物探方法原理

第三章测线布置、物探方法和质量评价第一节测线布置的目的和精度一、测线布置的一般规则(1)测量网的布设应根据任务要求、探测方法、探测对象的规模、埋深等因素综合确定。测量网和工作比例尺应能观察待测物体，并能在平面图上清晰反映待测物体的比例尺和走向。(2)测线方向应垂直于地层、构造和主要勘探对象的方向。测线应沿地形起伏较小、地表介质相对均匀的地段布设。测量线应与地质勘探线和其他地球物理勘探方法一致，以避免干扰源。(3)当在调查区域边界附近发现重要异常时，调查线应适当延伸至调查区域之外，以跟踪异常。(4)在地质构造复杂的地区，测线和测点应加密。(5)、线路端点、转折点、地球物理观测点、观测点应进行测量。二。各测线的走向、长度及物探方法布置根据任务设计文件，本课题中的测线和测点布置在网格中，测量网络中的每个点分别采用高密度电法、有源面波法和微动法测量。其中，高密度电测量线垂直于结构，290-590米长的测量线按一定方向布设，40-50m长的测量线按一定方向(视现场实际情况而定)布设有源面波法，以测量点为中心，用微动法单点测量中心点，中心点位置由手持全球定位系统记录。根据湖南省怀化盆地1:5万岩溶塌陷环境地质调查部署图，选取并计算设计测点坐标。经纬度小数点后精度达到6位，精度在15米以内，满足设计精度要求。第二节物探方法、参数和技术指标物探方法、参数和质量评价应严格按照相关物探规范和程序进行设计和实施。现有规范和程序中不适合岩溶塌陷调查的部分，参照相应的规范和程序进行修改和实施。本章主要介绍与本项目相关的物探方法。主要有地面地球物理勘探方法：高密度电阻率法、活动源面波法和微动法。一、高密度电法(1)高密度视电阻率联合剖面法：高密度视电阻率组合剖面法原理：测线的垂直构造走向或地下水流向、供电电极A、测量电极M、N和供电电极B依次布置在测线上，在测线中垂线方向布置“无穷大”极C，距离一般为AB/2距离的5倍以上，A或B分别与C组合，分别进行供电测量，得到视电阻率和。这样的视电阻率曲线是以固定的间隔A、M、N和B获得的，并且在某一深度范围内的电分布信息可以通过沿水平方向测量获得。其中，的曲线形式可用于评价地下地质体的电导率(正交点、逆交点、同步波动等)。)；交点附近曲线的变化形式(对称性、倾斜度)可用于推断地下地质体的出现。通过对比不同极距的节理剖面曲线，可以推断地下异常体的空间形态。地下地质体的位置和宽度可以通过曲线异常段的相对大小和强度以及背景值来估计。这种方法是追踪垂直或陡脉状低阻体最有效的方法之一。(1)仪器：WJD-3(2)(4)供电电极之间的距离AB至少为测量对象顶部埋深的4 6倍；“无穷大”极垂直测线的距离大于最大电极距离AO的5 10倍。系统检查工作量为总工作量的5%，观测结果的均方相对误差m的计算公式如下：3-3其中：第一点的原始观测数据。检查第一点系统的观测数据。是第一个点的和的平均值。n是为统计计算测量的点数。检查点的相对误差分布应符合下列要求：(1)超过实际精度的测量点的1/2不应超过检查点总数的32%。(2)实际精度1/2以上的测点数量不得超过检验点总数的5%。(3)实际精度1/2以上3倍的测量点数量不得超过被测点总数的1%。2.高密度对称四极电测深高密度视电阻率测深法原理：在普查的基础上，大致确定了异常的发展范围和趋势，并重新调整了线路走向，使线路垂直于异常趋势。在地面上依次布置A、M、N和B极，同时以一定的极距关系相对于MN的中点向外移动，测量电源电流和MN之间的电位差，计算得到视电阻率随极距变化的曲线。探测深度随着极距的增加而增加，异常深度可以通过极距的对应关系进行转换。视电阻率单条曲线和多点视电阻率剖面等高线能反映地下电的空间变化特征。单个电测深曲线上升斜率大于40的陡峭上升段揭示了相对完整或完整的基岩段；然而，单一的电测深曲线显示出阶梯状缓慢上升或锯齿状的剖面，显示出岩溶裂隙发育的剖面。电测深等厚剖面曲线上的“V”型和“U”型低阻区或低阻圈闭揭示了地下水富集区，低阻异常区的稀疏等值线部分揭示了岩溶裂隙发育段。(1)仪器：WJD-3(2)测量参数：一次电位、电源电流(3)利用参数：视电阻率(4)布局：剖面(5)技术指标：仪器设备技术指标符合要求(DZ/T0072-1993表4和表5.1)。(2)系统检验工作量为总工作量的5%,观测结果的均方相对误差m的计算公式如下：3-4其中，是同一组MN在第一供电极距上的相对误差；-统计中涉及的电极距离的数量。当确定由于表面和浅层湿度变化，电测深曲线的初始部分的系统检查有规则的偏差时，可以消除该偏差，然后可以评估质量。(3)不合格电测深点的数量不得超过评价区域内系统检查的电测深点总数的32%。(4)根据全区系统检查和观测结果统计的均方根相对误差应在范围内，统计时不得剔除已被单测点系统检查评定为不合格的电测深点。当每个测深点的电极距离相同或相近时，可以根据单个测深点的均方根相对误差来计算整个区域的观测精度，公式如下：3-5其中：-第一测深点的均方误差。-在整个区域系统检查和观测的电测点的数量。地震法选择有源面波法，在工作开始前进行现场信号噪声调查测试。根据试验结果，为各种地震方法选择合适的野外工作参数。研究区场地地震信号噪声调查如图3-1所示。图3-1研究区地震信号噪声调查图在图3-1中：1是直达波；2是第一层的折射波；内部阶段瑞雷波法(有源面波法或瞬态瑞雷波法)是一种利用瑞雷波的几何频散特性提取层状介质中的瑞雷波速度(近似横波速度)进行岩性分层的地震勘探方法。