《地震映像学习资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地震映像学习资料（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、地震映像法,第一节地震映像方法及其原理第二节地震映像的野外工作方法,第一节地震映像方法及其原理,地震映像（又称高密度地震勘探和地震多波勘探），是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种常用浅地层勘探方法。这种方法可以利用多种波作为有效波来进行探测，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的波作为有效波。除常见的折射波、反射波、绕射波外，还可以利用有一定规律的面波、横波和转换波。在这种方法中，每一测点的波形记录都采用相同的偏移距激发和接收。在该偏移距处接收到的有效波具有较好的信噪比和分辨率，能够反映出地质体沿垂直方向和水平方向的变化。,地震映像可以用波形图或彩色振幅图显示结果，同时进行运动学和动
2、力学方面的解释分析，数据处理可以在空间、时间和频率域中进行，图示直观。目前一些地震仪器已采用了特殊的数据采集技术，可以方便、快速地获得地震映像记录。,二、各种波在地震映像波形图上的反映,1、折射波,如果界面水平，不同激发点的折射波的传播路径长度相同，传播时间也相同。在地震映像波形图上，折射波的同相轴为水平直线。而当界面起伏时，同相轴的到达时间会发生增加或减小，据此探测折射界面的深度变化与形态。在实际工作中，如选择折射波为有效波，则地震映像波形图上的第一个同相轴为折射波。折射波同相轴的变化，反映了折射界面深度和界面以上介质速度的变化。界面水平时，折射波到达时间反映激发点下界面深度，也是界面上各点
3、的深度。而界面起伏时，折射波到达时间只能表示滑行波传播路径内界面的平均深度。一般情况下，可根据折射波同相轴的变化情况定性推断界面的起伏情况，只有已知界面倾角、界面速度和上覆介质速度的情况下，才能作出准确的界面深度定量解释。采用折射波为有效波适用于快速探测基岩面较浅、覆盖层速度稳定的情况,二、各种波在地震映像波形图上的反映,2、反射波,当界面水平时，每次激发的反射波传播时间不变，反射点的位置正好在记录点上，当界面深度发生变化时，反射波的传播时间会发生变化，如在断层两侧表现为突变；如果是倾斜界面，反射点的位置会偏离记录点向界面的上倾方向移动。同样可以根据反射波同相轴的变化情况定性推断界面的起伏情况
4、。,二、各种波在地震映像波形图上的反映,3、面波,二、各种波在地震映像波形图上的反映,4、绕射波,在炮检距相同的条件下，随着激发点O到D点距离的改变，绕射波的传播路径发生变化，绕射波传播时间会逐渐增大，在地震映像记录上出现双曲线型同相轴。这也成为异常体、断层、岩性分界面的特有标志。,第二节地震映像的野外工作方法,地震映像方法的野外工作方法在震源选择、测线设计等方面与其他地震方法相同。特别需要指出的是：(1)测量方法。在测量过程中，每次激发，在接收点采用单个检波器接收。仪器记录后，激发点和接收点同时向前移动一定的距离（或称为点距），重复上述过程可获得测线上的一条或多条地震映像时间剖面。(2)记录
5、点的位置。这种装置的记录点位于激发和接收距离的中点，反映中点两侧射线传播范围内地下的岩层、岩性的变化。(3)最佳偏移距。在地震映像数据采集中，最佳偏移距已不仅局限于纵波反射，而是扩展为对全波列而言。为了获得具有高信噪比和分辨率的地震映像记录，需要做试验剖面，进行干扰波调查，分析各种波的传播规律，确定能够最好地反映探测目标的有效波，以及该有效波在时间域和空间域的最佳时空段。在最佳偏移距处有效波在空间距离和时间上与其他干扰波分离，信号清晰。,第三节地震映像方法的应用,兰州某机场地基为致密黄土，场地下有人工开采的砂洞、砂巷，这是机场扩建中重要的地质隐患。土洞的边缘处介质密度是突然变化的，存在较大的波
