工程地震勘探综述.doc

工程地震勘探综述一、工程地震勘探的主要任务、作用与地位工程地震勘探，人们又称之为浅层地震勘探，尽管它与深部地震勘探在野外工作方法、室内资料处理及解释方法有相似之处，但是，深部地震勘探主要以了解地壳、岩石圈的结构和探测石油、天然气为目的。而工程地震勘探则以勘探地面以下100M范围内，有时甚至是地下几米内的地质构造、岩土结构、力学性质为目的。工程地震勘探主要为城市规划建设、工业建设、公共设施建设等提供必要的工程地质依据。因此工程地震勘探往往具有激发能量较小，勘查范围较窄，勘查网度较密，勘探精度较高等特点。随着我国建设事业的发展，新兴的工业城市、港口城市、经济开发区等不断发展，老城市的现代化改造也在迅速进行。诸如高层建筑、大型厂房、地下铁道、高速公路、桥梁、隧道、港口、机场、水坝、核电站等种类繁多的新型的高标准工程建设项目日益增多。这不仅对各种工程基础的地质条件提出了更高的要求，并且也要求用较少的人力和投资，快速可靠地完成工程勘察任务。因此，作为工程勘察手段之一的地球物理学方法得到了广泛的应用，尤其是工程地震勘探占有非常重要的地位，各种地震学方法取得了令人瞩目的成效并得到推广使用。工程地震勘探在各类地基基础勘察、环境与灾害地质调查以及水资源调查等工程领域中发挥重要的作用，同时还广泛使用于工程效果评价、混凝土构件质量检测等建筑工程中。工程地震勘探具有既快速、又准确的优点。由于方法简便并可大面积测量，各种地震学方法可以确定浅部或深部的工程地质指标，以及人们需要了解的任何范围内的土层性质。地震学方法不需要采集试样，不需要破坏岩体连续性和土层的天然结构，就可确定岩体、土层的工程地质指标。工程地震勘探各种方法的有效性，使其可以提供连续的剖面或面积性的工程设计参数、地质信息，并可节省大量工程钻探费用。这些优点使工程地震勘探在提高效率、保证质量和节约资金方面起到重大作用。也使工程地震勘探在工程地质勘察领域中具有不可取代的重要地位。二、工程地震勘探的方法技术工程地震勘探是一种研究人工震源（如机械敲击、可控震源、爆炸等）所激发产生的地震波在地下岩层、土壤或其他介质中传播来解决工程地质问题的方法。其基本原理是当人工震源所激发的地震波在介质中传播时，由于不同的岩层具有不同的弹性特征（如速度、密度等），当地震波通过这些岩层的分界面时，将产生反射或折射，并且有纵波、横波、面波等之分。而这些不同类型的波具有不同的传播速度、路径、频率和强度。用仪器记录各种波的传播时间和波形特征的变化规律，分析解释地震记录，可以推断出有关岩石性质、结构和几何位置等参数，从而达到勘探的目的。工程地震勘探中，根据地震波的传播特点可以分为折射波法、反射波法和透射波法；根据波的类型不同又可分为纵波、横波和面波探测。1.折射波法折射波法是工程地震勘探中应用最为广泛的，也是较为成熟的方法之一。当下层介质的速度大于上层介质时，以临界角入射的地震波沿下层介质的界面滑行，同时在上层介质中产生折射波。根据折射波资料可以可靠地确定基岩上覆盖层的厚度和速度，根据每层速度值判断地层岩性、压实程度、含水情况及地下潜水界面等等。用折射波法可获得基岩面深度，这个深度是指新鲜基岩界面的埋深。当基岩上部风化裂隙发育或风化层较厚时，新鲜基岩面给出了硬质稳定的地下岩层，从而可以减少给工程带来危险性的机会。另外，还可由界面速度值确定地层岩性。利用折射波法可以准确地勾画出低速带，指示出断层、破碎带、岩性接触带等。2.反射波法反射波法同样是在工程地震勘探中广泛应用的方法。在各种有弹性差异的分界面上都会产生反射波，反射波法主要用于探测断层，确定层状大地层速度、层厚度等。折射波法的应用受到许多条件的限制，一般要求地层速度随深度的增大而增大，观测折射波必须在盲区之外等。反射波法能克服这些缺点，其应用范围更加广泛。但反射波法的野外工作方法、压制干扰技术及资料解释技术比折射波法复杂。