淺層地震反射波法在地質災害調查中的應用

摘 要：地震反射波法在探測覆蓋層厚度、基巖的起伏和埋深、地下各巖層的走向及深度變化、滑坡體滑動面的深度和發育情況都取得良好的應用效果。文章以四川省青川縣為例，介紹了淺層地震反射波法在勘探不良地質體中的應用。

關鍵詞：淺層地震反射波法；地質災害；應用效果

引言

我國幅員遼闊，地形起伏較大，整體上呈西高東低之勢。西南地區由于長期受板塊擠壓的影響，地質運動比較活躍，常伴有各種地質災害的發生，嚴重的地質災害經常導致較大的人身財產的損失。因此，地質災害調查與評價成為了預防災害、減小損失的重要手段。

青川縣地處四川盆地北部邊緣，白龍江下游，川、甘、陜三省結合部，位于東經104°36'-105°38'，北緯32°12'-32°56'，處于中國中西部交接地帶上，龍門山后山大斷裂汶川-茂縣-平武-青川一線。自5.12汶川地震后，青川地區地質活動異常活躍，加之其地質條件復雜，地形地貌起伏較大，導致該地區地質災害頻發，已經嚴重威脅到當地民眾的人身財產安全。

由于鉆探一孔之見的局限性以及高昂的勘探成本，使得通過鉆探的方法來勘探地質災害類型以及發育程度是不合理也不夠科學的，地震反射波法由于具有分層能力強、勘測場地小、不受地層速度倒轉限制和所需震源能量小等特點，在地質災害勘探中發揮了重要的作用。

1 淺層地震反射波法基本原理

地震勘探是利用地下介質彈性和密度（波阻抗）的差異，通過觀測和分析人工地震產生的地震波在地下的傳播規律，推斷地下巖層的性質和形態的一種地球物理勘探方法。在淺層的地質災害勘探中，多采用具有高頻率、高分辨率的淺層地震反射波法。

作為地震勘探的一個分支，淺層地震反射波法同樣是以地層波阻抗的差異為勘探的前提，通過人工或者微型炸藥產生瞬間的脈沖，脈沖在地下地層中的傳播，遇到彈性分界面時就會發生反射，攜帶了地層信息的地震反射波通過地面的檢波器進行接收采集。根據式（1）可知，地震反射波的時距曲線為雙曲線，根據地層傾斜方向和角度不同，時距曲線的形態也不一樣。通過對該曲線特征分析和研究，可得到地下介質的變化情況，達到勘探的目的。

時距曲線方程為：

t=■■ （1）

式中：t為波旅行時間（s），x為激發點到接收點的距離（m），v為介質的波速（m/s），h為深度（m），？漬為傾角（°）。

2 現場工作方法

2.1 工區地震地質條件

任務的目的是對指定的監測點進行淺層地震勘探，提供監測點處深度超過50米解釋的地震剖面。在已有的地質資料中，可知該地區的主要巖性為灰巖、變質的千枚板巖以及淺層的第四系覆蓋層，各種巖性之間存在明顯的速度差異，這給運用淺層地震勘探提供了地質基礎。此外，由于該地區的覆蓋層厚度較小（0～15m），避免了地震波在覆蓋層內較大的能量損失。因此，在有效的勘探范圍內，通過淺層地震反射波法能夠了解地下各層的走向以及地質災害的發育情況。表1 提供了工區內各巖石的波速范圍。

2.2 儀器及參數設置

數據采集使用勞雷公司的喬美特利地震儀，其主要技術指標為：分布式觀測系統，PC控制，適合二維和三維觀測。二維觀測時由PC機控制接收道，具有高分辨率。抗干擾能力強，能適應大部分工作環境等特征。

根據勘探目的以及對勘探精度的要求，結合勘探的實地情況，本次淺層地震勘探選擇了六次覆蓋觀測系統，采用單邊激發、垂直疊加、24道接收的方式進行數據的采集；為滿足覆蓋次數的要求，結合各測點的實際地形條件，數據采集采用的道間距為1米，偏移距為4米。

2.3 檢波器一致性

為保證儀器的正常工作和檢波器的一致性，在試驗工作之前對檢波器進行了一致性的檢查，檢查結果如圖1。

由圖1可見，除去初始的噪音干擾，前三組同相軸波形穩定、相位連續、能量較為均衡、時間無延遲且各道間的相位差不超過3ms，表明儀器的道一致性良好且穩定，達到工作要求。

2.4 干擾波調查

進行正式的工作之前，在工區選擇合適的地段開展了拓展排列試驗以進行干擾波的調查。典型的拓展排列記錄如圖2所示。

從拓展排列試驗記錄可以看出，場地內干擾波主要為面波和高頻隨機干擾，通過拓展排列記錄的分析，確定了干擾波和有效波的接收范圍，以對后期的正式施工提供指導。

3 室內數據處理

對采集到的數據進行處理，重點是消除和壓制干擾，提高信噪比和分辨率。在室內資料處理過程中，采用了國際著名的加拿大SIS（Seismic Image Software Ltd.）公司的VISTA地震數據處理軟件系統進行處理。

