地震映像技術在淺層隱伏空區探測中的應用*

張洋洋

(1.中煤科工生態環境科技有限公司唐山分公司，河北 唐山 063012；2.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

地震映像技術采用單點激發、單點接收，沿剖面采集數據方式，因其激發、接收方式以及偏移距保持不變，所以地震剖面記錄上的時間變化主要為地下地質異常體的反映，給資料解釋帶來極大的方便，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，在淺部空區、空洞、溶洞等的探測應用廣泛，勘探效果顯著[1-7]。本文針對淺層隱伏空區的勘測，闡述了地震映像法的野外工作方法、原理及其數據處理，分析了其在淺層隱伏空區勘測中的實際效果，驗證了地震映像法對淺層隱伏空區探測的可行性。

1 工程概況

勘測區域地表覆蓋10 m左右的雜填土，本文主要針對淺層0～50 m的由于礬土礦開采形成的隱伏空區進行探測。在開采淺部急傾斜或傾斜礬土時，由于礬土礦的頂底板均為硬質的粗砂巖，而礬土的硬度相對較小，有可能發生沿礦層方向的抽冒，當抽冒波及到地表時，則在露頭處的地表將發生不均勻沉降并且出現空區，空區與圍巖的波阻抗存在明顯差異，可以應用地震映像技術對隱伏空區進行探測。

2 地震映像探測技術

地震映像(共偏移距法)，是基于反射波法中的最佳偏移距技術發展起來的一種常用淺地層勘探方法[8]。這種方法可以利用多種波作為有效波來進行探測，除常見的折射波、反射波、繞射波外，還可以利用有一定規律的面波、橫波和轉換波。在這種方法中，每一測點的波形記錄都采用相同的偏移距激發和接收。在該偏移距處接收到的有效波具有較好的信噪比和分辨率，能夠反映出地質體沿垂直方向和水平方向的變化，如圖1所示。

圖1 地震映像法工作原理示意圖

設水平二層大地模型如圖1所示，L為偏移距，O1、O2為激發點，S1、S2為接收點。當界面水平時，反射點和接收點中點下的界面上，反射波的傳播時間與界面深度、圍巖的波速有關。反射波時距方程為：

(1)

式中，Z為V1介質的厚度；V1為速度；偏移距L為常數。

地震映像法為地震單道反射。利用介質的彈性波速差異來探測異常體。人工錘擊地面產生的地震波在向地下傳播過程中，遇到地下介質存在的波速差異時，便會產生反射波并反射回地面。當介質分布均勻，無地下空區、空洞等異常體存在時，則所得到的同相軸連續穩定，不會出現錯斷、缺失、能量減弱等現象。若地下存在空區、空洞等不良地質情況，則地震波在其分界面上會產生波的繞射，使得同相軸出現錯斷、缺失、能量減弱等現象，從而識別空區。

3 數據采集與數據處理

3.1 數據采集

淺層地震映像法采用Miniseis24A/48A綜合工程地震儀，國產60 Hz檢波器，人工錘擊震源，坐標測量采用海達星RTK儀器。進場后首先根據工作區的地質條件、工作條件等進行多道檢波器剖面試驗，確定最佳偏移距等工作參數，然后進行勘測。根據工區的地質條件和工作條件，共布置了1 405個測點，28條測線。

本次淺層地震映像法使用參數為：震源采用18磅大錘敲擊鐵餅方式，1道檢波器，偏移距24 m，道間距1 m,采樣間隔0.200 ms,記錄長度800 ms，每個測點疊加3次。

3.2 數據處理

地震映像數據處理主要包括數據濾波、振幅AGC處理和增益調節等[9-10]。數據濾波的目的是壓制隨機噪聲提高地震信噪比，振幅AGC處理的主要目的是振幅均衡，削強補弱來提高信噪比和分辨率，利用增益調節來凸顯目標層。對采集到的地震數據的處理主要是對原始數據進行數據轉換,去掉干擾信息,獲取高分辨率、高信噪比的時間剖面,保證地震數據和地質資料解釋的可靠性。

野外采集的數據經軟件處理，生成地震映像時間剖面圖。剖面圖橫坐標表示測線距離(m)，縱坐標表示傳播時間(ms)。通過地震映像成果圖獲得異常的平面位置及垂直深度。

4 地震映像成果

D1測線地勢比較平坦，全長37 m。該測線地震映像如圖2所示，從地震反射時間剖面看，同相軸整體的連續性較好，其中,19～24段100 ms處同相軸呈現異常反映，同相軸呈現錯斷，能量減弱，甚至缺失，出現“脫空區”現象，波組抗特征與兩側存在著明顯的差異，局部存在反射波混亂現象，推斷為空區引起的，根據前期現場試驗測得地震波在地表淺層平均速度約為430 m/s，將所測數據代入反射波時距方程，計算可得測線D1異常頂部的深度約為18 m，經驗證，探測結果比較準確。

圖2 測線D1地震映像波形圖

D2測線地勢比較平坦，全長57 m。該測線地震映像如圖3所示，從地震反射時間剖面看，同相軸整體的連續性較好，其中，15～17段和31～34段100 ms處同相軸呈現異常反映，同相軸出現明顯錯斷，能量減弱，甚至缺失，出現“脫空區”現象，波組抗特征與兩側存在著明顯的差異，局部存在繞射波現象，推斷這兩處為空區引起的，根據前期現場試驗測得地震波在地表淺層平均速度約為430 m/s，將所測數據代入反射波時距方程，計算可得測線D2異常頂部的深度約為18 m，經驗證，探測結果比較準確。

圖3 測線D2地震映像波形圖

5 結 論

(1)地震映像技術是淺層地震勘探技術中采用單點激發、單點采集，偏移距不變的一種技術應用，空區與圍巖的波阻抗差異較大時，該方法可對淺部的隱伏采空區進行有效探測。

(2)地震映像時間剖面圖所反映的同相軸錯動、缺失，能量減弱，出現“脫空區”等異常特征，可作為本礦區范圍內淺層隱伏空區的識別標志。

(3)地震映像技術應用人工錘擊震源時，探測深度較淺，在異常體與圍巖的波阻抗差異相差不大或埋深比較大時，不宜使用。