地震勘探法在探测岩溶塌陷中的应用

地震勘探法在探测岩溶塌陷中的应用

徐钦贵

1.前言

岩溶塌陷在我国分布广泛，从南到北，从东到西都有发生。岩溶塌陷具有隐蔽性和突发性的特点，因此更需要采用高分辨率地震勘查技术。地面岩溶塌陷的形成，主要是因为较薄的覆盖层下伏基岩岩性（一般为灰岩），易受地下水溶蚀形成溶沟、溶槽和溶洞。基岩中断层、破碎带发育，为地下水溶蚀作用提供了水流通道。过量开采基岩裂隙岩溶水，水位下降并在覆盖层底界面和基岩顶界面上、下摆动，也是形成溶沟、溶槽和溶洞的原因。

在岩溶发育区建造大型工程，需要查明基岩浅埋区覆盖层厚度。灰岩地震波速度为3000~4500m/s，而上覆第四系松散层波速为800~2000m/s，因此具备地震技术要求的地球物理条件。此外，基岩中断层、破碎带和溶沟、溶槽、溶洞也需查明，它们也同时具备各自相应的地球物理特点。

2.地震勘探法的原理

地震勘探法是在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。地震勘探在分层的详细程度和勘查的精度上，都优于其他地球物理勘探方法。地震勘探的深度一般从数十米到数十千米。地震勘探的难题是分辨率的提高，高分辨率有助于对地下精细的构造研究，从而更详细了解地层的构造与分布。

3.探测岩溶塌陷的技术方法

理论研究和工作实践表明，要提高地震勘查的分辨率，就需提高地震波主频，同时增加信号的频带宽度。因此应做到：

（1）选用小药量沉入含水孔中激发，当使用锤击或夯击时，要用圆形垫板激发地震波。

（2）使用高频检波器接收。

（3）选用小道距，道距一般不宜超过5m。

（4）选用短排列、小偏移距接收。

（5）仪器采样间隔要小，或称高采样率接收，一般宜用lm、l/2m、1/4m等小采样间隔。

（6）提高仪器的低截频率到50Hz以上，让信号中的高频成分占有A/D转换器的高位。

（7）选用合适的覆盖次数，特别当界面起伏较严重时，更应慎重选择。

（8）不应追求高的垂直叠加次数，因为垂直叠加次数过高，会使信号中的高频成分有所削弱，频带宽度随之减小。

（9）选用准确的动校正速度。否则会影响到浅层的垂向分辨率。

（10）由于横波勘查的分辨率高于纵波，必要时，采用纵、横波联合勘查的技术思路。

4.探测岩溶塌陷的地质解释技术

（1）探测基岩中断层、破碎带

地震技术划分基岩中断层的依据，是断层断距使得上下盘之间在深度上错开，导致在相应的地震剖面上，与上下盘相应的反射同相轴在断层处也出现错断。图4-1中和F0断层并未与上覆地层完全断开。

（2）探查基岩中的溶洞

发育在基岩内部的溶洞，特别是开口型溶洞，是上覆松散层砂土颗粒流失的通道，是形成覆盖层中土洞的关键部位。溶洞是空腔，或者内部充填有流入的砂土，因此溶洞周边界是明显的波阻抗界面。但它形成的反射波不同于水平层，是曲界面的反射，其特征表现为双曲线形态的绕射波，绕射波尾部出现洞穴空腔谐振特征，或者有基岩反射波同相轴缺失。因此可根据溶洞产生的绕射波双曲线或基岩反射同相轴在某段缺失来判别单个溶洞的存在。

（3）探查覆盖层中的潜蚀带或土洞

第四系地层按沉积顺序形成层状结构，粘土层或亚粘土层与砂层或砂砾石层之间的分界面是很好的波阻抗界面，因此地震技术可对其进行分层。

另外，当第四系覆盖层受到潜蚀或管涌等地下水作用，其原始沉积状况受到扰动，土体结构和强度遭受到破坏。由于地震速度与其承载力有相关关系，波速降低反映相应土体的承载能力下降，因此在原始成层结构遭受破坏的潜蚀扰动塌陷处，相应的地震反射剖面图上反射同相轴发生缺失或倾斜的特征，这种原始成层结构出现缺失的波场异常区，称地震反射地震相扰动带。扰动区所作的标贯击数比正常区明显下降，也证明扰动区是地下水潜蚀作用所引起。

图4-1是在某大厦地基勘察所作的地震剖面。由图可见，在CDPO054~CDPO077之间，其波场特征表现为基岩反射同相轴缺失，有振动延续变长的长周期反射波形，解释为灰岩中的潜蚀区或开口型溶洞，潜蚀宽度约llm，溶蚀厚度约12m。在界面的其他位置，基岩界面连续无破碎，与钻探证实结果吻合。

5.结论及建议

（1）地震勘探法是在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。

（2）地震勘探在分层的详细程度和勘查的精度上，都优于其他地球物理勘探方法；勘探的深度一般从数十米到数十千米。

（3）任何勘探方法的应用都有其局限性，地震勘探的难题是分辨率的提高，高分辨率有助于对地下精细的构造研究，从而更详细了解地层的构造与分布；因此，在进行地震勘探时应该注意各种探测方法的合理配合。

参考文献：

[1]《勘探地震学》，[美]R.E.谢里夫，石油工业出版社，1999年

[2]《浅层地震勘探》，熊章强方根显编著，地震出版社，2002年

[3]《地震勘探原理》，陆基孟主编，石油大学出版社，1996年

[4]《抗干扰高分辨率浅层地震勘探》，王庆海徐明才编著，地震出版社，1991年

[5]《地球物理数据处理基础》，[美]克利尔波特，石油工业出版社，1983年