03实验指导书

地震勘探实验指导书地震勘探实验指导书 勘查技术与工程专业用 杨天春 王齐仁 编 湖南科技大学 土木工程学院 2008 年 09 月 目目 录录 第一章第一章 概论概论 第二章第二章 地震仪的认识与操作地震仪的认识与操作 第三章第三章 激发条件与震源的选择激发条件与震源的选择 一 对激发条件的基本要求 二 震源 三 震源排列长度与震源点间距的选择 第四章第四章 接收条件的选择接收条件的选择 一 对接收条件的基本要求 二 检波器性能的选择 三 检波器的安置条件 四 检波器性能的测试 第五章第五章 折射波法野外工作方法折射波法野外工作方法 一 观测系统及选择观测系统的意义 二 浅层折射波法的激发与接收操作程序 第六章第六章 反射波法的野外工作方法反射波法的野外工作方法 浅层反射波法的简单连续观测系统 第七章第七章 地震资料的整理和解释地震资料的整理和解释 一 原始记录的检查 二 绘制时距曲线 三 速度测定与速度资料的综合分析 四 地震折射波法资料的解释 五 地震反射波法资料解释 第一章第一章 概论概论 地震勘探教学实验是勘查技术与工程专业学生的重要教学环节 目的是巩固已学 的理论知识 了解地震仪的使用和仪器工作参数的选择 了解地震勘探激发条件的选 择 检波器的安置条件 主要掌握地震反射波法 折射波法野外资料的采集技术及施 工方法 并进行资料的常规整理与简单解释 第二章第二章 地震仪的认识与操作地震仪的认识与操作 以长沙旭华仪表厂生产的地震仪作为实验仪器 对照使用说明书进行现场操作演 示 熟悉其各个功能菜单的含义与作用 学会该仪器的操作过程 操作时注意的基本事项 1 检查仪器的电池电压 避免使用电压不足的电池 以免损坏部件 2 操作所有插头 开关要小心 避免将接线接错位置 3 当搬运部件时 要小心保护仪器不受碰撞和强震 对仪器进行搬运时 要将 仪器部件包装在装满足够减震材料的保护外壳里 第三章第三章 激发条件与震源的选择激发条件与震源的选择 一 对激发条件的基本要求一 对激发条件的基本要求 1 使有效波有相当强的能量 干扰波相对微弱 2 使有效波的频谱与干扰波的频谱有相当大的差异 3 在同一震源点激发时 地震记录有良好的重复性 二 震源二 震源 浅层地震勘探方法通常以锤击震源为主 小型炸药震源为辅 铁锤的重量一般为 14 18 磅 为了减少锤击时地表形变引起的能量损耗 在锤击点上铺一块与铁锤重量 相当的锤垫 锤击时注意将锤击开关引线与自己的腰带系好 否则 有可能击断引线 造成事故 若采用炸药做震源时 要特别注意安全 首先将爆炸机锁好 由教师装雷 管和炸药 三 震源排列长度与震源点间距的选择三 震源排列长度与震源点间距的选择 排列的长度 L 取决于工作方法 目的层的深度及震源能量的大小 折射波法的 排列长度 通常取为所需探测的折射界面深度 H 的 3 5 倍 反射波法的排列长度 通 常是最大炮检距 xmax 0 7 1 5 H 为宜 第四章第四章 接收条件的选择接收条件的选择 一 对接收条件的基本要求一 对接收条件的基本要求 地震记录是研究地质现象的原始资料 因此在选择最佳激发条件以确保有效激发 地震波的同时 应选择良好的接收条件 从而保证地震记录具有如下特点 1 有效波突出 并有明显的特征 2 与各地震界面相应的有效波层次分明 波间关系清晰 3 干扰波少 强度弱并容易分辨 二 检波器性能的选择二 检波器性能的选择 检波器分垂直检波器和水平检波器两种类型 我们此次实习所用检波器是 仪器厂生产的Hz 垂直检波器 三 检波器的安置条件三 检波器的安置条件 在野外施工中 检波器的安置条件对地震记录的质量有严重的影响 检波器附近 不应有树丛 杂草等易于受风影响的干扰物 同时也要注意检波器的引线用土 石压 住 以减少或避免风吹草动形成的微振干扰 四 检波器性能的测试四 检波器性能的测试 检波器是接收地震波的重要装置 其质量好坏 直接影响地震记录的质量 另外 不同的地震勘探方法 探测不同的地质体 都需要不同性能的检波器 检波器有很多 参数 但是重要的参数是幅频特性 测量检波器幅频特性的仪器有震动台 信号发生 器 和毫伏表 由信号发生器发出的正弦信号 使振动台产生简谐振动 置于振动台 上的检波器的引线两端就产生一个电压 用毫伏表测量这个电压就可以得到检波器的 幅频特性 下面看实验步骤 1 将信号发生器 振动台 检波器和毫伏表用导线连接 2 接通毫伏表电源 短路毫伏表的输入端 检查指针是否指零 如果不指零 转动 零点调节旋扭 使指针指向零 并将量程开关放在 1 伏档上 3 接通信号发生器电源 调节信号输出幅度 使振动台微振 这时改变输出信号的 输出频率 就可以测得在不同频率下的检波器的输出电压 4 将实验结果补写下列表 频 率 101520222425262728293032343638 电压 mv 频 率4042455055606570758090100150200 电压 mv 5 以频率为横坐标 电压为纵坐标 作出检波器的幅频特性曲线 6 测完的检波器要将检波器的引线短路 以防由于振动导致线圈的烧毁 第五章第五章 折射波法的野外工作方法折射波法的野外工作方法 一 观测系统及选择观测系统的意义一 观测系统及选择观测系统的意义 为了达到一定的观测目的 必须使激发点与接收点一定的相互位置关系 这种关 系称为观测系统 本次主要实习相遇排列观测系统和追逐观测系统 1 相遇排列的观测系统及时距曲线特征 相遇排列的观测系统及时距曲线特征 如图所示 在测线 O1 O2上布置测点 点距为米 在 O1点用铁锤激发 如果初至不清进行重复激发或调整仪器的工作状态 直到得到满意的记录为止 并打 印记录和存盘 然后在 O2点激发 得到另一支时距曲线 图 1 相遇排列及时距曲线特征 2 追逐排列的观测系统及其时距曲线特征 追逐排列的观测系统及其时距曲线特征 在测线 O1 O2上安置检波器 点距为 1 米 并在 O1激发 直到得到满意的记录为 止 并打印存盘 然后将整个排列移至 O2段 并在 O2点激发 这样类推 就可以得 到追逐时距曲线 见图 2 所示 图 2 追逐时距曲线特征 二 浅层折射波法的激发与接收操作程序二 浅层折射波法的激发与接收操作程序 1 准备 准备 接通地震仪的电源开关 四个箱体的电源都要接通 用仪器内的自检信号检查仪 器的工作状态 证明仪器的工作状态良好以后 用清屏开关清屏 并根据每一道距激 发点的距离确定每一道的放大增益 一般近炮点增益低 远炮点增益高 并检查检波 器是否接通 拖板员和锤击员在仪器操作员布测站的同时 到达锤击激发点 将铁板 或称锤 垫 置于预先铲平的点位上 然后检查缚在锤柄上的触发开关是否符合规定要求 并 将引线与自己的腰带系好 2 激发与接收 激发与接收 根据仪器操作员的口令 猛烈锤击置于激发点处的铁板 激发地震波 通常在一 个激发点上进行一次激发 就可以获得清晰良好的折射波记录 如果初至不清 需要 重新激发 锤击时尽量排除一切无关的振动 如人员走动等 3 转站 转站 当操作员认为记录合格 即可命令转站 将仪器移制至下一个测点 并重新布置 和重复上一测站的工作 