水上淺層地震勘探在某水電站的應(yīng)用范文

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摘要：淺層地震勘探以其特有的高分辨率在水上工程地質(zhì)勘察中越來越受到重視，方法也在不斷的增多，但是由于水面和水底之間的地震多次波干擾、爆炸震源的氣泡脈沖及震源能量弱等因素使得水上地震資料的品質(zhì)降低。為此，提出能有效壓制干擾、提高地震記錄品質(zhì)的處理方法尤其重要。因此本文重點研究如何提高地震資料的品質(zhì)和地質(zhì)推斷解釋的可靠性，為工程提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水上；淺層地震勘探；水電站；應(yīng)用研究

0引言

在水利水電工程勘探中經(jīng)常采用水上地震勘探方法，應(yīng)用淺層地震勘探方法能較好地解決以下兩個問題：（1）劃分水底淤積層、強(qiáng)弱風(fēng)化層，確定新鮮基巖界面埋深及其規(guī)模。（2）確定區(qū)域穩(wěn)定性，了解水域中有無斷層及其他小地質(zhì)構(gòu)造存在或分布情況。但是水上淺層地震勘探受水流、水上交通、水底淤泥、細(xì)砂等因素的影響，水面和水底之間的地震多次波干擾、爆炸震源的氣泡脈沖及震源能量弱等因素使得水上地震資料的品質(zhì)降低，進(jìn)而影響到地質(zhì)推斷解釋的可靠性。水上淺層地震勘探在外業(yè)數(shù)據(jù)采集到內(nèi)業(yè)資料處理及解釋都有其獨特的特點，本文提出水上淺層地震折射波法勘探和數(shù)字濾波技術(shù)綜合運用，同時根據(jù)測區(qū)工程地質(zhì)條件和任務(wù)要求，充分利用折射波方法的優(yōu)點，對觀測系統(tǒng)和采集參數(shù)進(jìn)行了精心設(shè)計，對資料進(jìn)行了精細(xì)處理，取得了滿意的地質(zhì)效果。

1工區(qū)地震地質(zhì)條件概況

工程區(qū)位于老撾西部湄公河及其沿岸平原至中低丘陵地區(qū)，屬于橫斷山系的南端，南鄰鑾山山脈，出露的地層為古生界淺變質(zhì)巖系，以板巖夾變質(zhì)粉砂巖為主，局部夾有變質(zhì)灰?guī)r、千枚巖，或伴有花崗侵入巖株。變質(zhì)砂巖夾板巖縱波速度為3400～4300m/s，水層縱波速度為1500m/s，飽水細(xì)砂層的縱波速度為1570～1950m/s。可見，水層與基巖面、細(xì)砂層與基巖面有明顯的波阻抗分界面，水層與細(xì)砂層波阻抗分界面不明顯，為了劃分水層和細(xì)砂層，采取對每個檢波點測量水深的方法來精確劃分水層和細(xì)砂層。但是，由于水與基巖之間的物性差異大，而在水面和水底之間產(chǎn)生較強(qiáng)的多次反射波；水底淤泥對地震波吸收較大，導(dǎo)致深層反射能量弱，水中爆炸震源的氣泡脈沖均會降低地震資料的品質(zhì)。

2水域環(huán)境干擾因素分析

水上地震有利方面是激發(fā)條件好，能量損失小，水的波速穩(wěn)定，對下伏地層、構(gòu)造解釋有利。其不利方面是干擾多，主要有船只、水底（頂）界面多次反射、水流、爆炸震源的氣泡脈沖及其攜帶物等的干擾。因此，在外業(yè)采集時，需對這些干擾予以識別并加以壓制，以獲得較高倍噪比的外業(yè)資料。依其干擾源性質(zhì)不同，主要分為：（1）機(jī)械振動干擾。這類干擾主要產(chǎn)生于過往船只及附近某些大型動力振動。這類干擾能量很大，主頻低，一艘船僅有20～30Hz，它隨振動源的遠(yuǎn)離而迅速衰減。在施測中，提高低截濾波檔和避開大型動力振動源，能有效的將其壓制。（2）水底（頂）界面多次反射。在水深較大的水域，用漂浮電纜施測時，水底（頂）界面會產(chǎn)生嚴(yán)重的多次反射干擾（見圖一）。在折射波法勘探時，多次反射干擾影響不大。但在外業(yè)施側(cè)中，采用水底檢波辦法具有一定的壓制效果；內(nèi)業(yè)資料處理時，目前對這種干擾主要是通過數(shù)字信號處理技術(shù)來加以壓制。（3）爆炸震源的氣泡脈沖影響。在水上地震勘探中，震源在水中形成的氣泡受周圍水介質(zhì)的壓力作用而產(chǎn)生反復(fù)多次的膨脹和收縮的現(xiàn)象，這種脈沖能量比較大，是一種干擾（見圖二）。重復(fù)沖擊在地震記錄上的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響有效波的識別。使用炸藥震源時采取增大炸藥量或減少沉放深度，使一次氣泡逸散于空中等方法可消除重復(fù)沖擊。（4）水流及其攜帶雜物的影響。在水流急的江（河）中，水流及其所攜帶的砂礫等雜物均會形成背景干擾。這類干擾能量小且無規(guī)則性，對地震記錄影響較小。采用多次迭加或適當(dāng)提高濾波參數(shù)能很好的獲得壓制。

