物探方法原理

1、第三章测线布置、物探方法及质量评价第一节测线布置目的及精度一、测线布置总体规则（一）、测网布置应根据任务要求、探测方法、被探测对象规模、埋深等因素综合确定。测网和工作比例尺应能观测被探测的目的体，并可在平面图上清楚反映探测对象的规模、走向。（二）、测线方向宜垂直于地层、构造和主要探测对象的走向，应沿地形起伏较小和表层介质较为均匀的地段布置测线，测线应与地质勘探线和其它物探方法的测线一致，避开干扰源。（三）、当测区边界附近发现重要异常时，应将测线适当延长至测区外，以追踪异常。（四）、在地质构造复杂地区，应适当加密测线和测点。（五）、测线端点、转折点、物探观测点、观测基点应进行测量。二、各测线方位

2、、长度及物探方法布置根据任务设计书，本课题测线、测点采用网格状布置，分别对测网内每个点进行高密度电法、主动源面波法和微动法测量。其中高密度电法测线垂直于构造布置以某一方位布置一条约290m-590m长的测线，主动源面波法以测点为中心以某一个方位（根据实际场地条件而定）布置一条40m-50m长的测线，微动法则对该中心点进行单点测量，并用手持GPS记录该中心点的位置，设计的测点坐标是根据湖南怀化盆地岩溶塌陷1:5万环境地质调查工作部署图选定的并计算的，精度达到经纬度小数点后6位数字，精度达到15m以内，达到了设计精度要求第二节物探方法、参数及技术指标物探方法、参数及质量评价，严格按照相关物探规范、

3、规程设计、执行，对已有规范、规程不适应岩溶塌陷调查的部分，参照相应的规范、规程修改执行。本章主要叙述与该项目有关的物探方法。主要有地面物探：高密度电法、主动源面波法和微动法。一、高密度电法(一)、高密度视电阻率联合剖面法:高密度视电阻率联合剖面法原理：测线垂直构造走向或地下水流向，在测线上顺序布置供电电极A、测量电极M、N和供电电极B,在测线的中垂线方向上布置“无穷远”极C，距离一般大于AB/2距的5倍以上，A或B分别与C组合，分别供电测量获得视电阻率和。这样的视电阻率曲线是在固定A、M、N、B间距下获得，沿水平向测量可获得一定深度范围内的电性分布信息，其中、的曲线形态(正交点、反交点、同步起

4、伏等)，可用于评价地下地质体的导电性；曲线在交点附近的变化形态(对称、倾斜)，可推测地下地质体的产状；对比不同极距的联合剖面曲线，可推测地下异常体的空间形态；通过曲线异常段与背景值的相对大小、变化剧烈程度可估算地下地质体的位置和宽度。该方法是追索直立或陡立脉状低阻体最为有效的方法之一。(1)仪器：WDJD-3(2)测量参数：电位，供电电流(3)利用参数：视电阻率(4)布置方式：剖面(5)技术指标：高密度联合剖面法和高密度电测深法采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD-3多功能数字直流激电仪为控制主机，配以WDZJ-3多路电极转换器构成高密度电阻率测量系统。在野外通过重复测量、检查试验来判断仪

5、器是否工作正常。仪器技术指标、装备技术指标满足(DZ/T0073-1993表4及5.2)的规定。曲线具有极值类型的异常值Y估计表达式为：Y=(P-P)/p3-1a00P为正常背景值。0曲线具有阶梯状类型的异常值Y估计表示为：Y=2(p2-p1)/(P2+P1)3-2aaaaP2、P1分别为阶梯两侧的视电阻率值。aa供电电极距AB至少应为勘察对象顶部埋深的46倍；“无穷远”极垂直测线，距离大于最大电极距AO的510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计算公式如下：TOC o 1-5 h zM二土心（匕工）23-32nPi=1ai式中：P为第i点原始观测数据。aiP为第i点

6、系统检查观测数据。aiP为第点P与P的平均值。aiaiain为参加统计计算的测点数。受检点的相对误差的分布应满足如下要求：1/2超过实达精度的测点数应不大于受检点总数的32%。1/2超过二倍实达精度的测点数应不大于受检点总数的5%。1/2超过三倍实达精度的测点数应不大于受检点总数的1%。高密度对称四极电测深法高密度视电阻率测深法原理：在普查的基础上，或已大致确定了异常的发育范围和走向，重新调整测线方向，使测线垂直异常走向。在地面顺序布置A、M、N和B极，以一定的极距关系相对MN中点同时向外侧移动，测量供电电流及MN间的电位差，计算获得一条视电阻率随极距变化的曲线。探测深度随极距的增大而增大，异

