最佳時(shí)窗，偏移距及道間距等參數(shù)。同時(shí)，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地鉆機(jī)、車輛及風(fēng)聲干擾較大，因此放炮時(shí)讓鉆機(jī)、車輛等機(jī)械停工，同時(shí)加大炸藥量并在埋置檢波器的位置挖坑，以此來(lái)壓制干擾波。

1.3.2 野外工作

首先根據(jù)試驗(yàn)工作確定好的偏移距及道間距布置排列。每個(gè)排列布好后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布線檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)有未接好的檢波器，進(jìn)行重新接插，直到檢波器與電纜接觸良好為止。野外工作中檢波器（24道）以等間距（除A測(cè)線第一排列采用5m外，其它均采用10m）排列，進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。排列布置好后，在排列兩端布置放炮孔。

工作開(kāi)展前，先進(jìn)行小偏移距（10m左右）測(cè)量，測(cè)出直達(dá)波，確定低速層波速V1。此外,每隔一定的距離，進(jìn)行一次小偏移距測(cè)量，以觀察直達(dá)波及折射波是否穩(wěn)定，并及時(shí)修正偏移距。折射波法工作中采用雙邊爆破激發(fā)相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)，從而確保采集到較高信噪比的地震數(shù)據(jù)。

2 測(cè)區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

2.1 測(cè)區(qū)地質(zhì)

測(cè)區(qū)位于昌江鄰北部灣一側(cè)，緊靠海邊，海拔3m～38m。地表主要為黃砂覆蓋，下覆基巖主要為花崗巖。測(cè)區(qū)地形較平坦、地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

2.2 地球物理特征

為做好物探工作，野外作業(yè)前應(yīng)對(duì)場(chǎng)地的地球物理特征進(jìn)行分析，地震折射波法討論的主要是速度差異。該場(chǎng)地波速見(jiàn)下表。

表1 測(cè)區(qū)砂、巖石的波速統(tǒng)計(jì)表

從上表來(lái)看，該場(chǎng)地覆蓋層及基巖波速差別大；同時(shí)，測(cè)區(qū)地形起伏較小、居民少、環(huán)境噪音小，為地震折射勘探提供了較好的物性前提。

3 測(cè)區(qū)典型折射波曲線

該測(cè)線共敷設(shè)了6個(gè)排列，測(cè)線長(zhǎng)約1500m。大致沿垂直地質(zhì)構(gòu)造的方向布置。

圖1 典型的原始曲線

從原始曲線大致可以看出，該排列曲線形態(tài)好，背景噪音小，折射波（初至波）明顯。第一、第二層界面清晰可見(jiàn)。從曲線看該剖面無(wú)明顯的斷層或破碎帶等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

4 資料處理及解釋

4.1 測(cè)線的時(shí)距曲線及深度曲線

相遇時(shí)距曲線：在相同的縱排列上，兩端分別激發(fā)，所獲得的相反方向的兩張地震記錄。即兩條由互換時(shí)間聯(lián)系起來(lái)的、方向相反的時(shí)距曲線稱為相遇時(shí)距曲線。因?qū)ν粋€(gè)地震界面，在這兩張地震記錄上應(yīng)有互換點(diǎn)可以對(duì)比追蹤，所以這是一種連續(xù)觀測(cè)系統(tǒng)。

在分層過(guò)程中，同一斜率的初至波應(yīng)分為同一層，當(dāng)?shù)貙忧闆r復(fù)雜時(shí)，不同的層在時(shí)距曲線上的界限不是很清晰，這就需要對(duì)已分配的層進(jìn)行多次修改和重新分配，直至得到正確合理的結(jié)果。

時(shí)距曲線的拼接與復(fù)合也是一個(gè)細(xì)致而復(fù)雜的過(guò)程，可能要反復(fù)的進(jìn)行，才能得到理想的結(jié)果。

不同排列的同一層首（尾）與基準(zhǔn)層尾（首）均應(yīng)能最佳的銜接。直至同一方向同一層曲線段被拼接成一條完整的時(shí)距曲線。

以下是進(jìn)董A測(cè)線的時(shí)距曲線處理過(guò)程及解釋結(jié)果。

圖5 深度曲線

4.2 驗(yàn)證結(jié)果

在距測(cè)線起點(diǎn)539m及1052m分別為zk1及zk2號(hào)鉆孔，鉆孔揭露的覆蓋層厚度與物探測(cè)得的覆蓋層厚度對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 鉆孔揭露的覆蓋層厚度與物探測(cè)得的覆蓋層厚度對(duì)比值

5 結(jié)論

（1）實(shí)際工作證實(shí)，地震折射波法在具備物性前提及野外應(yīng)用條件時(shí)，對(duì)探測(cè)覆蓋層厚度具有較好的效果。

（2）測(cè)區(qū)由于覆蓋層為黃砂，且不夠密實(shí)，造成地震波衰減較快，部分地塊個(gè)別點(diǎn)初至不明顯，應(yīng)加大炸藥量及挖深炮孔。

（3）由于偏移距不夠大，較深地層的折射波未能探測(cè)到。

（4）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作過(guò)程中，最佳偏移距的確定、信噪比的控制與提高、炸藥量及炮孔深度仍是確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵。