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浅层地震折射波法综述

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地震 折射波 综述
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浅 层 地 震 折 射 波 法 综 述赵 德 亨1 , 3, 田 钢2, 王 帮 兵1( 1 . 吉 林 大 学 地 球 探 测 科 学 与 技 术 学 院 , 吉 林 长 春 1 3 0 0 2 6 ; 2 . 浙 江 大 学 理 学 院 地 球 科 学 系 , 浙 江 杭 州 3 1 0 0 2 7 ;3 . 沙 里 院 地 质 大 学 地 质 系 , 平 壤 , 朝 鲜 )摘 要 : 浅 层 地 震 折 射 波 法 是 在 工 程 地 质 、 水 文 地 质 及 环 境 地 质 勘 查 中 广 泛 应 用 的 地 震 探 测 方 法 之一 。 在 工 程 地 质 调 查 中 , 根 据 不 同 的 场 地 地 质 条 件 和 勘 察 目 的 , 合 理 地 正 确 应 用 浅 层 折 射 波 法 可 以取 得 较 明 显 的 岩 土 工 程 勘 察 效 果 。 本 文 简 要 地 回 顾 了 浅 层 地 震 折 射 法 的 发 展 历 史 , 对 各 种 新 近 发展 的 折 射 波 解 释 方 法 进 行 了 简 单 的 介 绍 和 比 较 , 并 列 举 了 工 程 勘 察 中 的 应 用 领 域 。关 键 词 : 浅 层 地 震 ; 折 射 波 法 ; 工 程 地 质中 图 分 类 号 : !6 3 1 . 4 文 献 标 识 码 : "收 稿 日 期 : 2 0 0 5 !0 3 !1 0 ; 改 回 日 期 : 2 0 0 5 !0 4 !1 9"# $%&’%(&) $* +,-..$) +&(+/(0 ’&*’# /&1,$2+Z H A O D e - h e n 3, T I A N G a n W A N G B a n g - b i n #$%%&’& $( )&$- *+,%$-./0$1 230&13& &361$%$’7! 80%01 910:&-;0/7! #6>?@! 80%01! #601.?" 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T h i s p a p e r b r i e f l y l o o k e d b a c k t ot h e d e v e l o p i n g h i s t o r y o f s h a l l o w s e i s m i c r e f r a c t i o n m e t h o d a n d c a r r i e d o n t h e s i m p l e i n t r o d u c t i o n a n d c o m p a r i s o no f v a r i o u s u p d a t e i n t e r p r e t a t i o n m e t h o d s . I t p r e s e n t e d s o m e a p p l i e d f i e l d s i n e n g i n e e r i n g g e o l o g i c i n v e s t i g a t i o n b yt h e s e i s m i c r e f r a c t i o n m e t h o d .()* +,%-#: s h a l l o w s e i s m i c ; s e i s m i c r e f r a c t i o n m e t h o d ; e n g i n e e r i n g g e o l o g 编 号 : 1 0 0 4 ! 5 5 8 9 ( 2 0 0 5 ) 0 2 ! 0 1 8 8 ! 0 6世 界 地 质G L O B A L G E O L O G YV o l . 