折射CT 反演法在淺層地震勘探中的應用

徐學文 徐 敏

(陜西省交通規劃設計研究院，陜西西安 710068)

0 引言

隨著我國高速公路建設步伐的加快，大量的橋梁、隧道和不良地質段落急需在初勘階段初步查明地層結構和斷裂構造等分布情況，為初步設計提供較可靠的地質資料。如何選擇一種既經濟可靠又方便快捷的勘察手段，便成為現有地質工作者重點關注的問題之一。本文以榆林至綏德高速孫家山隧道淺層地震勘探為例，引入一種新的折射CT反演技術來分析處理地震波數據，解譯出的基巖層面與隨后的鉆探結果基本一致，說明該方法具有良好的時效性和準確性，對今后類似的工程地質勘察工作提供了一種全新的手段。

1 折射CT反演法的工作原理

地震折射CT反演技術是近年來發展起來的一種新的物探手段，它是在地表布置激發點和接收點所組成的觀測系統，由激發點產生的地震波經過地下地質體的折射等物理過程，到達接收點，利用接收點所記錄折射波等震相的走時或振幅資料，在計算機上重建地質體內部圖像模型，從而得到所研究地質體的巖性及構造分布的一種物探方法。折射CT反演法與常規反射波法相比，主要是在處理流程和后期模型分析解釋方面有較大差異(見圖1，圖2)，繪制的地質圖像具有更直觀、分辨率高、信息量大和可靠性等優點。

圖1 反射法資料處理基本流程

2 折射CT反演法的工程應用

2．1 勘察場地工程概況

榆綏高速公路孫家溝隧道位于陜西榆林市米脂縣孫家溝村附近，單洞長約876 m，隧址區整體位于鄂爾多斯斷塊伊陜斜坡區，中、新生代以來，區內一直處于相對穩定和振蕩性升降的狀態，區內褶皺、斷層不發育，地震活動輕微，地殼屬于相對穩定的構造區。區內巖層產狀總體較平緩，傾角約2°～5°，微地貌屬黃土梁峁溝壑區。

圖2 折射CT法資料處理基本流程

2．2 淺層地震資料收集

根據勘察目的，沿隧道縱向布設地震測線1條，進出口橫向各布設測線1條。地震資料采集儀器為SE2404NT型108道分布式數字地震儀采集系統，采用6次～9次覆蓋、36道接收、端點激發的方式完成反射波和折射波資料采集。

2．3 折射CT反演結果

折射CT資料處理，采用GM層析成像反演系統以及圖2的處理流程，解譯結果詳見圖3。由解譯結果可知，其速度的高低變化直接反映了淺表層巖土介質的結構變化特征，與多次覆蓋反射法結果相比(見圖4)，其異常變化特征與位置有相似之處，但進一步反映了淺表層黃土的分層結構、展布特征，尤其是基巖面的大概位置，解譯圖像具有直觀、分辨率高等優點。

圖3 孫家溝隧道CT速度解釋剖面圖

圖4 孫家溝隧道水平疊加解釋時間剖面（反射法）

為更好的與反射法綜合比較分析，根據地震水平迭加時間剖面的波組特征和折射CT速度反演結果，對各測線剖面范圍內能量較強、連續性較好并可能具有一定地質意義的各反射波(組)和有一定差異的CT速度分界面進行了對比追綜和層位標定，并定名為T1，T2，T3和T4分層界面，其中:

1)T1層位:淺表層黃土速度差異界面;

2)T2層位:黃土層中上部速度差異界面;

3)T3層位:強風化基巖層頂部反射界面，同時表現為速度差異界面;

4)T4層位:中風化基巖巖頂反射界面，同時表現為速度差異界面。

分析可見，較連續穩定波場同相軸或速度分界面表現了具有一定意義的地質分層界限。由CT速度剖面可見，強風化基巖上部地層由淺至深縱波速度的變化范圍為310 m/s～1 480 m/s，主要體現了工區剖面范圍內粉土層、黃土層及粘土層的速度變化特征，強～中風化基巖的速度為1 450 m/s～2 180 m/s，符合一般變化規律。

2．4 與實際鉆孔探測資料比照結果

我們對隧道施作物探后，初勘和詳勘階段，為進一步驗證物探資料的準確性，在隧道進出口和洞身適當位置布設了三個勘探鉆孔，鉆孔中基巖埋深情況與采用CT反演法得到的基巖層面對比結果見表1。由表1可見，層位標定結果誤差較小，誤差率均小于10%，個別鉆孔(ZK3)強風化底界面標定深度誤差相對較大，分析認為可能與鉆孔分層誤差有關，總體而言，采用折射CT反演法標定的層間結果達到了較好的解釋精度要求。

表1 折射CT法地震勘探層位與鉆孔層位對照表

3 結語

在榆綏高速初勘其余的幾座隧道、橋梁的物探中，我們運用

CT反演法分析得出的地層剖面與詳勘施打鉆孔后連線得出的地質剖面圖相比，基本都達到了較高的精度，尤其是對基巖面的判別誤差率均小于10%。說明在工程地質勘察中采用CT物探技術，不僅可以節省大量的鉆探工作量和鉆機搬運等費用，縮短勘察周期，又可以為設計部門提供較為可靠的地質參考資料，尤其是在急需判明基巖埋深情況的橋梁和隧道等工點，利用該方法可以達到經濟、可靠、方便快速的目的，為今后的工程地質勘察工作提供了一種新的勘察手段。

［1] 王振東．淺層地震勘探應用技術［M］．北京:地質出版社，1988．

［2] 王超凡，趙永貴．地震吸收CT及其在采空區探測中的應用［J］．地球物理學報，1998(41):367-375．

［3] 靳洪曉，趙永貴．地面地震CT在淺層勘探中的應用［J］．工程地質學報，2000(8):239-243．