横波地震在工程勘察中的应用.doc

横波地震在工程勘察中的应用许 强，张学强（中国地质大学 地球物理与空间信息学院，武汉430074）摘要：与纵波相比，横波具有波速低、波长短，不受地下水影响的特点，这使横波地震勘探反射方法可以提供传统纵波方法无法比拟的分辨率和解释精度，它所提供的反射地震剖面，是真正意义上的“浅层”，完全可以和工程地基的深度范围相匹配。 本文对在塘沽某场地的采集的横波地震数据进行了处理解释，并验证了其与工程勘察中的钻孔数据-柱状图的良好匹配，从而得出了横波地震在工程勘察中具有良好应用前景的结论。关键词：横波地震，地震解释，工程勘察The application of s-wave seismic in engineering investigationXu Qiang, Zhang Xueqiang(Institute of Geophysics and Geomatics, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)Abstract: Compared with p-wave, s-wave has the characters of low velocity and low wavelength; it can also get out of the affection by groundwater. This makes S-wave seismic methods can provide the resolution and precise interpretation that the traditional P-wave methods can not match. The seismic section it provides is the real meaning of shallow, it can match the depth range of foundation engineering. In this paper, we test and verify that the seismic data can match the drilling data well after processing and interpretation, and get a conclusion that s-wave seismic has a good prospect in engineering investigation.Key words: s-wave seismic, seismic interpretation, engineering investigation作者简介：许强，（1984），男，中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院，地球探测与信息技术专业研究生，研究方向为，地震数据模拟、处理与解释等。E-mail: T：61138862张学强（1964），男，博士，副教授，中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院教师，主要从事地震数据处理及软件开发工作。E-mail：1 引言：横波地震反射技术发展现状及应用前景传统地震勘探方法主要是指纵波勘探方法。对横波技术利用较少，主要是因为横波的激发、接收和识别在技术上要复杂、困难得多，并且其勘探深度也受到限制。1986年，地矿部物探局邀请日本专家介绍反射地震勘探技术，曾提到了横波反射方法。80年代末，水电、铁路、地矿部门做了大量的工程地震实验工作，掀起了工程地震勘探的小高潮，其中也有些横波反射的实验工作。据悉成都水利水电勘察设计院、天津水利水电勘察设计院、北京水利水电勘察设计院、北京水利水电物探研究所等单位曾做过零星的横波反射实验研究工作。但国内外很少见关于应用横波反射地震勘探技术解决工程问题的正式、详细报导。总体说来，国内横波反射地震勘探技术处于起步状态。与纵波相比，横波波速低、波长短（软土地区通常为纵波的1/51/10），不受地下水影响的特点，使横波地震勘探反射方法可以提供传统纵波方法无法比拟的分辨率和解释精度，它所提供的反射地震剖面，是真正意义上的“浅层”，完全可以和工程地基的深度范围相匹配。另一方面，横波反射地震勘探方法可以直接提供土的横波（剪切波）波速这是工程上非常关心的物性参数。横波地震勘探反射方法作为岩土工程勘察的一种新技术，已得到国内外工程界的广泛重视，到面前为止，横波反射已经在浅层岩溶勘察1、浅层松散沉积物勘察、岩性划分、判断砂土液化2等几个方面得到了比较广泛的应用。2 横波地震的处理及解释2.1 横波地震反射数据的采集和处理在震源上，首先要选择一块大小和重量合适的枕木，在枕木底部钉上锯齿状铁钉，以保证枕木可以和地面良好接触，而后应用铁锤侧敲枕木作为触发。12次覆盖观测系统如下：单边放炮；偏移距2米；道间距1米；每炮共移动距离1米；接收道数24道。其中需要注意的是一定要使用横波检波器。数据处理上，处理方法和纵波地震基本相同，基本操作步骤如下：预处理，抽道集，求速度参数，动校正，叠加，修饰处理。2.2 横波地震反射数据的解释 经由以上步骤，得到了如下的地震时间剖面，参考以往的天津各个地区的地震和地质资料，对剖面进行解释。图中水平道距离为0.5米，纵坐标为反射时间。