折射波法在某礦山治理中的應用

朱 輝，高鐸文

（中國有色金屬工業西安勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710054）

1 折射波法勘探原理

折射波法是利用人工震源激發的地震波在介質中傳播，當穿過波速不同的分界面時，波改變了原來的傳播方向而產生了透射，當下層大于上層介質的波速時，在入射角等于臨界角的條件下，透射波將會沿著分界面以下層速度“滑行”，這種“滑行波”也將引起界面上層質點的振動，并以折射波的形式傳至地面，若用地震儀測量其到達地面觀測點的時間和震源距，并找出其之間的函數關系，就可以求出折射界面的空間分布形態。折射波法多用于探測覆蓋層（或低速帶）厚度、基巖起伏、斷層產狀及有關地下水分布等工程地質問題[1]。

折射波勘探主要利用地震波的折射初至時間，繪制時距曲線，進而對地下構造進行推斷解釋。

2 資料解釋方法

利用時距曲線和速度資料，即可繪制反映折射界面的埋深、產狀和構造形態的地震剖面圖。求取折射界面的埋深和產狀的解釋方法有很多，如截距時間法、t0差數時距曲線法、延遲時間法、時間場法和共軛點法[2]。折射資料處理解釋流程如圖1所示。下面通過工程實例來介紹工作中最常用的截距時間法和t0差數時距曲線法。

圖1 折射處理流程圖

3 應用實例

實際資料來源于漢中市某礦山治理項目。本次勘探的主要任務為探測基巖埋深及其起伏形態，測線長570m。根據現場踏勘及前人資料所知，工區上部為礦渣，下部基巖巖性為泥質砂巖[3]。物探工作開展前在工區基巖露頭處做巖體波速測試，測得波速為1400～1600m/s。使用的儀器為SWS-7型工程勘探與工程檢測儀，選用38HZ檢波器，根據工程勘探目的和現場試驗結果，觀測系統采用道間距12m，48道接收，采樣長度為1024ms，采樣間隔0.5ms。共在坐標0、288、576處3個點位上放炮，震源為TNT炸藥。圖2為三炮的時距曲線圖。

圖2 時距曲線圖

從時距曲線可以看出，地層為兩層結構，除近炮點的直達波外，折射波震相穩定[4,5]。依據線性回歸方程，可分別得到直達波和折射波的速度，見表1。

表1 各炮直達波、折射波速度

取速度的平均值，得到：V1=542m/s，V2=1584m/s。

下面分別用截距時間法和t0差數時距曲線法來求取上述資料采集處的折射界面深度。

3.1 截距時間法求界面

根據：

可以計算出對應三個炮點處的深度，見表2，相應的折射界面深度圖見圖3。

表2 各炮折射界面深度

圖3 折射界面深度圖

3.2 t0差數時距曲線法求界面

根據：

我們得到了第一炮和第三炮的折射震相數據（10-38接收道）及折射界面深度的計算值，見表3，相應的折射界面深度圖見圖3。

表3 深度計算值

為了驗證上述兩種方法反演出的折射界面深度是否恰當，在第1、10、15、20、25、30、35道對應的位置上布設了七個鉆孔，得到的土石分界界面見圖3。

為了檢驗截距時間法和t0差數時距曲線法在反演地下不同波阻抗界面時的差異，我們分別用這兩種方法反演的深度與鉆探的結果對比分析，得到的結果見表4。

表4 兩種方法對比

4 結論

（1）從兩種方法與鉆探的結果的對比可以看出，截距時間法在炮點處（第1和25道）求出的深度與鉆探結果誤差不大，因此，當界面是平界面時，此種方法簡便且能得到較精確的結果；而當界面是任意界面時，t0差數時距曲線法由于可以得到折射段多點的深度，其解釋精度明顯要高于截距時間法。

（2）t0差數時距曲線法用于反演地層時，只能得到兩炮折射波交叉部分的深度，故在資料采集時應選擇合適的觀測系統，以便取得完整的資料。

（3）相比鉆探方法，折射波法可較完整的顯示出基巖面的起伏狀態，因此在礦山治理中，可以用物探資料補充鉆探，完善勘察資料，用鉆探驗證物探，提高物探的解釋精度，最終取得滿意的勘察結果。