其他测站依次类推 直到一条测线上的全部工作完毕 第六章第六章 反射波法的野外工作方法反射波法的野外工作方法 浅层反射波法的实验以简单连续观测系统为主要方法 简单连续观测系统及其时 距曲线特征如图 3 所示 图 3 简单连续观测系统及时距曲线特征 沿测线布设 01 02 03等激发点 01点激发时 在 0102地段接收 可观测 A1A2地 段的反射 02点激发 接收段仍是 0102地段 可观测到 A3A4地段的反射波 然后移动排 列到 O2O3地段观测 分别在 02 03点激发 可勘探 A3AA4和 A4A5段界面 依此沿测线 连续地激发和接收 直至测线观测结束 这种观测方式称连续观测系统 由于在排列 两端分别激发 所以该观测系统又称双边激发观测系统 此种观测系统仅对地下反射 界面段一次采样 故称它是单次覆盖观测系统 图中 O1 O2点互为接收点和震源点 所以它们是具有时间等值性的互换点 我们 可以用虚震源法求得界面 浅层反射波法的激发与接收的程序同折射波法 第七章第七章 地震资料的整理和解释地震资料的整理和解释 浅层地震资料的整理和解释主要包括 1 原始记录的检查整理与校正 2 绘制时距曲线 3 速度测定与速度资料的综合分析 4 地震资料解释 绘制地震剖面图与地震地质剖面图 由地震剖面图和速度综合资料 可以推断介质的物理性质 速度的分布和地震层 位的情况 进而做出解释和绘制出地震地质剖面图 一 原始记录的检查一 原始记录的检查 为保证资料解释工作建立在可靠的基础上 要对原始记录进行严格的检查和评定 并进行必要的校正 对于浅层折射波法的原始记录 要注意辨别由记录绘制的设计距曲线 是否皆由 波的初至组成 以免造成解释误差 对于原始记录波的缺失段 应该用续至相位段与 之相平行的特点 予以补足 另外 要注意应用浅层界面折射波深界面折射初至段的 交叉点位置 由于浅层地震方法排列较短 接收与激发在同一平面上 地形校正可以 省略 在绘制时距曲线时 遇到的一些与规律性不符的印迹 是干扰或界面局部起伏 的影响 应予以区别或消除 二 绘制时距曲线二 绘制时距曲线 根据检查合格的原始记录 可以绘出时距曲线图 作图时 在厘米方格纸上建立时间 距离 t x 直角坐标系 坐标原点为爆炸点 横轴为一系列接收点 纵轴表示地震波到达的时间 单位为毫妙 绘图比例尺根据方 法的精度要求而定 通常横坐标比例尺取 1 1000 或 1 2000 纵坐标比例尺取 1cm 1ms 本次实习比例尺根据具体情况决定 在绘图时要注意在 x 轴下面保留一定 的空白坐标纸 以便勾绘地质模型 三 速度测定与速度资料的综合分析三 速度测定与速度资料的综合分析 一 用折射波时距曲线求水平界面的速度和厚度 地下为水平折射界面时 可直接由折射波时距曲线斜率的倒数 求得各相应折射 界面的速度 地下为倾斜折射界面时 折射波时距曲线斜率的倒数不能直接给出真实的界面速 度 必须利用相遇时距曲线的两支时距曲线的斜率代入以下公式求得 下上 下上 vv vv v 2 2 利用直达波求表层速度 v1 根据 v1 v2和交叉时 t0可以代入以下公式求厚度 2 1 2 2 210 2vv vvt h 遇多层界面时 可参考教科书有关章节 二 利用折射波时距曲线求盖层平均速度 有效速度 利用折射波时距曲线计算地震波在覆盖层中的有效速度 ve 最常用的方法是交点 法 图 4 交点法求有效速度 假设已获得来自折射面 R1和 R2的折射波的时距曲线 S1和 S2 S1与直达波时距曲 线 S0的交点为 A1 与 S2的交点为 