2 4 N o . 2J u n . 2 0 0 5第 2 4 卷 第 2 期2 0 0 5 年 6 月3 引 言近 年 来 , 各 种 地 球 物 理 方 法 例 如 地 震 、 电 磁 法 、电 法 、 磁 法 以 及 地 质 雷 达 等 技 术 均 在 近 地 表 探 测 中得 到 广 泛 应 用 。 对 地 震 方 法 而 言 , 有 折 射 波 法 、 反 射波 法 、 面 波 法 以 及 折 射 波 和 反 射 波 联 合 应 用 等 技 术 。折 射 波 法 由 于 简 便 , 效 率 高 , 初 至 波 易 于 识 别 , 资 料解 释 较 容 易 等 优 点 , 在 近 地 表 地 质 研 究 方 面 发 挥 着重 要 作 用 , 而 且 在 不 断 地 发 展 。浅 层 折 射 波 探 测 方 法 是 研 究 人 工 地 面 激 发 的 地震 波 , 在 近 地 表 介 质 中 传 播 时 发 生 折 射 , 根 据 仪 器 记录 的 折 射 波 到 达 检 波 器 的 时 间 , 可 以 获 得 地 下 介 质的 空 间 分 布 特 征 的 一 种 地 球 物 理 探 测 方 法 。 折 射 波法 用 于 浅 层 主 要 是 解 决 工 程 、 环 境 和 水 文 地 质 等 问题 , 常 用 来 探 测 近 地 表 层 厚 度 、 寻 找 隐 伏 断 层 、 确 定基 岩 起 伏 、 测 量 潜 水 面 深 度 、 判 别 裂 隙 发 育 以 及 评 价岩 体 质 量 和 分 类 等 工 程 地 质 问 题 , 其 探 测 效 果 往 往优 于 反 射 法 。 另 外 , 折 射 波 法 还 可 以 用 于 解 决 地 震 勘探 静 校 正 的 一 些 参 数 问 题 。本 文 就 工 程 勘 察 中 浅 层 折 射 波 法 的 历 史 发 展 、赵 德 亨 田 钢 等 : 浅 层 地 震 折 射 波 法 综 述解 释 方 法 以 及 工 程 地 质 应 用 领 域 等 几 个 方 面 作 简 单讨 论 。! 浅 层 折 射 波 法 的 发 展 历 程浅 层 折 射 波 法 作 为 工 程 物 探 的 手 段 , 是 应 用 最早 , 也 是 较 成 熟 的 方 法 。 追 溯 到 2 0 世 纪 3 0 年 代 , 就开 始 将 石 油 地 震 勘 探 中 的 折 射 波 法 用 于 民 用 工 程 勘探 。 最 初 在 近 地 表 地 震 探 测 中 , 震 源 、 地 震 仪 器 和 检波 器 都 是 用 石 油 勘 探 中 采 用 的 方 法 和 设 备 , 激 发 地震 波 通 常 使 用 炸 药 震 源 。 在 1 9 4 0 年 以 前 就 提 出 了目 前 这 种 标 准 的 纵 测 线 接 收 系 统 和 截 距 时 间 法 , 以及 传 统 互 换 法 和 延 迟 时 间 法 。 4 0 年 代 中 期 , 随 着 工程 建 设 项 目 的 大 量 兴 起 , 浅 层 地 震 勘 探 就 开 始 在 土木 工 程 、 交 通 工 程 以 及 其 他 工 程 地 质 中 得 到 应 用 与发 展 , 折 射 波 方 法 已 成 为 工 程 地 质 勘 探 中 的 一 种 常规 方 法 。 5 0 年 代 , 在 工 程 勘 察 中 , 浅 层 地 震 勘 探 以 折射 波 法 为 主 , 曾 研 究 开 发 了 多 种 数 据 采 集 技 术 和 推断 解 释 方 法 , 研 制 了 单 道 和 多 道 工 程 地 震 仪 , 而 且 这些 技 术 方 法 迄 今 仍 在 广 泛 应 用[ 1 !3 ]。浅 层 地 震 勘 探 技 术 的 发 展 与 地 震 仪 器 的 不 断 完善 和 发 展 紧 密 相 关 。 3 0 — 5 0 年 代 中 期 , 使 用 的 是 计数 型 单 道 或 多 道 浅 层 地 震 仪 。 这 类 仪 器 是 测 量 锤 击点 到 检 波 器 ( 或 两 个 检 波 器 ) 之 间 的 地 震 波 传 播 时间 , 用 数 字 的 计 时 单 位 值 给 出 观 测 值 , 从 而 得 知 波 速的 。 震 源 一 般 用 人 工 锤 击 , 必 要 时 使 用 小 量 炸 药 作激 发 震 源 。 计 数 型 浅 层 地 震 仪 只 能 用 于 初 至 波 测 量 ,在 求 速 度 断 面 或 观 测 点 多 时 , 生 产 效 率 很 低 , 故 不 能得 到 较 高 的 测 量 精 度 。5 0 年 代 中 期 到 7 0 年 代 初 , 随 着 电 子 技 术 和 感 光材 料 的 不 断 进 步 , 研 究 开 发 了 各 种 波 形 表 示 型 多 道浅 层 地 震 仪 。 它 们 是 以 光 点 聚 焦 ( 或 照 相 、 传 真 ) 方式 将 地 震 波 记 录 在 电 敏 纸 ( 或 感 光 纸 、 照 相 纸 、 热 敏纸 ) 上 的 。 这 类 仪 器 除 了 其 波 形 显 示 方 式 具 有 直 观 显示 、 能 进 行 续 至 波 记 录 以 外 , 波 形 显 示 本 身 能 提 供 一些 地 震 波 的 动 力 学 特 征 ( 如 振 幅 、 频 率 等 ) 。 波 形 表示 型 仪 器 动 态 范 围 很 小 、 频 带 窄 、 信 噪 比 低 、 无 法 重复 处 理 和 加 工 记 录 ; 其 解 释 方 法 是 在 示 波 图 上 读 取波 的 初 至 时 间 , 手 工 作 图 进 行 资 料 解 释 , 效 率 较 低 ,其 精 度 取 决 于 资 料 质 量 和 解 释 人 员 的 水 平 。8 0 年 代 随 着 信 号 增 强 型 数 字 记 录 工 程 地 震 仪的 问 世 和 计 算 机 技 术 的 普 及 , 进 一 步 促 进 了 浅 层 折射 波 法 的 发 展 。 通 过 信 号 增 强 , 提 高 了 抗 干 扰 能 力 ,改 进 了 观 测 精 度 和 分 辨 率 , 仪 器 轻 便 、 工 作 效 率 高 、成 本 低 , 扩 大 了 浅 层 折 射 波 的 应 用 范 围 。 采 集 数 据记 录 在 磁 带 上 , 通 过 计 算 机 进 行 处 理 , 使 那 些 手 工 解释 难 度 很 大 的 折 射 波 方 法 很 容 易 实 现 计 算 机 自 动 成像[ 4 !6 ]。近 些 年 来 , 内 置 控 制 级 微 机 、 超 大 规 模 集 成 电 路设 计 , 具 有 采 集 与 处 理 一 体 化 功 能 的 高 精 度 综 合 工 程地 震 仪 , 不 断 更 新 换 代 , 其 性 能 越 来 越 强 , 精 度 越 来 越高 , 为 浅 层 地 震 勘 探 应 用 技 术 的 发 展 奠 定 了 基 础 。中 国 国 内 从 1 9 5 7 年 开 始 将 浅 层 地 震 勘 探 试 用于 资 源 勘 探 、 工 程 地 质 调 查 等 领 域 , 当 时 浅 层 折 射 波法 主 要 用 于 测 定 岩 土 介 质 的 弹 性 。 浅 层 地 震 勘 探 用于 工 程 地 质 勘 探 , 从 7 0 年 代 中 期 才 逐 步 开 始 , 8 0 年代 开 始 大 规 模 系 统 地 发 展 起 来 。 目 前 中 国 已 有 许 多工 程 地 震 勘 探 生 产 单 位 和 研 究 单 位 在 从 事 工 程 勘 探工 作 , 并 能 生 产 出 一 些 采 用 多 功 能 微 机 控 制 系 统 和采 集 与 处 理 系 统 的 高 精 度 工 程 地 震 仪 器 和 设 备 。 尽管 中 国 的 浅 层 地 震 勘 探 工 作 起 步 较 慢 , 但 其 发 展 速度 很 快 , 无 论 在 工 程 地 质 勘 探 还 是 在 水 文 与 环 境 地质 勘 察 方 面 , 都 发 挥 着 很 大 的 作 用 。" 折 射 波 解 释 方 法折 射 波 法 是 地 震 探 测 方 法 之 一 。 人 工 激 发 的 地震 波 在 地 下 传 播 的 过 程 中 遇 到 速 度 分 界 面 ( 假 设 界面 下 层 的 速 度 要 高 于 界 面 上 层 的 速 度 , 即 上) 时 , 当 波 的 入 射 角 等 于 临 界 角 的 情 况 下 , 其 传播 方 向 发 生 改 变 且 沿 界 面 滑 行 , 从 而 在 界 面 上 覆 介质 中 产 生 折 射 波 。 在 地 面 上 观 测 折 射 波 , 即 能 获 得有 关 的 地 质 信 息 。就 初 至 折 射 波 的 解 释 方 法 而 言 , 先 后 有 多 种 方法 。 首 先 , T h o r n b u r g h[ 7 ]根 据 地 震 波 传 播 的 惠 更 斯 原理 , 提 出 了 一 种 图 解 法 — 波 前 法 。 该 方 法 的 基 本 原理 是 求 出 一 对 炮 点 相 向 发 出 的 地 震 波 波 前 在 折 射 界面 上 下 相 邻 位 置 的 交 点 , 并 且 两 个 波 前 的 旅 行 时 间之 和 要 等 于 互 换 时 间 。 它 直 接 利 用 斯 奈 尔 定 理 , 不引 进 任 何 近 似 概 念 。 但 当 存 在 隐 藏 层 和 几 个 速 度 对比 度 较 大 的 地 层 或 变 速 层 时 , 由 于 这 些 地 层 中 不 能使 用 圆 弧 型 波 前 , 波 前 法 不 能 达 到 理 论 上 精 度 。 因此 , 如 果 可 以 用 其 他 方 便 的 解 释 方 法 解 决 问 题 , 就 不必 用 波 前 法 来 解 决 。 采 用 作 图 的 方 法 进 行 波 前 重 建是 以 加 减 法 和 哈 莱 斯 法 的 基 础 。H a g e d o o r n[ 8 ]根 据 几 何 地 震 学 原 理 , 给 出 了 一 种1 8 9第 2 期世 界 地 质用 相 遇 观 测 系 统 折 射 地 震 资 料 求 取 水 平 均 匀 层 折 射界 面 的 几 何 作 图 法 — 加 减 法 , 并 应 用 加 减 法 成 功 地解 决 了 浅 层 折 射 波 解 释 和 地 震 反 射 折 射 勘 探 中 的 风化 层 校 正 问 题 。 该 方 法 在 每 一 个 接 收 点 根 据 已 定 义的 加 减 公 式 来 计 算 旅 行 时 间 的 “ 加 ” 值 和 “ 减 ” 值 ,利 用 已 图 示 的 “ 加 ” 直 线 来 绘 制 折 射 层 的 形 状 , 从“ 减 ” 直 线 确 定 折 射 层 速 度 。 加 减 法 使 用 的 重 建 方法 与 波 前 法 相 似 , 但 和 波 前 法 相 比 具 有 速 度 快 、 使 用成 本 低 等 优 点 。 此 法 不 能 应 用 于 横 向 速 度 变 化 介 质结 构 。H a l e s( 哈 莱 斯 ) 图 解 法 需 要 相 遇 剖 面 , 它 以 一对 正 反 折 射 时 间 曲 线 , 用 作 图 方 法 求 出 临 界 反 射 时间 来 解 释 折 射 层 构 造 。 该 方 法 针 对 于 地 表 比 较 平 坦 ,而 基 岩 面 起 伏 比 较 大 、 基 岩 内 有 速 度 变 化 的 情 况 , 如某 些 滨 海 地 区 和 岩 溶 发 育 地 区 , 能 获 得 较 好 的 效 果和 较 高 的 解 释 精 度 。 但 是 这 种 方 法 必 需 预 知 上 覆 地层 速 度 资 料 , 而 且 存 在 隐 蔽 层 、 变 速 层 、 作 图 比 较 复杂 等 问 题[ 9 ]。延 迟 时 间 法 ( 或 时 间 项 法 ) 的 基 础 是 延 迟 时 间的 概 念[ 1 0 ]。 延 迟 时 间 是 指 观 察 到 的 临 界 折 射 时 间( 校 正 到 一 个 基 准 面 的 时 间 ) 与 假 设 该 折 射 界 面 移至 地 表 或 基 准 面 时 所 应 有 的 折 射 时 间 之 差 。 常 用 延迟 时 间 法 先 将 全 部 波 至 时 间 校 正 到 某 个 基 准 面 , 定一 个 折 射 波 速 度 , 然 后 经 过 一 系 列 计 算 确 定 炮 点 和检 波 点 的 延 迟 时 间 , 将 延 迟 时 间 的 坐 标 转 换 为 深 度 。延 迟 时 间 法 具 有 方 法 简 单 、 实 用 、 在 解 释 过 程 中 作 修改 和 校 正 十 分 方 便 的 优 点 , 但 是 存 在 缺 乏 有 效 的 速度 解 析 方 法 、 受 到 倾 角 影 响 严 重 等 缺 点 。 因 此 该 方法 比 较 适 用 于 倾 角 影 响 可 以 忽 略 的 深 部 折 射 地 震 解释 。 开 展 这 方 面 研 究 的 有 B a t h e l e m e s[ 1 1 ]、 T a r r a n t[ 1 2 ]、B a r r y[ 1 3 ]等 。截 距 时 间 法 是 折 射 波 解 释 技 术 中 人 所 共 知 的 一种 方 法 。 该 方 法 比 较 简 单 , 可 适 用 于 任 意 层 数 。 它 利用 旅 行 时 间 曲 线 上 测 量 到 的 地 震 波 视 速 度 和 截 距 时间 , 运 用 斯 奈 尔 定 理 确 定 多 层 倾 斜 模 型 。 但 这 种 方法 在 地 层 倾 角 特 别 大 或 倾 角 与 走 向 发 生 变 化 时 , 在旅 行 时 间 曲 线 上 识 别 出 每 一 层 的 困 难 较 大 , 因 此 仅适 用 于 地 层 呈 平 面 和 其 倾 角 ! 1 0 !的 浅 层 折 射 地 震解 释 。 进 行 这 方 面 研 究 的 有 A d a c h i[ 1 4 ]、 M o t a[ 1 5 ]、J o h n s o n[ 1 6 ]等 。互 换 法[ 1 7 ]是 一 种 最 简 单 的 方 法 , 能 确 定 简 单 的折 射 层 结 构 和 速 度 变 化 。 它 实 际 上 是 把 截 距 时 间 法的 计 算 由 炮 点 扩 展 到 每 一 个 检 波 器 位 置 。 当 深 度 变化 平 缓 , 速 度 反 差 大 时 , 该 方 法 计 算 的 深 度 比 较 准确 。 但 当 有 一 些 较 大 的 构 造 时 , 会 产 生 虚 假 速 度 并 对界 面 造 成 圆 滑 作 用 。 该 方 法 与 截 距 时 间 法 组 合 , 能确 定 埋 深 ! 2 5 m 的 浅 目 标 层 。P a l m e r ( 1 9 8 0 , 1 9 8 1 ) 提 出 的 广 义 互 换 法( G R M ) , 可 以 利 用 相 遇 剖 面 处 理 非 常 不 规 则 的 折射 层[ 1 8 , 1 9 ]。 广 义 互 换 法 需 要 选 若 干 个 点 ( X , Y ) , 经过 一 系 列 计 算 得 到 它 们 之 间 的 最 佳 距 离 X Y o p t , 用此 值 根 据 时 深 函 数 和 深 度 转 换 因 子 计 算 出 折 射 层 速度 和 深 度 。 当 距 离 X Y 取 最 佳 值 时 , 到 每 一 接 收 点 的射 线 上 行 段 几 乎 是 由 折 射 面 上 的 同 一 点 出 射 的 。 这就 使 得 折 射 速 度 分 析 最 简 单 , 时 — 深 剖 面 最 细 致 。与 此 相 反 , 普 通 的 互 换 法 — 它 相 当 于 广 义 互 换 法 的X Y 等 于 零 的 情 形 — 则 特 别 容 易 产 生 许 多 虚 假 的 折射 速 度 变 化 , 还 会 大 量 地 平 滑 掉 不 规 则 的 折 射 面 。该 方 法 由 于 使 用 了 正 反 向 时 距 曲 线 , 时 深 转 换 因 子对 ! 2 0 !的 倾 角 不 太 敏 感 , 因 此 可 以 处 理 倾 角 较 大 的折 射 层 构 造 。 而 且 在 不 规 则 折 射 界 面 和 折 射 波 横 向速 度 发 生 变 化 或 存 在 隐 蔽 带 时 , 也 可 以 详 细 地 绘 制出 折 射 面 的 起 伏 。 在 文 献 [ 2 0 ] 中 , 说 明 了 如 何 利 用广 义 互 换 方 法 研 究 在 一 块 狭 窄 地 区 速 度 和 深 度 横 向变 化 的 浅 层 特 征 , 这 种 狭 窄 地 带 可 能 是 断 裂 、 低 速 剪切 带 或 灰 岩 坑 。 