地震映像技術在采空區勘察中的應用

李志剛

工程地質

地震映像技術在采空區勘察中的應用

李志剛

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津300250）

結合采空區特點，依據地震繞射理論及次生震源知識，采用地震映像技術進行研究，通過單點激發、單點接收、偏移距保持不變沿測線逐一測量方式，通過側線反射時間剖面資料分析，確定采空區空間分布及形態特征。從原理到實際勘察進行闡述，實現以地震映像技術探測采空區。

地震映像；采空區；工程勘察；繞射理論；次生震源

采空區是指外力或地質運動在地表層下部產生的“空洞”，外力產生的采空區大多是煤田開采形成。采空區具有隱藏性強、空間分布特征復雜、頂板冒落塌陷等特點，因此，采空區危害性評價及合理性處理方案一直是工程勘察技術人員關心的技術難題。

地震映像技術采用地震單道逐一采集數據方式，因其操作簡單、成果圖像直接明確、異常直觀辨認，及其經濟高效的明顯優勢，在工程物探領域中有很好的前景。尤其在淺部探測方面，勘探效果顯著。從采空區勘察方面出發，闡述了地震映像技術的工作原理、特點和技術方法，分析了在采空區勘探中的實際效果，說明了地震映像法對采空區勘探的可行性與時效性。

1 場地概況

山東省日照市東港區虎山鄉梭羅樹村至鄭家莊子之間，屬魯東丘陵，地勢為東南低山丘陵區，略向東南傾斜，山地、丘陵、平原相間分布。構造分為魯東區和沂沭斷裂區兩大部分。山脈多呈南北和西南、東北走向。巖相巖性較為簡單，是元古代形成的各種變質巖系，中生代晚期燕山運動形成的中酸性和酸性侵入巖均有分布，以巖漿巖和變質巖分布較為廣泛，地表則多分布松散沉積物。

地層由上到下為第四系黃土、片麻狀花崗巖及蛇紋巖，較大的超基性巖經常分布于巖體頂部呈帽蓋狀或分布于巖體邊緣，局部呈脈狀或不規則狀。較小巖體往往全部蝕變成蛇紋巖，石棉成礦于蛇紋巖礦脈上，并有豎井、巷道開采。

2 地震映像技術

地震映像技術（又稱高密度地震勘探），是以地震映像中波的同相軸反應地質界面的幾何形態，其原理簡單說就是地震單道反射，人工震源產生地震波往地下傳播中，當地下介質存在波阻抗差異時，便會產生反射波并返回地面。地震映像采用單點激發、單點接收、偏移距保持不變的方式沿測線逐一測量，測量方式如圖1。

圖1 地震映像技術測量方式示意圖

一般施工現場首先對干擾波進行調查，從而確定直達波、折射波、聲波、面波等規則干擾波出現的范圍及有效反射波所處的位置，選取最佳偏移距。該方法由于采用等偏移距，故可在現場儀器界面顯示出似to時間剖面圖，即所謂“映像”，能較快地反映地下介質的情況。地震映像是采用單點激發，單點接收、偏移距不變的方式沿測線進行測量，了解接收時間內介質橫向或垂向的變化情況。

在工程探測中，采空區并不都是規模較大，往往存在一些較小的，有些還存在沉積物填充，導致反射系數減小，采空區洞頂反射波能量也將相應減弱，故只從反射理論來識別洞頂反射信息顯然較困難。此時采空區勘察需要結合繞射理論和“共鳴”現象來判斷波形特征。依據繞射理論，采空區洞頂（很小或很尖時）可以看成一個繞射點，當與入射波相遇時候，采集記錄上可能會出現繞射同相軸。所謂“共鳴”現象，其原理是把小規模采空區看成一個“次生震源”，當入射波激發時，產生“共鳴”現象，從而采集記錄上出現波的再次振蕩現象，導致連續的同相軸產生間斷或混亂現象，這是識別采空區存在與否的重要標志。

3 工作方法及參數

3.1 工作方法

本次工作采用地震映像技術，使用儀器為美國NZXP型便攜式多道地震儀，該儀器性能良好，高智能化，輕便防震全密封野外計算機兼作地震中央控制器配置。供電電源最大電壓12V。

3.2 采集參數

采樣點數1024，采樣間隔0.125ms，記錄長度500ms，點距2m，偏移距2m，采用高通1000濾波檔，濾波檔的頻率50Hz。為提高信噪比，采用5個60Hz檢波器組合檢波。從測試的記錄效果看，以上采集參數對干擾波噪音的抑制效果較好。

4 地震映像成果

采用地震處理軟Vista5.5，將每條測線的單炮記錄連接起來，形成各測線的反射時間剖面，對各反射時間剖面的異常進行分析并確定位置。現將其中ZFA測線和ZF-B測線地震映像結果進行解釋分析。

4.1 ZF-A測線

ZF-A測線開始山坡下田地，地勢較陡，45m后到最后地勢平坦，全長297m。該測線地震映像如圖2，從地震反射時間剖面看，同相軸整體連續性較好，其中184～201段和236～261段反射波有明顯的反射弧同相軸，即產生繞射同相軸，并且在底部有多次反射波特征，依據繞射理論推斷是這兩處為采空區的空洞引起的，從反射時間可以算出，184～201段洞頂埋深2.5m，236～261段洞頂埋深4.0m，后打孔驗證，并對其進行處理。

圖2 ZF-A測線地震映像

4.2 ZF-B測線

ZF-B測線整段地勢平坦，田地為主，全長276m。該測線地震映像如圖3，從地震反射時間剖面看，同相軸整體連續性很好，僅在100～120段反射波同相軸不連續，即同相軸產生間斷和混亂，所謂“共鳴”現象，推斷為采空區引起，從反射時間可以算出，洞頂埋深3.0m，后打孔驗證，并對其進行處理。

圖3 ZF-B測線地震映像

5 結語

地震映像技術是地震勘探技術中采用單點激發單點采集的一種技術應用，該技術應用于采空區勘察中，依據地震勘探相關理論，結合采空區特點，完成勘察任務，在掌握新技術方法的同時，為今后解決類似工程地質問題積累了經驗。

［1］周孝宇.淺層地震映像技術在巖溶探查中的應用［J］.山西建筑，2006，23（6）：119-120.

［2］辛永祺.高密度地震映像技術在空洞探查中的應用［J］.山西建筑，2006，32（3）：93-94.

［3］王俊茹.淺層地震在巖溶塌陷及采空區勘測中的應用技術研究［J］.工程勘察，2003，05：65-67，18.

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［5］單娜琳，程志平.地震映像方法及其應用［J］.桂林工學院學報，2003，23（1）：36-40.

The Application of Seismic Imaging Technology in Mined-Out Area Prospecting

LI Zhi-gang
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropwer，Tianjin 300250，China）

Combining with the characteristics of mined-out area，on the basis of seismic diffraction theory and seismic secondary source knowledge，it use seismic imaging technology to study，by the single point，single point receiving，offset remains the same way along the line one by one，measuring way，through the analysis of lateral line reflection time section data，to determine the spatial distribution of mined-out area and morphological characteristics.This paper elaborates the principle to the actual investigation，so as to achieve the goal of seismic imaging technology detecting goaf.

seismic imaging；mined-outarea；engineering investigation；diffraction theory；secondary source

P631；U412

B

1672-9900（2016）04-0081-03

2016-06-24

李志剛（1985-），男（漢族），陜西興平人，工程師，主要從事工程物探與工程檢測工作，（Tel）13622042508。