7、常的深度可以通过极距的对应关系来换算。其视电祖率的单支曲线，多点视电阻率断面等值线可反映地下电性的空间变化特征。单支电测深曲线上升斜率大于40的陡升段，揭示较完整或完整基岩段；而单支电测深曲线呈台阶状的缓升或锯齿状段，揭示为岩溶裂隙发育段；电测深等Ps断面曲线上的“V”和弋”型低电阻率区或低阻圈闭揭示地下水富集区，低电阻率异常区的稀疏等值线部位揭示岩溶裂隙发育段。（1）仪器:WDJD-3（2）测量参数：一次电位，供电电流（3）利用参数：视电阻率（4）布置方式：剖面（5）技术指标：仪器技术指标、装备技术指标满足（DZ/T0072-1993表4及5.1）的规定。系统检查工作量为总工作量的5%,观测

8、结果的均方相对误差M计算公式如下：3-4其中：u第，个供电极距上同组MN的相对误差；in参加统计的电极距数。当可以肯定是由于地表及浅层湿度变化使得电测深曲线起始段的系统检查出现规律性偏差时，可将其剔除，然后再评价质量。不合格的电测深点数应不超过被评价区域内经系统检查的电测深点总数的32%。根据全区系统检查观测结果所统计的均方根相对误差应在以内，统计时不得剔除经单个测深点系统检查评价为不合格的电测深点。当各测深点的电极距相同或相近时，全区的观测精度可按单个测深点的均方根相对误差统计，其公式如下：3-5式中：M第i个测深点的均方误差。in全区系统检查观测的电测深点数。地震法选择主动源面波法，开展工

9、作前进行场地信噪调查试验，根据试验结果选择各类地震方法合适的野外工作参数，研究区场地地震信噪调查如图3-1图3-1研究区地震信噪调查图图3-1中：1为直达波；2为第一层的折射波；3、4区地震波同相轴发生畸变，地下可能有溶洞或者土洞，还可以明显的看到地震波经过此处能量变弱；5为来自基岩的折射波，速度大；、为声波，通过计算，速度为340m/s；、为面波区域，能量强，包含了一系列不同频率、不同视速度的面波信号，从图中也可以观察到面波速度小于声波速度；为一次反射波和多次反射波，波形呈现双曲线形状。通过信噪调查，可以掌握地震波场分布的特点，有利于针对不同地质问题选择合适的方法。瑞雷面波法（主动源面波法或

10、称瞬态瑞雷面波法）是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）进行岩性分层的一种地震勘探方法。二、主动源面波法（一）、方法原理瑞雷波在非均匀介质中传播具有频散特性，所以不同频率（波长）的瑞雷波具有不同的传播速度（如图3-3）。模型试验和实测结果表明，当探测的岩土层介质较为均一时，瑞雷波的相速度随深度的加大而按线性增加，只有出现不同介质的分界面时，频散曲线会出现一个所谓“Z”字型变化，该变化特征是由于地表接收到的波从上一层漏能型波转入下一层漏能型面波，且此转折点与两介质间的界面埋深有密切的关系（一般为相应频率瑞雷波的半个波长），由此可依据实测频散曲线的“Z”字型拐折点来划

11、分地下岩性变化的分界面（如图3-2）。图不均匀介质中面波分布图（二）、应用条件.勘察对象与周围介质存在明显的物性（速度）差异;.勘察目标体尺寸，相对于埋藏深度应具有一定的规模；.目标体的物性异常能从干扰背景中清晰分辨出来；.场地条件满足开展面波勘察的要求；.面波勘察方法满足任务的目的要求。（三）、应用领域.探查覆盖层厚度，划分松散地层沉积层序；.探查基岩埋深和基岩面起伏形态，划分基岩的风化带；.探测构造破碎带；.探测地下隐埋物体、古墓遗迹、洞穴和采空区；.探测地下非金属管道；.探测滑坡体的滑坡带和滑坡面起伏形态；.地基动力测试，地基加固效果检验、评价等。（四）、仪器及技术参数：.仪器：瑞典MK

12、6地震仪.测量参数：获取地下的面波信息，一般以多道波形记录的形式；.利用参数：横波速度.布置方式：剖面.野外工作参数：检波器主频4.5Hz,偏移距4m,采样率500口s,采样道数46,道距1m,采样点4096,锤击做震源，关闭滤波档。应视探测对象布置成测线或测网；多道接收时,测线宜呈直线布置；多道瞬态瑞雷波法宜采用向前滚动观测方式,滚动点距应满足横向分辨率要求；测点间距应根据探测任务和场地条件确定,每条测线上不得少于3个测点。（五）、技术指标：.仪器动态范围不小于120dB，模数转换不小于16位。.放大器通道不少于12道，通频带低端不宜低于0.5Hz,各频点幅度差小于5%,相位一致。.应采用垂