文 献[ 2 1 ]为 了 评 价 折 射 波 广 义 互 换 法在 工 程 调 查 中 的 应 用 有 效 性 , 将 G R M 尝 试 性 地 应用 到 解 决 浅 层 工 程 调 查 中 , 并 通 过 和 其 他 方 法( A B C 法 、 哈 莱 斯 法 等 ) 比 较 , 指 出 在 实 际 应 用 中 可能 会 遇 到 的 一 些 问 题 。 进 行 广 义 互 换 法 的 研 究 和 应用 方 面 的 还 有 H a t h e r l y 和 N e v i l e[ 2 2 ]、 K e v i n 等[ 2 3 ]、L a n k s t o n[ 2 4 ]、 T a k[ 2 5 , 2 6 ]等 。上 述 这 些 图 解 法 和 解 析 法 基 本 上 是 利 用 同 一 检波 点 接 收 来 自 两 侧 激 发 点 的 正 向 和 反 向 射 线 , 或 者利 用 两 个 检 波 点 接 收 来 自 两 侧 激 发 源 且 经 折 射 面 上同 一 点 的 折 射 射 线 的 几 何 关 系 及 其 旅 行 时 和 互 换 时来 求 解 的 方 法 。 这 类 方 法 计 算 出 来 的 速 度 结 构 比 较粗 略 , 但 方 法 简 单 、 使 用 方 便 、 效 率 高 , 所 以 在 生 产 中得 到 广 泛 应 用 。 适 于 研 究 更 复 杂 模 型 包 括 连 续 变 速介 质 的 方 法 以 及 提 高 方 法 的 解 释 精 度 , 是 这 类 方 法的 发 展 方 向 。数 值 方 法 相 对 解 析 法 出 现 得 较 晚 。 这 类 方 法 是包 括 折 射 层 析 技 术 在 内 的 一 些 线 性 和 非 线 性 最 优 化反 演 方 法[ 2 7 !2 9 ]。 它 们 是 先 给 定 初 始 近 地 表 模 型 , 用1 9 0 第 2 4 卷赵 德 亨 田 钢 等 : 浅 层 地 震 折 射 波 法 综 述射 线 追 踪 方 法 来 计 算 该 模 型 的 折 射 旅 行 时 间 , 并 和实 际 折 射 波 数 据 比 较 , 采 用 最 小 二 乘 优 化 原 理 确 定近 地 表 层 的 速 度 和 厚 度 。 由 于 采 用 的 模 型 、 射 线 追踪 和 优 化 算 法 的 不 同 , 数 值 方 法 多 种 多 样 。 这 类 方法 精 度 比 常 规 方 法 高 , 适 于 相 对 复 杂 的 近 地 表 介 质结 构 。 但 方 法 复 杂 , 一 般 假 设 近 地 表 层 呈 层 状 , 速 度只 在 水 平 方 向 上 变 化 , 因 此 在 实 际 介 质 是 非 层 状 结构 或 折 射 波 难 以 识 别 的 情 况 下 , 用 这 类 方 法 就 得 不到 满 意 的 结 果 。 考 虑 实 际 介 质 速 度 的 纵 向 和 横 向 变化 , 同 时 利 用 直 达 波 、 折 射 波 、 回 折 波 等 各 种 类 型 初至 波 的 信 息 , 使 确 定 的 浅 层 介 质 结 构 较 精 细 , 是 目 前用 初 至 波 解 决 浅 层 和 静 校 正 问 题 的 研 究 热 点 和 发 展方 向 。近 些 年 来 , 随 着 各 种 地 震 勘 探 仪 器 设 备 和 数 据处 理 技 术 的 发 展 , 高 分 辨 率 浅 层 地 震 勘 探 、 瑞 雷 面 波勘 探 方 法 、 地 震 波 层 析 技 术 ( C T ) 等 很 多 新 方 法 、 新技 术 不 断 地 被 引 入 工 程 与 水 文 地 震 勘 探 领 域 , 并 取得 了 满 意 的 效 果 , 但 是 迄 今 尚 未 被 广 泛 应 用 。 因 此 ,浅 层 初 至 折 射 波 法 至 今 仍 是 工 程 地 震 勘 探 中 重 要 方法 之 一 。! 应 用 领 域浅 层 折 射 地 震 探 测 应 用 领 域 十 分 广 泛 。 