根据剖面上反射波的特征，将其划分为5个波组3，按时间（埋深）顺序简述如下： 图1 塘沽某学校场地时间地震剖面地质解释图形T1波组：反射时间在0150ms之间，在这个区域内一个振幅相对较强，同相轴断断续续（峰值时间大约在150ms）。这个波组视周期为30ms左右，对应的全新统中组第一海相层（）顶界形成的反射。T2波组：反射时间在150300ms之间，在这段时间内有6个反射段，其中有3个振幅强，连续性好的反射段和3个连续性弱，振幅强弱间断变化的反射段。其中反射波组（峰值时间在200ms）是一个强反射层，为全新统中组第海相层（）的底界与全新统下组第陆相层的沼泽相沉积（）的顶界形成的反射。反射波组（峰值时间在225ms左右）是一个很弱的反射层，反射波组（峰值时间在240ms）是一个较强的反射层，这两个反射层对应的是为全新统下组第陆相层河床-河漫滩相沉积（）的顶界和底界形成的反射。强反射波组（峰值时间在270ms左右）与弱反射波组（峰值时间在290ms左右），应该是上更新统五组第陆相层(的顶界和底界形成的反射。反射波组（峰值时间为320ms）也是一个强反射层，为上更系统四组第海相层（）的顶界形成的反射。T3波组：反射时间在320460ms范围内，这段范围只有视周期约30ms的两个强相位反射波。这两个反射波组振幅最强，横向连续性极好。在这段时间范围内出现了一些断续的反射段，连续性不好，振幅变化也较大，这表明这些反射形成的原因是由于土质不同而造成的，不是明显的地质年代界面。反射波组（峰值时间为440ms左右）的反射波组是一个强反射段，为上更新统三组第陆相层（）底界所形成的反射。反射波组（峰值时间为460ms左右）也是一个强反射层，为上更新统二组第海相层（）的底界形成的反射。T4波组：反射时间在460600ms之间。反射振幅较大，这段时间内之有2个比较明显的反射段，其中一个反射波组振幅能量强，同相轴连续性好，另外一个波组振幅能量间断性变化，同相轴分段连续，但都在一个水平线上，为一个弱反射层。弱反射层（峰值时间为530ms左右）经判断，应该是上更新统一组第陆相层()的顶界形成的反射。强反射波组（峰值时间在550m s左右）应该是中更新统上组第海相层(的顶界形成的反射。T5波组：把反射时间在600ms之下的反射序列统称为T5波组，在这段时间区域内，只有一个振幅能量强，同相轴连续性好的反射波组，深度大概估计在130米左右，反映中更新统上组以下的沉积地层4,5。2.3 剖面的时深转换及与工程对比把反射时间转换为埋藏深度，即将地震时间剖面转变为地质剖面，将大大方便工程上利用地震资料。这只要通过一个简单计算即可：式中H为埋深，t0为反射走时，V(t0)即速度函数（场地平均波速）。可以在场地上用反射地震资料分析计算V()，也可以用检层法实测H-曲线进行剖面的时深转换。经过对测井资料和速度谱分析资料，我们求得了塘沽进修学校（贻港城项目）场地地震时间剖面的时深转换速度（平均剪切波速）如表3.3所示：表3.3 塘沽进修学校场地速度随深度变化表深度（米）时间（秒）平均剪切波速（米/秒）100.182110200.285140300.375160400.444180500.500200600.554220700.583240800.614260900.6432801000.667300根据上表的速度时间关系，我们把塘沽学校的时间地震剖面转化为了深度剖面（见图2）以便和工程钻孔资料进行对比。图中深度刻度的变化是由于由地面到地下横波速度逐渐变大，在时深转换后，导致同样的时间段所表示的深度不同。图2 塘沽某学校场地地震深度剖面图3 场地柱状图根据天津市地质工程勘察院2006年6月编制的港通（天津）置业有限公司贻港城岩土工程勘察报告中钻孔资料（KC2007364）的柱状图（见图3），我们再来分析深度时间剖面上的反射层和工程上的土层的对应关系。观察上面的深度剖面，14米左右的反射是一个弱反射，对应的是淤泥质粉质粘土和粉质粘土的分界。后面14米到22米深度之间的一系列反射在工程地质上反映了粉质粘土层的变化。22米处有一个强反射，对应了粘土和淤泥质粉质粘土的分界。23米37米之间有一系列的弱反射层，对应的土质变化为：淤泥质粉质粘土-淤泥质粉质粘土-粘土-细粉砂。在37米和41米处有2个强反射，对应的土质界面为细粉砂和粘土的界面与粘土和粉质粘土的界面。60米左右有一个强反射，对应的土质变化为粘土过渡到粉质粘土。80米以下在80米处、108米处和127米处分别有一个强反射，但是由于没有钻孔资料，已经无法准确考证，但是参考其它文献，可以分析其可能为以河流相和湖沼相沉积为主形成的粉砂、细沙、粘土等界面的反射。表3.1塘沽进修学校地震剖面地质解释表波组反射峰值时间（ms）反射界面与地质年代界面的关系大致深度（m）T1150顶界形成的反射7T2200的底界与的顶界形成的反射11225的顶界形成的反射13240的底界形成的反射15270的顶界形成的反射17290的底界形成的反射19320的顶界形成的反射25T3440的底界形成的反射39460的底界形成的反射460T4530的顶界形成的反射54550的顶界形成的反射60T5没有参考资料3 结论：通过如上对横波地震的研究，我们可以看到横波地震勘探的数据分辨率高，成图效果好，能精确地反映出地层的土质变化情况和提供连续的地质剖面，并且可以与钻孔资料非常完好的吻合。 综上，横波地震勘探在工程勘察中有巨大的应用前景，可以为工程勘察带来新的技术活力，值得大家在其上面进一步分析、研究