A2 如图 4 所示 分别作 A1和 A2与坐标原点 0 的连 线 0A1和 OA2 则它们的斜率倒数将分别为地震波在 R1和 R2折射面以上岩层中的有效 速度 Ve1和 Ve2 即 2 2 2 1 1 1 t x v t x v ee 在解释工作中 求 R1折射面的埋深时用 Ve1 求 R2折射面的埋深时用 Ve2 当折射 层层数多时 相应于每一折射面以上的覆盖层中的有效速度都可以由该界面的折射波 时距曲线与上一个界面的折射波时距曲线的交点 向坐标原点作连线 再由这条连线 斜率的倒数来确定 当然 此时层状介质的各层波速必须是依次增大的 值得注意的是二层以上的多层折射面的解释 一般说来 用折射波时距曲线交点 法求得的有效速度值 其精度低于用反射波时距曲线求得的有效速度值 尤其是有隐 没层存在时 勘探目的层之上的某一中间折射层 当其波速较上覆层波速大得不多而厚 度较薄时 这一层的折射波不能出现于初至区 这样的折射层叫做隐没层 用交点法 求得的有效速度的误差更不可忽视 因此 交点法只是在折射层的组合满足必要的条 件时 或在没有其他方法获得所需的波速数据时 可以采用 三 x2 t2法求速度 当地下介质呈水平层状时 可从反射波时距曲线上读取各炮检距 x 所对应的反射 波的到达时间 t 并分别平方 然后以 x2为横坐标 t2为纵坐标 在厘米方格纸上作图 便可得一条直线 该直线的斜率为 1 v2 截距为 t20 根据直线的斜率可以求得速度 v 根据截距时间 t0可确定反射界面的埋深 四 地震折射波法资料的解释四 地震折射波法资料的解释 一 to 差数时距曲线法绘制折射界面 当界面起伏或弯曲时 需利用差数时距曲线法求界面速度 用 to 法求各测点下方 折射界面的法线深度 应用此方法要求折射面的曲率半径比其埋深要大得多 波沿折 射面滑行时没有穿透现象 并已知界面以上介质中的波速 图 5 用 t0差数时距曲线法构制折射界面 1 求 t0 x 曲线 由于 t0 t1 T t2 t1 t 可用卡规在时距曲线 S2上量出 t 线段的长度 然后再从 S1曲线上向下量取 t 值 即可确定出对应 S 点的 t0值 对其它点同样可求出 t0值 连接这些点 得 t0 x 曲线 如图 5 b 所示 2 求差数时距曲线 x 在 t0 v1已知情况下 作差数时距曲线 x 由于 x t1 T t2 t1 t 对于 S 点 只要在 S1曲线上向上量取 t 值 则得该点的 值 同理求取其它测点的 值 连接这些点 得 x 曲线 x 曲线是一条斜直线 当折射界面倾角不大时 150 这时界面速度为 x v2 2 由此式可见 折射层波速是由差数时距曲线的斜率决定的 因此 可以利用差数 时距曲线斜率的变化 划分出沿测线各排列下方的折射层岩性的变化 3 折射界面的绘制 在 v1为已知的条件下 t0差数时距曲线法绘制折射面时 先根据 t0 x 曲线确定 任意接收点 S 的 t0值 再根据 x 曲线计算出 v2值 再将 t0和 v1代人 2 1 2 2 210 2vv vvt h 式求出界面深度 h 然后以 h 为半径 S 为圆心作孤 圆弧轨迹的切面就是折射面的可 能位置 同样地 由其他若干接收点作相应的圆弧 则各弧的包络就是所求的折射面 R 如图 5 b 所示 五 地震反射波法资料解释五 地震反射波法资料解释 1 反射界面的绘制 1 交点法 根据反射面正好是虚震源 0 和真震源 0 的对称面这一特点 只需作出虚震源 O 就能 确定出反射面的位置 图 6 用交点法构制反射面 图 7 t0