根 据 其特 点 及 应 用 条 件 , 归 纳 起 来 , 用 浅 层 地 震 折 射 波 法 所能 解 决 的 工 程 、 水 文 地 质 问 题 主 要 有 :( 1 ) 确 定 基 岩 上 覆 盖 层 ( 或 低 速 层 ) 厚 度 和 速度 , 探 测 基 岩 起 伏 情 况 ;( 2 ) 测 定 基 岩 风 化 层 厚 度 ;( 3 ) 勘 察 地 下 构 造 情 况 , 如 断 层 破 碎 带 、 裂 隙 带位 置 和 分 布 等 ;( 4 ) 测 定 岩 土 速 度 , 探 测 岩 性 分 界 面 ;( 5 ) 探 测 滑 动 面 位 置 ;( 6 ) 探 测 含 水 层 埋 深 、 厚 度 及 其 分 布 ;( 7 ) 测 量 潜 水 水 面 位 置 。浅 层 初 至 折 射 地 震 探 测 在 工 程 地 质 调 查 方 面 ,不 仅 适 用 于 大 型 高 层 建 筑 以 及 桥 梁 、 水 坝 、 码 头 等 的基 底 勘 察[ 3 0 !3 3 ], 而 且 也 适 用 于 高 速 公 路 、 铁 路 等 路 基勘 察 和 各 种 隧 道 勘 察[ 3 4 !3 7 ], 同 时 对 水 文 地 质 调 查 和其 他 方 面 ( 城 市 断 层 探 测 、 古 墓 探 测 、 废 料 埋 置 场 地探 测 等 )[ 3 8 !4 3 ]也 十 分 有 效 。" 评 述常 规 的 解 释 方 法 ( 如 哈 莱 斯 法 , 截 距 时 间 法 等图 解 法 和 解 析 法 ) 计 算 出 来 的 速 度 结 构 比 较 粗 略 ,但 方 法 简 便 、 效 率 高 , 所 以 在 生 产 中 得 到 广 泛 应 用 。但 这 类 方 法 往 往 只 能 解 决 地 形 起 伏 平 缓 , 界 面 倾 角较 小 , 地 层 横 向 速 度 近 似 不 变 的 比 较 简 单 的 地 质 情况 。 研 究 适 于 更 复 杂 模 型 包 括 连 续 变 速 介 质 的 方 法以 及 提 高 方 法 的 解 释 精 度 , 是 这 类 方 法 的 发 展 方 向 。折 射 波 数 值 方 法 精 度 虽 然 比 常 规 方 法 高 , 适 于 相对 复 杂 的 地 质 情 况 , 但 方 法 复 杂 , 一 般 假 设 近 地 表 层呈 层 状 , 速 度 只 在 水 平 方 向 上 变 化 , 因 此 在 非 层 状 结构 或 折 射 波 难 以 识 别 的 情 况 下 , 用 这 类 方 法 就 得 不 到满 意 的 结 果 , 而 且 在 实 际 生 产 中 尚 未 得 到 广 泛 应 用 。考 虑 实 际 介 质 速 度 的 纵 向 和 横 向 变 化 , 同 时 利用 直 达 波 、 折 射 波 、 回 折 波 等 各 种 类 型 初 至 波 的 信息 , 使 综 合 分 析 的 浅 层 介 质 结 构 更 精 细 , 是 目 前 用 初至 波 解 决 浅 层 地 质 问 题 的 研 究 热 点 和 发 展 方 向 。无 论 是 解 析 法 还 是 数 值 法 , 均 有 各 自 的 优 点 和局 限 性 , 具 有 各 自 的 应 用 条 件 。 各 种 方 法 对 解 决 实际 问 题 都 有 一 定 的 效 果 , 但 广 义 互 换 法 是 常 规 初 至折 射 波 解 释 方 法 中 应 用 比 较 广 泛 、 效 果 最 佳 的 方 法 。广 义 互 换 法 的 优 点 归 纳 起 来 主 要 有 : 以 确 定 浅 层 或 地 表 各 种 不 规 则 性通 过 对 比 从 资 料 处 理 中 判 测 出 的 最 佳 X Y 值( 即 从 速 度 解 析 曲 线 和 时 间 深 度 曲 线 ) 和 时 深 函 数中 得 到 的 最 佳 X Y 值 来 确 定 折 射 层 中 的 不 规 则 性 。这 种 确 定 最 佳 X Y 值 的 方 法 , 无 需 事 先 知 道 折 射 层或 上 覆 层 的 速 度 资 料 , 这 点 在 具 有 隐 蔽 层 , 变 速 层 或横 向 速 度 变 化 的 情 况 下 很 有 意 义 。 以 处 理 界 面 倾 角 较 大 ( 0 !) 的 折 射 层 构 造所 有 利 用 正 反 向 时 间 资 料 的 算 式 得 出 来 的 计 算折 射 速 度 公 式 , 深 度 转 换 因 子 公 式 和 最 佳 X Y 值 , 都跟 倾 角 无 关 或 对 倾 角 不 太 敏 感 , 因 此 很 适 用 于 界 面倾 角 较 大 的 折 射 层 构 造 解 释 。 