二、有源面波法(1)方法原则瑞利波在具有色散特性的非均匀介质中传播，因此不同频率(波长)的瑞利波具有不同的传播速度(如图3-3所示)。模型试验和实测结果表明，当被测岩土层介质相对均匀时，瑞利波相速度随深度的增加呈线性增加。只有当不同介质的界面出现时，色散曲线才会出现所谓的“z”形变化。这种变化特征是由于在表面上接收的波从前一层的泄漏能量型波变化到下一层的泄漏能量型面波，并且该转折点与两种介质之间的界面的埋深(通常为相应频率瑞利波的半波长)密切相关，这可以基于测量的色散曲线的“z”形转折点。图3-2非均匀介质中的表面波分布(2)申请条件1.被测物体与周围介质之间有明显的物理性质(速度)差异；2.测量目标的大小应相对于埋深有一定的比例；3.目标的异常物理特性可以从干扰背景中清楚地区分出来。4.场地条件满足面波测量要求；5.面波测量方法符合任务的客观要求。(3)应用领域1.勘探覆盖层厚度，划分松散地层的沉积序列；2.勘探基岩深度和基岩面起伏，划分基岩风化带；3.探测构造断裂带；4.地下埋藏物、古墓遗迹、洞穴和采空区的探测；5.探测地下非金属管道；6.探测滑坡带和滑坡面的起伏形态；7.地基动力试验、地基加固效果检验和评价等。(4)、仪器及技术参数：1.仪器：瑞典MK6地震仪2.测量参数：获取地下面波信息，通常采用多道波形记录的形式；3.利用参数：剪切波速4.布局：配置文件5.野外作业参数：检波器主频4.5赫兹，偏移距4米，采样率500s，采样通道数46个，道距1米，采样点4096个，锤作为震源，滤波文件关闭。探测对象应布置成测线或网。当接收多个通道时，测量线应排列成直线。多道瞬态瑞雷波法应采用前滚观测方式，滚动点距离应满足横向分辨率的要求。测量点之间的距离应根据检测任务和现场条件确定，每条测量线不得少于3个测量点。(5)技术指标：1.仪器动态范围不小于120分贝，模数转换不小于16位。2.放大器通道数不小于12个，通带低端不小于0.5赫兹，各频点幅度差小于5%，相位一致。3.应采用垂直地震检波器，并应布置线性道间距。道间距应小于最小勘探深度所需波长的一半，排列长度应大于预期面波最大波长的一半。4.勘探深度与激发源、探测器频率和排列长度有关。在实验的基础上，合理选择源和探测器频率，注意现场探测器的埋设，仪器处于全开状态。勘探深度0 15m时，应选择大锤激发，落锤激发0 30m，爆炸激发0 50m以上。三、微动方法(1)方法原则地球一直在振动。场地的自然周期可以通过测量地球的三分量振动信号来分析。剪切波速随阵列中心深度的变化可以是1.被测物体与周围介质之间有明显的物理性质(波阻抗)差异；2.测量目标的大小应相对于埋深有一定的比例；3.目标的异常物理特性可以从干扰背景中清楚地区分出来。(3)应用领域1.勘探覆盖层厚度，划分松散地层的沉积序列；2.勘探基岩深度和基岩面起伏，划分基岩风化带；3.探测构造断裂带；4.地下埋藏物、古墓遗迹、洞穴和采空区的探测；5.地基动力试验、地基加固效果检验和评价等。(4)、仪器及技术参数：1.仪器：TROMINO意大利；2.测量参数：以收集地下三分量振动信号；3.利用参数：氢/钒谱特征4.布局：点测量5.野外作业参数：罗盘方位，点距离5m，采集时间18分钟，采样频率128赫兹。6.技术指标：系统检测工作量占总工作量的5%。(5)技术指标：1.通带0.01 256赫兹；信噪比大于80dB；2.24位模数转换；10个观察通道；3.仪器体积为10148厘米，质量为1千克；4.仪器的工作功率为75mW，工作电压为3V。第三节质量评估一、仪器可靠性评估在仪器运行开始时进行重复测试，证明仪器工作正常。当多通道地震检波器同时工作时，需要进行一致性测试。(1)地震仪器和探测器的一致性和重复性试验仪器采用瑞典ABEM公司生产的48台ABEM MK6地震仪器。4.5赫兹检测器的一致性记录如图3-4所示，4.5赫兹检测器的重复性记录如图3-5所示。图3-4 4.5赫兹检测器一致性检查记录图3-5重复检查记录3-5 4.5赫兹检测器(2)微动仪器的一致性测试测试结果如表3-1所示。表3-1微动仪器的一致性检查频率仪器1(高/低值)仪器2(高/低值)70.594958220.5969647987.031250.5725951130.5732792757.06250.551537180.552291187.093750.5308610570.5326816157.1250.5119709460.5144128657.156250.494453970.4981939677.18750.4776651010.4837605277.218750.4645024540.4703694647.250.4496305480.4590848627.281250.4364398340.4477973277.31250.4250440390.4392176297.343750.415269610.4316893467.3750.409052340.426161487.406250.4027837440.4210365947.43750.3983232950.414048709均方根误差：0.010526二、测量数据质量评价(a)微动方法微动法今年设计了100个测点，总共完成了225个测点