6、阻抗差异。在固定的偏移距上会接收到来自震源的直达波、面波和来自土洞角点处的绕射波，洞顶和洞底的反射波。,一、人工洞穴的探测,有空洞存在时，地震记录上最明显的特征就是被洞边缘影响而改变传播路径的面波和绕射波。在机场基础勘查中，探测到大量的土洞。图为其中一条测线的地震映像振幅灰度图，由图可看到明显的空洞异常。经验证土洞高3米，宽7米，长8米。,岩石中的岩溶通道或地下水的运移空间有时是破碎带，有时是较完整的石灰岩中的岩洞，在有溶洞存在的地质断面上探测时，所接收到的地震映像波形如图所示。其中当激发接收点距离岩洞较远时，仅接收到直达波，而靠近岩洞时则可能接收到反射波和绕射波，以及在洞中产生的多次反射波。
7、根据地质特征的分析，用地震映像法探测溶洞，可得到明显的异常，但各种技术参数的选择会影响探测效果。,二、岩石中溶洞的探测,岩溶塌陷是岩溶地区地下水作用形成的。隐伏的岩溶塌陷（或土洞）或已经塌落的岩溶塌陷处土质松散，在岩溶天窗处特别明显，寻找隐伏的岩溶天窗是在岩溶地区房屋建筑基础和路基探测中较为重要的任务。在地震映像波形图上，岩溶天窗处的波形有特殊的特征：折射波或反射波能量减小，波形不容易识别。面波能量突然增加，振幅增大，波形变宽。在岩溶天窗处还可能出现岩溶天窗边缘产生的绕射波。,三、岩溶塌陷的探测,图为桂林市中心广场岩溶塌陷上的地震映像波形，面波同相轴较形象地反映了塌陷的位置。测量工作在开挖后深
8、的基坑中进行，此时表层为砂卵石层，基岩为易溶灰岩。,岩溶塌陷的地震映像异常主要特征为：塌陷处各种波速度降低，面波振幅突然增大，形成明显下凹的同相轴。,1、利用反射波探测基岩起伏图为广西某大楼的地震映像波形图。总体看来，左侧基岩面浅，右侧深，在局部面波同相轴起伏较大。右侧为基岩凹陷。反射波（第二个波至）准确地反映出基岩深度的变化。在测线左侧边缘，基岩深度为10米，基岩凹陷处深度（面波同相轴下凹中心）约为16米。,四、基岩面起伏的探测,2、利用折射波法探测基岩起伏图7-9为云南废弃物堆积场选址工作地震试验剖面（道间距为1米，场地覆盖层为第四系冲积层，基岩为砂岩。基岩深度为310米，工作任务为寻找基
9、岩破碎带。从试验剖面可知，折射波的临界距离约为28米，初至区内折射波为第一个波至，清晰并易于辨认。因此选取偏移距32米进行地震映像法测量。当基岩无破碎时，折射波波形相似，同相轴连续性好。图7-10为测区的一段地震映像波形，折射波的波至时间反映出基岩面稍有起伏，但无破碎带存在。,高层建筑地下室的地梁、桩承台等许多钢筋混凝土构件，在施工过程中如振动不足或其他原因，则会在构件中形成空洞或蜂窝，或在构件结合部位造成离析，使混凝土构件强度下降。用地震映像方法进行混凝土构件质量检测的基本原理是：混凝土构件内部如有蜂窝或空洞存在，则介质的密度及弹性波的传播速度也随之变化，形成不均匀异常体，在异常处地震波的传
10、播时间及地震波的波形会发生变化，据此推断混凝土内部的不均匀体的空间位置。,五、大型混凝土构件的质量检测,图7-11为在混凝土预制板间裂缝上的试验剖面，偏移距0.6m，点距0.1m，在地震映像波形图上对应裂缝位置的6-10记录道上直达波明显延迟。地梁中有不均匀体存在的情况如图7-12所示，从图中可以看到不均匀体处波至时间、波形宽度和振幅的明显变化。,地震映像方法可用于水上探测。由于水为均匀介质，且不传播横波，水上地震映像往往可以取得较好的效果，可以快速、准确地探测水深及水底岩层的地质情况。水上地震映像需要采用特定的机械震源，约每秒激发一次，用悬挂在水面的压力检波器接收。图7-13为福建平潭海峡大
11、桥选址探测中一条测线的地震映像波形，从图上不仅可以看到海底起伏，还可以看出海底的岩性变化。,六、水上探测,断层或岩性接触带存在时，在断层的棱角点或岩性突变点产生绕射波，由于在地震映像波形图上的反射波同相轴基本为直线，绕射波产生的双曲线型同相轴，在波形记录上非常明显，尤其是浅部的局部地质体，如防空洞、隐伏的旧房屋基础以及前面讨论的人工土洞的边缘，混凝土管道等等。,七、断层的探测,图7-14为南宁某工地断层上的地震映像记录。在图上可以看到双曲线型同相轴，双曲线的顶点为断层在剖面上的端点位置。在断层两侧，地震波的波形特征有明显的差异，左侧的波组较多，为地层中多个泥岩薄层和煤层的反映，右侧为较厚的砂岩