13、直检波器,采用线性道间距排列,道距应小于最小勘探深度所需波长的二分之一,排列长度应大于预期面波最大波长的一半。.勘探深度与激发震源、检波器频率、排列长度有关,在试验的基础上合理选取震源、检波器频率，注意野外检波器的埋置，仪器在全通状态。015m勘探深度，宜选用大锤激发，030m选择落重激振，050m以上选择炸药激振。三、微动法（一）、方法原理大地无时无刻不在震动，通过测量大地的三分量振动信号，来分析场地的固有周期，通过微动阵列测量，可以计算阵列中心地下的横波速度随深度的变化，而单台站测量可以分析H/V（垂直分量/水平分量）比值（见图3-3）特征频率、谱形态来推断大地的地质结构和振动状态。当场地

14、为单一土层时，三分量记录曲线的周期彼此相同或接近，场地只有一个卓越周期，当场地为多层且土层厚度较大、出现多个谱峰时，每个谱峰代表着该层与上覆层具有某种关系，这里满足公式fVs/4H,其中：f代表每一个H/V比值，Vs代表上覆层的平均横波速度，H代表上覆层的厚度。图33微动法H/V比值谱（二）、应用条件.勘察对象与周围介质存在明显的物性（波阻抗）差异；.勘察目标体尺寸，相对于埋藏深度应具有一定的规模；.目标体的物性异常能从干扰背景中清晰分辨出来；（三）、应用领域.探查覆盖层厚度，划分松散地层沉积层序；.探查基岩埋深和基岩面起伏形态，划分基岩的风化带；.探测构造破碎带；.探测地下隐埋物体、古墓遗迹

15、、洞穴和采空区；.地基动力测试，地基加固效果检验、评价等。（四）、仪器及技术参数：.仪器：意大利TROMINO；.测量参数:采集地下三分量振动信号；.利用参数：H/V谱特征.布置方式：点测.野外工作参数：罗盘定向，点距5m，采集时间18分钟，采样频率128Hz。.技术指标：系统检查工作量为总工作量的5%。（五）、技术指标：.通频带0.01256Hz；信噪比大于80dB；.A/D转换24位；10个观测通道；.仪器体积10X14X8cm,质量1kg；.仪器工作功率75mW,工作电压3V。第三节岷量评价口一、仪器可靠性评价仪器开始工作均进行重复性试验，证明其工作正常，地震多道检波器同时工作时需要进行

16、一致性试验。（一）、地震法仪器检波器一致性和重复性试验仪器采用瑞典ABEM公司生产的48道ABEMMK6地震仪器。4.5Hz检波器的一致性记录如图3-4,4.5Hz检波器重复性记录如图3-5oT(ms)图3-44.5Hz检波器的一致性检查记录图3-54.5Hz检波器的重复性检查记录100T(rns)1591317212529333741点号(m)0r_xIIHH11MHIIMMI，IM、111Db（二）、微动仪器一致性试验测试结果如表3-1。表3-1微动仪器一致性检查频率仪器1（H/V值）仪器2（H/V值）70.594958220.5969647987.031250.5725951130.57

17、32792757.06250.551537180.552291187.093750.5308610570.5326816157.1250.5119709460.5144128657.156250.4944453970.4981939677.18750.4776651010.4837605277.218750.4645024540.4703694647.250.4496305480.4590848627.281250.4364398340.4477973277.31250.4250440390.4392176297.343750.415269610.4316893467.3750.4090523

18、40.426161487.406250.4027837440.4210365947.43750.3983232950.414048709均方根误差：0.010526二、测量数据质量评价（一）微动法微动法本年设计工作量100个测点，共完成225个测点。重复性观测27个测点，占测点总数12%,重复观测提取的H/V比值谱曲线基本相似，无明显变化，满足规范要求。表3-2微动法重复质量检查表犀牛村2线H/V比值谱特征频率曲线犀牛村2线数据检查H/V比值谱特征频率曲线280HimHIWi290300320J的力IS小aB-iF”345u-则也*WIMinHWM口嫉修4-，-EEH微动法重复观测提取的H/V