3透射波法透射波法观测和研究通过岩层的直达波，多数在钻孔或坑道内进行，根据波的传播时间和波的动力学特征求得地震波在该岩层中的速度，并计算出岩层弹性参数。这是目前工程地震勘探中测定岩、土动力学参数的基本方法。近年来，层析成像技术（CT）的发展，使透射波法能够用于解决难度较大的工程地质问题，使其在工程勘察中的应用范围越来越广。4.面波法瑞利面波勘探是近年发展起来的浅层地震勘探新方法。传统的地震勘探方法以激发和测量纵波为主，面波属于干扰波。事实上，面波传播的运动学、动力学特征同样也包含着地下介质特征的丰富信息。面波法与其他地震方法比较有以下两方面的特点：（1）浅层分辨率高：瑞利面波在近地表一定深度内传播，主要解决浅部地层分层等地质问题。例如，在深度5M之内，只要选择合适的震源，可以利用瑞利面波探测到浅部地层中的厚度小于1M的薄层，而用其他方法，很难解决这样的地质问题。（2）不受各地层速度关系的影响：折射波法严格要求下覆层速度大于上覆层，反射波法要求上下层具有波阻抗差异。以上两种方法要求波速和波阻抗有较大的差异，而面波法只要求波速差异达到10%时，即可进行分层。工程地震勘探具有工作面积小、勘探深度浅，探测对象规模小以及浅部各种干扰因素复杂等特点。因此，对仪器装备、工作方法以及资料解释等方面，提出了相应的要求。例如，对工作的精度、分辨率和抗干扰能力以及仪器装备的轻便化等也提出更高的要求。三、工程地震勘探发展简史、现状及前景工程地震勘探是一门正在发展的新学科，许多方法技术还在不断完善和发展。20世纪30年代，地震工作者就开始把石油地震勘探中的折射波法用于民用工程勘探，到20世纪40年代，折射波法在欧洲已成为工程勘探的一种常规方法。到了20世纪50年代，随着地震仪器的改进，无论是观测方法、资料处理技术都有很大提高。目前，折射波法仍然是工程地震勘探应用最为广泛的方法之一。20世纪80年代初期，随着电子技术的发展，信号增强型工程地震仪的出现及微型计算机的普及，加快了浅层反射波方法技术的发展。反射波勘探应用了数字磁带记录，移植了石油地震勘探数据处理技术。在20世纪80年代短短的几年里，浅层反射法就得到迅速发展，很快进入生产应用阶段。到20世纪90年代，数字增强型工程地震仪的出现，地震资料数字处理更加方便、快捷，浅层反射法成为工程地震勘探的常规方法。目前，浅层反射波法正在日趋成熟，浅层高分辨率反射地震勘探方法技术已取得明显进展，它采用高频丰富的震源，以高频检波器、高采样率、宽频带接收。人们还利用“最佳窗口”技术、高密度地震映像技术、多次覆盖技术以及横波反射法来解决各种各样的工程问题。瑞利面波的最初应用是研究天然地震震源机制和地球结构。20世纪50年代初，日本学者佐藤等研究利用人工源产生的瑞利面波测量浅部地层面波速度，用来了解岩土层的密度、场地强度等。80年代研制出稳态瑞利波仪。90年代我国自行研制出适宜于工程勘察的地震仪、瞬态和稳态瑞利面波测量的设备，以及与之相应的野外工作方法和数据处理方法，使面波法得到迅速的发展，10年之间，面波法已经成为一种常用的岩土工程勘察方法。随着国产工程地震仪的研制和生产，地震勘探中的各种方法都得到发展，而各种方法的相互有机结合，得到了更好的地质效果。四、工程地震勘探的主要应用领域工程地震勘探的应用领域非常广泛，其主要的应用有以下几个方面：（1）工程地质勘察。确定地质构造，基岩面深度，对第四系地层分层，确定地层的厚度和弹性波传播速度，确定地基的持力层，探测地层中存在的低速带或软弱夹层，追索潜水面，水资源调查，地下空洞及掩埋物探测。（2）研究岩土的状态及性质。纵波和横波速度测量，岩土的物理力学参数原位测试，地基加固处理效果评价，研究岩石速度的各向异性，人工改变岩土状态的评价，密实度、孔隙度的测定，饱和沙土层的液化判别。（3）工程质量检测。公路、机场跑道质量的无损检测，大型混凝土建筑构件检测，隧道衬砌质量检测，碾（夯）实坝址质量检测。（4）环