3水上淺層地震勘探在工程中的具體應(yīng)用

3.1外業(yè)資料采集

（1）測線布置及觀測系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)本次工程物探工作的任務(wù)：在上壩址區(qū)上游100米至下壩址區(qū)下游100米范圍內(nèi)繪制基巖面等值線圖。本次使用的儀器為吉林大學(xué)生產(chǎn)的MinSeis24型淺層數(shù)字地震儀，采用漂浮電纜，壓敏檢波器主頻為10Hz，道間距10m，接收道為12道，震源為爆炸。折射波法工作時采用單排列布置測線，雙船工作，由于河面比較寬，水流緩慢，將主船拋錨固定在河水中，儀器采集站安置在主船上，電纜固定于主船船尾，并將電纜順河流向自然漂直，并將電纜尾端拋錨固定，再用GPS測量排列的端點坐標(biāo)，震源為水中炸藥爆炸，每個炮點由GPS定位。

（2）參數(shù)選取。通過現(xiàn)場試驗選取合適的激發(fā)接收參數(shù)。①激發(fā)能量：經(jīng)過試驗，震源炸藥量為150g～300g。激發(fā)深度應(yīng)在水深0.5米，這樣可減少因爆炸引起的氣泡脈沖干擾。②采樣間隔（△t）：△t小到不使預(yù)期的最高有效頻率假頻化為原則，△t≤500/fmax（奎斯特理論）。③濾波參數(shù)：壓敏檢波器沉放深度0.5米，在壓制干擾的前提下，一般采用60～500Hz帶通。

（3）多次復(fù)蓋。為了能有效地壓制干擾，提高倍噪比，一般復(fù)蓋次數(shù)應(yīng)不少于3次。對固定排列方式是通過復(fù)合開關(guān)移動排列實現(xiàn)多次復(fù)蓋觀測，運動式施測可通過同一剖面上多次重復(fù)施測實現(xiàn)。

3.2內(nèi)業(yè)資料處理

與其他地震資料類似，常規(guī)處理流程有預(yù)處理、頻譜分析、速度譜分析、動（靜）校正、濾波、迭加及修飾性處理等過程。水上淺震資料由于其受各種干擾較多，因此，在資料處理中應(yīng)結(jié)合測區(qū)特點，加強(qiáng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的處理和分析。下面以全帶通方式采集的波形為例（見圖三），并對全部通道進(jìn)行頻譜分析（其中第二通道的頻譜如圖四所示），確定爆炸產(chǎn)生的氣泡脈沖頻段。測試結(jié)果表明，應(yīng)用淺震技術(shù)進(jìn)行水域工程基礎(chǔ)勘探，只要對各種干擾認(rèn)識充分，選取合適的采樣參數(shù)和施測辦法，采用有效的數(shù)據(jù)處理方法，其勘探效果是良好的。

4結(jié)束語

通過實踐應(yīng)用表明，淺層地震勘探方法在解決研究區(qū)地層、巖性劃分、古河道及砂體識別以及斷裂構(gòu)造精細(xì)解釋等問題方面效果明顯，對后期的鉆探工程布置有較好的指導(dǎo)作用。具體注意事項有以下幾個方面：（1）水上地震勘探采用的震源類型應(yīng)根據(jù)勘探方法、勘探效果和勘探效率來確定，炸藥震源是最方便、最實用的震源，但必須用GPS確定炮點位置，藥量取決于勘探深度和炮點位置。（2）水上采用淺層地震折射法勘探，可以提高勘探效率和斷層的解釋精度。實際工作時，可先用全頻段模式采集波形，然后分析有效波形所在頻段，最后設(shè)置相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行正式施測。

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作者：吳克凡；岳軍民；尚景紅 單位：中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司