横波地震映像法在水闸选址工程勘察中的应用

横波地震映像法在水闸选址工程勘察中的应用

丁尚见 汤家林

广东省地球物理探矿大队 广东广州 510800

摘要：文中选用横波地震映像法完成某河段水闸选址部分工程勘察任务，即确定覆盖层厚度和区域是否存在隐伏构造。首先，本文从理论上介绍横波地震映像法及其野外工作方法，最后通过对地震映像勘察成果的详细分析，确定水闸选址场地的覆盖层厚度，且推测区域内并未存在隐伏构造。

关键字：横波地震映像 水闸选址 覆盖层 隐伏构造

安徽省马鞍山市某河段需开展防洪工程，在下游区域建设水闸，以实现整体防洪控制和水资源的综合利用开发。水闸建设初步工作为水闸选址，水闸选址需进行工程勘察。工程勘察工作本包括工程地质调查、勘探、测绘、岩土测试等工作（程小勇,2010），勘察工作包括场地的地质构造、地形、覆盖层厚度、地基类型和水文情况等，由于工程钻探工作受场地影响难以立刻进场，且水闸设计需要场地覆盖层厚度及是否存在隐伏构造等信息，因此引入物探手段进行勘察。经前期收集的地质资料可知，覆盖层主要为杂填土、粉质壤土和砂壤土，基岩为棕红色砂岩。基于前期地质资料，物探设计采用横波地震映像法进行勘探，因为其具有成果直观、数据采集简单，经济高效等特点。

一、方法原理与野外数据采集

地震映像法是一种人工震源激发，采用最佳偏移技术接收的多波勘探方法。地震映像相较于常规地震折射波法、反射波法，它并不没有明确的目的层，如同名称一样，其更像是采集地下信息的图像，地质体产生的直达波、面波、绕射波和反射波等均会出现在图像上，只要确定何为有效波，则不需复杂处理，只需设置合适偏移距距离即可达到较好的映像成果。至于选择何种有效波作为此次勘察工作重点，则根据场地而定。 此次工程勘察使用横波地震映像法，即横波反射作为有效波，其余为干扰波，采集所用检波器为西安地质仪器厂所生产的28Hz偏振型检波器。由于此次采集数据以反射横波为主，因此震源采用人工水平锤击激发，其在锤击点处挖坑以利于激发横波。如图1（左图）所示，人面向测线法向方向，锤击近乎垂直放置的铁板。

图1 现场锤击与挖坑示意图 图2 场地实验地震记录

图1右图为地面挖坑制造斜面用于激发。横波反射主要利用锤击产生的地震横波经过岩土层的弹性界面反射回地面，利用偏振检波器接受。此次物探工作1m挖一处锤击坑，逐米采集数据。地震映像即利用高密度的数据采集方式得到有效波信号，可方便、快速得到地震映像记录。

二、场地实验

物探设计工作已经确定采用横波地震映像法作为此次物探工作的勘察方法，则只需要确立最佳偏移距。最佳偏移距的选择根据场地实验来确定，场地实验工作一方面是为确定最佳偏移距和采样参数，另一方面也为印证设计工作是否合理。如果物探方法选择合适则有效波应该在实验记录中表现出波组清晰、连续等特征。

场地实验工作同普通浅层地震实验相似，首先在场地内寻找一片较为平整区域，将检波器等距布置成一条直线，在直线一端挖坑放置锤板，并激发地震横波，使用地震仪采集地震记录即可。此次实验工作采用2m道间距，24道接收，最小偏移距为0m。图2为此次场地实验的地震记录。

图2中横轴表示道号，纵向表示时间，蓝色椭圆框为干扰波，包括直达波、面波等，红色框部分为目的层的横波反射，只需根据波速测井数据计算平均波速即可得到覆盖层厚度。观察上图可知，反射波组清晰存在于所有偏移距内，说明此次物探设计工作是合理的。反射波组大致位于570ms左右，经验波速取180m/s，则基岩面埋深大致为51.3m。由于基岩面埋深较深，反射波组能量可能在部分区域较弱，小偏移距受到面波影像较大，因此选取6m偏移距作为此次勘察工作的最佳偏移距离，采样间隔0.25ms，采样长度1 s。

三、实例论证

水闸选址勘察场地主要位于河流两侧，河流大致呈北西流向，两岸均设有防洪堤坝。水闸选址前期工程勘察工作主要部分为查明覆盖层厚度及区内可能存在的隐伏构造。此次物探勘察工作设计一条测线，共完成199m横波地震映像勘探工作，测线大部位于江岸一侧，经过防洪堤坝，图3为地震映像成果图。

图3 地震映像成果图

图中横向表示测线里程，纵向表示双程时间。测线里程范围为779-978，978靠近河流，940-978为河滩，地表为软质土，900-930段横跨防洪堤坝，地表为混凝土结构，779为水闸控制范围边界处。图中0-200ms明显存在地形引起的直达波和面波，特别是河滩位置受软土影响，面波特别发育；200-300ms段观察到断断续续的反射波组，推测为覆盖层的波阻抗界面；位于200-400ms中的蓝线标识为强风化面，推测为粘土层和岩层的波阻抗界面；400ms下方的洋红色线段标识为中微风化面，推测为强风化岩和中微风化岩的波阻抗界面。里程为900-930处的防洪堤处，受表层混凝土影响记录频率变高，明显出现坝底发射和地层反射，说明横波地震映像法对水泥路面同样使用，同时也说明横波地震映像法适用性广。

经过对图3的详细分析可知，场地的中微风化层位于400~500ms之间，经过测井数据推测覆盖层横波平均速度为180m/s，读取准确的中微风化面双程时间，确定覆盖层厚度范围为44.2~48.4之间，未见隐伏构造出现。

四、结语

文中马鞍山水闸选址工程勘察的实例中，使用地震映像法得到地层的清晰反射波组信息，确定覆盖层厚度，并查明区内并未存在隐伏断裂情况，例证横波地震映像法在河流周边确定覆盖层厚度和寻找隐伏构造的适用性，同时也说明工程物探技术在工程勘察中重要作用。

参考文献：

[1]程小勇,刘兵.汕头市潮阳区练江水闸选址勘查分析[J].广东水利水电, 2010(03):51-55.

[2]王治华,仇恒永等.地震映像法及其应用[J].物探与化探,2008, 32(006):696-700.

【作者简介】丁尚见（1993.12-），男，汉族，广东省广州市人，硕士研究生学历，广东省地球物理探矿大队助理工程师，主要研究方向：工程物探。