12、地层的反映。图714的工作参数为偏移距16米，点距0.5m,采样间隔0.2ms。,图7-14断层附近的地震映像彩色振幅记录,综上所述，在地震映像方法中有多种有效波可供使用，所以又称为多波列地震勘探。折射波探测深度较小，且需要下伏高速层的条件；反射波勘探可以达到较大的深度，适应大多数勘探目的的要求；面波群在介质的波阻抗变化时会发生波的分解、合并以及波形的变化，有利于探测浅部覆盖层中的横向介质变化。在地震映像剖面中绕射波有不同于其他波的双曲线特征，对局部地质体反应灵敏。地震映像方法的关键是根据干扰波调查剖面确定最佳偏移距，必要时在一个工地上，需要在具有不同地质条件的地方做多个试验剖面。,第四节地震
13、映像资料的时频分析方法,时间域和频率域信息结合的分析方法称为时频分析。地震映像方法由于激发和接收的条件保持不变，如果地质条件不变，折射波、反射波和面波等的同相轴在地震时间记录剖面上均为直线，时间剖面波形直观，易于对比分析。但只利用了地震信号中的时间域信息，地震记录中还包含了各种地震波的频谱信息。如果能够同时利用时间域和频率域的信息，可以获得更多分析解释参数，使地震映像这种常用的浅层地震方法获得更好的地质效果。,地震映像资料的时频域解释分析方法能综合考虑时间分辨率和频率分辨率，改善了时间域和频率域分析方法的缺点和不足。时频域中的主频等值线图，浅显直观、异常区域的划分清晰，短时傅里叶变换处理简单易
14、行。在实际工程资料处理中，可以结合正演模拟计算，使时频分析的结果更为准确。,地震波的频谱中包含着关于地层、岩性或构造方面的信息，地质条件的改变同样对地震波的频谱产生影响。地震映像法采用相同的偏移距采集数据，如果岩性、介质密度、构造等地质条件不变，地震波的频谱特征不会改变，反之，频谱特征的变化，必然是有某种地质因素发生了改变。地震波在传播过程中，其频谱成分的变化与地震波的吸收衰减、介质的性质及地层结构等因素有关。,一、地震映像数据频率域解释的基本原理,时频分析方法将地震波的频谱与地震波的到达时间联系在一起，分析不同性质的地震波频率沿水平方向或垂直方向的变化规律。时频分析是以一定的时窗和步长进行傅
15、里叶变换，所以每一个时窗的时频分析只是该时窗内的小段地层的总体反映，此时的傅里叶变换振幅谱的极值频率可近似看作该小段地层的主频率值，连同幅值大小共同反映这一小段地层的结构信息。若对一个地震道进行连续分析可以得到这一道记录中的各种波的主频信息，并得到对应的地层从浅到深的结构、构造、厚度变化规律；而把多个测点的地震映像资料的时频分析结果横向连接起来，对同一窗口（时、深相同）资料的分析则可以进行横向的资料解释。,二、时频分析方法和图示,时窗的长度，根据地震波的主频确定，一般大于地震波的一个周期。在时窗宽度的选择上，可以采用固定长度的时窗或变长度时窗。对时间域的地震记录加上一个窗函数，提取一定长度的波
16、形图进行短时傅里叶变换，并提取主频，按一定的时间步长计算各时窗中心时间的主频。根据不同测点的计算结果，以地震道为横坐标，以时窗中心时间为纵坐标，绘制出时频域（时间主频）主频等值线图。图上可以直观的表现出异常频谱沿测线方向和沿时间（深度）的分布范围，而根据异常体的时间特征和频率特征推断出异常体的位置，并判断异常体的性质。,1、利用有效波频谱划分和薄层分布范围薄层是指地层厚度小于地震波波长的岩层。在地震波的传播过程中，由于薄层的滤波作用，地震波的主频变高；在厚度大的岩层中，地震波由于吸收的作用自然衰减，地震波的主频会逐渐降低。利用这个特点，可以根据地震波频率的变化判断地下的岩性、推测地层结构并划分薄层分布范围。,三、地震映像资料时频分析方法的应用,图7-15a是某地基勘察获得的地震映像记录，地下的地层依次为第四系人工填土、坡积粉质黏土、冲积圆砾、第三系砂岩、粉砂质泥岩、煤互层。各岩层厚度约35米，各岩层相变明显，层面基本呈水平分布。在地震映像记录的2060ms的范围内，为各岩层的反射波。时频分析的时窗中心时间从16ms开始，时窗的宽度为16ms，步长8ms.分析结果如图7-15b所示，图中