處理的思路是在初步處理的基礎上，對初步處理的中間結果進行分析，選擇和調試各種處理參數，經多次試驗后確定該場地的處理流程和相應的處理參數。

野外采集的原始記錄質量較好，干擾波主要為面波和聲波以及隨機干擾。通過對該觀測點的全部記錄作頻譜分析，客觀地反映了淺層地震記錄的頻率分布范圍。在對各記錄頻譜進行分析的過程中，分別選取了不同頻率范圍的濾波器進行了數字濾波，經多次試驗和對比，在一定程度上壓制了聲波和高頻隨機干擾波，并用FK二維扇形濾波和相干加強的方式，對面波和其他干擾波進行了壓制。在疊后的時間剖面上做了中值濾波和FK信噪分離，提高了最終輸出的反射水平疊加時間剖面的信噪比。數據處理的具體處理流程如圖3所示。

4 物探成果及分析

通過采用淺層地震反射波法、速度譜分析和速度掃描得到各層的平均速度和層速度，根據平均速度和層速度，對比分析時間剖面的反射波組，確定反射層的構造形態，獲得了各測線的水平疊加時間剖面，見圖4～圖5。

由圖4和圖5可見，淺層地震剖面的波場層次清晰，分辨率較高。通過層位追蹤以及同相軸對比可以看出，在10ms到150ms之間存在明顯的反射波組，各波組之間同相軸連續性較好。結合現場觀測的地質情況分析，地震剖面基本反映了50米左右深度內的地質情況。

由L1線水平疊加時間剖面可知，該處地下結構可分為4層，測點第一層縱波速度Vp1為724m/s，底部埋深約為5米。第二層縱波速度Vp2為1312m/s，底部埋深約為15米。第三層縱波速度Vp3為2425m/s，底部埋深在25米至30米。第四層縱波速度Vp4為2885m/s，底部埋深約為40米，第四層以下縱波速度Vp5為3673m/s。橫向上，5～15米處同相軸出現斷裂或能量變弱等現象，推斷該處為破碎帶，破碎帶呈上窄下寬形狀。

由L2線水平疊加時間剖面可知，該處地下結構可分為3層，測點第一層縱波速度Vp1為751m/s，底部埋深為20米至25米。第二層縱波速度Vp2為1521m/s，底部埋深為37米至42米。第三層縱波速度Vp3為2509m/s，底部埋深在55米至65米，第三層以下縱波速度Vp4為3319m/s。橫向上，在8到17米存在破碎帶或者巖性分界面，發育范圍較大，向下延伸且深度大于50米。

由于破碎帶或者其他災害體的影響，地震反射波同相軸往往出現不連續，能量突然變弱亦或是雜亂等情況。

5 結論及建議

通過對青川地區采用淺層地震反射波法進行地質災害調查，基本查清了監測點范圍內地質災害的發育及分布情況，得出以下幾點結論：

（1）對青川地區采用高分辨率淺層地震反射波法進行勘探，所采用的觀測系統以及后期的參數選取是完全正確的，取得了較好的效果。

（2）測區內縱向上速度分層較為明顯。

（3）淺層地震剖面較好的顯示了地下反射層信息，

包括埋深以及走向等。

（4）物探成果認為，在觀測的重點區域內，在勘探深度范圍內存在斷裂或破碎帶等不良地質體。

物探是一種間接測試手段，本次工程物探工作是按照縱波速度劃分的巖性地層。結合此次野外工作，提出以下建議：

（1）在對地震資料的解釋過程中，應該結合更多的工區地質資料，以便提高解釋的精度。

（2）用多種物探手段（電法、電磁法）對重點監測區域進行勘探，采集多種物探數據，從多方面不同屬性了解該地區的地下結構。

參考文獻

[1]曹江濤，翟偉強，方勇.淺層地震反射波法在山區工程勘察中的應用[J].工程勘察，2014，42（8）：84-88.

[2]尹燕法，尹玉靜，刁海忠.二維地震勘探在山東魚臺找煤中的應用[J].科技創新與應用，2016（14）：94.

[3]張銀松，雷宛，祝杰，等.淺層地震反射波法的參數選擇及其應用效果[J].勘察科學技術，2011（4）：16-18，29.

[4]鄧希貴，宋文生.淺層地震反射波法在塌滑體勘探中的應用[J].吉林水利，2003（4）：23-27.

[5]王志勇，王旭明，李戟.淺層地震反射波在工程勘察中的識別與應用[J].勘察科學技術，2013（1）：58-60.

[6]徐曉英，魏林，陳磊.淺層地震在滑坡地質災害研究中的應用與效果[J].巖土工程界，2003，6（11）：76-77.

[7]戴呈祥，王慶海.淺層反射波法地震勘探數據采集中應注意的幾個問題[J].物探與化探，1989，13（1）：69-74.

作者簡介：易輝（1992-），男，四川廣安人，成都理工大學地球物理學院地球探測與信息技術專業碩士研究生，研究方向：工程與環境地球物理。

楊玲（1992-），女，四川南充人，成都理工大學管理科學學院專業碩士研究生，研究方向：資源管理與環境評價。