19、比值谱曲线相似，无明显变化，满足规范要求。（二）高密度电法表3-3高密度电法重复质量检查表单个测点均方相对误差NO.犀牛村3线高密度对称四极原始数据犀牛村3线高密度对称四极检查数据十三PgM2-Mn乙iX(m)Ps(Qm)X(m)Ps(Qm)1175133.31175132.990.0024033052185114.7185115.210.0042133373185151.62185152.23419591.44419591.6130.0048743875195128.15195127.156195141.66195141.61720577.47920577.50.00131439382051

20、21.53205121.459205145.27205145.3710205167.22205166.911121589.6621589.6970.00132162412215126.03215126.4413215179.38215179.3914215217.78215217.4915215243.37215243.421622573.7522574.5490.00300112117225120.48225120.0518225173.23225173.5619225225.75225226.1320225264.17225264.5521225289.33225290.22223582.

21、8923582.9460.0052626623235112.22235112.3624235153.74235153.1625235204.07235203.3226235249.52235248.2127235279.87235278.4128235299.57235297.912924564.41424564.6340.003927953024587.8292458878245109.4532245139.38245139.0233245171.02245171.8134245202.65245201.6935245220.73245221.7136245231.

22、9245231.993725565.82425566.290.003285453825591.74625591.9639255115.23255115.4340255138.16255139.0341255168.19255168.3942255199.49255199.9343255225.95255226.6344255248.93255249.4245255273.81255274.714626572.36326572.3370.0024634324726589.52426589.77848265115.72265115.8249265140.73265140.8350265163.46

23、265163.6151265191.2265190.2352265225.58265225.4353265266.25265265.6854265297.65265298.4755265318.38265318.665627570.28327570.350.0073585715727586.45727586.56458275107.98275108.2759275133.17275133.1960275154.25275156.1161275180.98275180.9262275220.91275221.0663275264.66275264.8764275301.23275298.4765

24、275313.44275314.8166275325.45275322.326728576.99128576.9590.0968462286828591.27628591.2769285111.14285111.167028562.229285135.4271285177.5285166.2472285201.14285205.2973285246.09285246.5574285285.27285286.7475285313.4285313.4476285338.27285337.8277285353.56285353.6378285363.08285362.717929570.933295

25、71.0060.0040801178029589.33529589.4381295106.39295107.8482295136.64295137.8183295177.5629517884295224.24295224.3985295262.05295262.2986295284.82295286.1987295314.34295314.4288295344.95295344.7789295368.69295369.4190295385.49295388.0191295394.88295395.419230572.26730572.3250.0031797259330581.97430582

26、.50294305105.57305105.5695305142.85305142.9496305186.96305187.1797305225.29305225.4998305249.95305250.2499305273.8305274.38100305297.6530529897305324.24102305353.27305355.07103305374.9305376.7104305389.29305389.78105305402.03305401.0710631569.97631570.0510.0046611810731593.22931593.2108

27、315141.66315141.57109315201.79315201.87110315249.11315248.71111315271.72315271.91112315302.21315302.45113315335.3831533524315362.19115315392.33315392.48116315422.18315422.97117315456.74315455.03118315482.97315488.28119315493.19315493.01120315502.36315503.3412132566.70632566.7480.0045182

2835325115.37123325191.07325191.29124325258.17325257.55125325264.78325264.99126325295.42325295.86127325330.32325330.68128325366.3325366.95129325404.61325403.94130325433.99325430.72131325461.99325465.57132325504.4325504.83133325528.42325529.64134325555.11325555.31135325573.22325576.72136325

29、583.99325581.5813733554.87533556.1140.00640800113833582.43233581.748139335139.72335138.39140335137.42335136.85141335155.62335154.93142335177.99335177.49143335200.22335200.24144335225.18335224.7145335248.64335248.32146335272.43335271.08147335295.65335295.22148335308.71335306.59149335329.95335334.8215

30、0335354.14335352.4151335373.12335372.52152335382.88335382.52153335388.39335386.9115434518.5434518.6470.02064936915534516.78934516.33415634533.4134533.64215734544.30634544.45815834554.37634554.32815934563.46234563.32216034573.80234576.79516134582.97134582.57516234592.47834592.021163345102.76345106.62

31、164345107.55345108.44165345117.01345115.63166345124.06345122.72167345132.61345130.59168345141.06345139.69169345144.77345141.31170345149.76345147.53171345150.71345154.2517235525.40735526.7020.01593825317335534.58735534.34117435550.0835548.26617535560.38335560.63617635572.72335575.5917735586.23135585.98417835598.32735598.204179355111.22355111.58180355125.19355125.64181355134.39355134.85182355146.6835514793355158.49184355169