折射波法在某礦山治理中的應(yīng)用

朱 輝，高鐸文

（中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710054）

1 折射波法勘探原理

折射波法是利用人工震源激發(fā)的地震波在介質(zhì)中傳播，當(dāng)穿過波速不同的分界面時(shí)，波改變了原來的傳播方向而產(chǎn)生了透射，當(dāng)下層大于上層介質(zhì)的波速時(shí)，在入射角等于臨界角的條件下，透射波將會(huì)沿著分界面以下層速度“滑行”，這種“滑行波”也將引起界面上層質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，并以折射波的形式傳至地面，若用地震儀測(cè)量其到達(dá)地面觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)間和震源距，并找出其之間的函數(shù)關(guān)系，就可以求出折射界面的空間分布形態(tài)。折射波法多用于探測(cè)覆蓋層（或低速帶）厚度、基巖起伏、斷層產(chǎn)狀及有關(guān)地下水分布等工程地質(zhì)問題[1]。

折射波勘探主要利用地震波的折射初至?xí)r間，繪制時(shí)距曲線，進(jìn)而對(duì)地下構(gòu)造進(jìn)行推斷解釋。

2 資料解釋方法

利用時(shí)距曲線和速度資料，即可繪制反映折射界面的埋深、產(chǎn)狀和構(gòu)造形態(tài)的地震剖面圖。求取折射界面的埋深和產(chǎn)狀的解釋方法有很多，如截距時(shí)間法、t0差數(shù)時(shí)距曲線法、延遲時(shí)間法、時(shí)間場(chǎng)法和共軛點(diǎn)法[2]。折射資料處理解釋流程如圖1所示。下面通過工程實(shí)例來介紹工作中最常用的截距時(shí)間法和t0差數(shù)時(shí)距曲線法。

圖1 折射處理流程圖

3 應(yīng)用實(shí)例

實(shí)際資料來源于漢中市某礦山治理項(xiàng)目。本次勘探的主要任務(wù)為探測(cè)基巖埋深及其起伏形態(tài)，測(cè)線長570m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及前人資料所知，工區(qū)上部為礦渣，下部基巖巖性為泥質(zhì)砂巖[3]。物探工作開展前在工區(qū)基巖露頭處做巖體波速測(cè)試，測(cè)得波速為1400～1600m/s。使用的儀器為SWS-7型工程勘探與工程檢測(cè)儀，選用38HZ檢波器，根據(jù)工程勘探目的和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，觀測(cè)系統(tǒng)采用道間距12m，48道接收，采樣長度為1024ms，采樣間隔0.5ms。共在坐標(biāo)0、288、576處3個(gè)點(diǎn)位上放炮，震源為TNT炸藥。圖2為三炮的時(shí)距曲線圖。

圖2 時(shí)距曲線圖

從時(shí)距曲線可以看出，地層為兩層結(jié)構(gòu)，除近炮點(diǎn)的直達(dá)波外，折射波震相穩(wěn)定[4,5]。依據(jù)線性回歸方程，可分別得到直達(dá)波和折射波的速度，見表1。

表1 各炮直達(dá)波、折射波速度

取速度的平均值，得到：V1=542m/s，V2=1584m/s。

下面分別用截距時(shí)間法和t0差數(shù)時(shí)距曲線法來求取上述資料采集處的折射界面深度。

3.1 截距時(shí)間法求界面

根據(jù)：

可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)三個(gè)炮點(diǎn)處的深度，見表2，相應(yīng)的折射界面深度圖見圖3。

表2 各炮折射界面深度

圖3 折射界面深度圖

3.2 t0差數(shù)時(shí)距曲線法求界面

根據(jù)：

我們得到了第一炮和第三炮的折射震相數(shù)據(jù)（10-38接收道）及折射界面深度的計(jì)算值，見表3，相應(yīng)的折射界面深度圖見圖3。

表3 深度計(jì)算值

為了驗(yàn)證上述兩種方法反演出的折射界面深度是否恰當(dāng)，在第1、10、15、20、25、30、35道對(duì)應(yīng)的位置上布設(shè)了七個(gè)鉆孔，得到的土石分界界面見圖3。

為了檢驗(yàn)截距時(shí)間法和t0差數(shù)時(shí)距曲線法在反演地下不同波阻抗界面時(shí)的差異，我們分別用這兩種方法反演的深度與鉆探的結(jié)果對(duì)比分析，得到的結(jié)果見表4。

表4 兩種方法對(duì)比

4 結(jié)論

（1）從兩種方法與鉆探的結(jié)果的對(duì)比可以看出，截距時(shí)間法在炮點(diǎn)處（第1和25道）求出的深度與鉆探結(jié)果誤差不大，因此，當(dāng)界面是平界面時(shí)，此種方法簡(jiǎn)便且能得到較精確的結(jié)果；而當(dāng)界面是任意界面時(shí)，t0差數(shù)時(shí)距曲線法由于可以得到折射段多點(diǎn)的深度，其解釋精度明顯要高于截距時(shí)間法。

（2）t0差數(shù)時(shí)距曲線法用于反演地層時(shí)，只能得到兩炮折射波交叉部分的深度，故在資料采集時(shí)應(yīng)選擇合適的觀測(cè)系統(tǒng)，以便取得完整的資料。

（3）相比鉆探方法，折射波法可較完整的顯示出基巖面的起伏狀態(tài)，因此在礦山治理中，可以用物探資料補(bǔ)充鉆探，完善勘察資料，用鉆探驗(yàn)證物探，提高物探的解釋精度，最終取得滿意的勘察結(jié)果。