理 资 料 的 计 算 相 当 简 便 、 非 常 容 易 利 用 程序 和 在 计 算 机 上 实 现当 然 将 折 射 波 法 实 际 应 用 时 , 应 深 入 了 解 场 地的 具 体 地 质 条 件 , 并 根 据 各 种 方 法 的 应 用 前 提 和 勘察 目 的 , 选 用 合 理 的 解 释 方 法 , 同 时 尽 可 能 采 用 其 他物 探 方 法 进 行 联 合 解 释 。 实 际 应 用 表 明 , 各 种 物 探资 料 的 综 合 分 析 、 相 互 印 证 , 才 能 有 利 于 提 高 解 释 精度 和 可 靠 性 。目 前 , 在 国 内 工 程 与 环 境 地 球 物 理 勘 探 领 域 有1 9 1第 2 期世 界 地 质1 9 2关 广 义 互 换 法 的 研 究 和 应 用 不 多 , 希 望 包 括 广 义 互换 法 在 内 的 浅 层 地 震 折 射 波 解 释 方 法 和 技 术 均 能 在今 后 的 工 程 地 质 、 水 文 地 质 等 领 域 发 挥 应 有 的 作 用 ,并 在 实 际 应 用 过 程 中 进 一 步 完 善 。参 考 文 献 :[ 1 ] 王 振 东 . 浅 层 地 震 勘 探 应 用 技 术 [ M ] . 北 京 : 地 质 出 版社 , 1 9 8 8 : 3 2 - 1 1 7 N G Z h e n - d o n g . A p p l i e d t e c h n i q u e s o f s h a l l o w s e i s -m i c e x p l o r a t i o n [ M ] . B e i j i n g : G e o l o g i c a l P u b l i s h i n g H o u s e ,1 9 8 8 : 3 2 - 1 1 7 .[ 2 ] 帕 尔 默 D . 折 射 地 震 学 ( 构 造 和 速 度 的 横 向 分 辨 率 )[ M ] . 袁 明 德 , 王 建 谋 , 译 . 北 京 : 地 质 出 版 社 , 1 9 8 9 : 1 4 .P a l m e r D . R e f r a c t i o n s e i s m i c s ( t h e l a t e r a l r e s o l u t i o n o fs t r u c t u r e a n d s e i s m i c v e l o c i t y ) [ M ] . Y U A N M i n g - d e ,W A N G J i a n - m o u t r a n s l a t e d . B e i j i n g : G e o l o g i c a l P u b l i s h -i n g H o u s e , 1 9 8 9 : 1 4 - 8 9 .[ 3 ] 谢 里 夫 R E , 吉 尔 达 特 L P . 勘 探 地 震 学 ( 第 二 版 ) [ M ] , 李 承 楚 , 王 宏 伟 , 等 译 . 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 ,1 9 9 9 : 5 2 3 - 5 5 6 .S h e r i f R E , G e l d a r t L P . E x p l o r a t i o n s e i s m o l o g y ( V e r s i o [ M ] . C H U Y i n g , L I C h e n g - c h u , W A N G H o n g - w e i , !"#$ t r a n s l a t e d . B e i j i n g : P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s , 1 9 9 9 : 5 2 3- 5 5 6 .[ 4 ] 北 京 铀 矿 地 质 研 究 所 浅 层 地 震 组 . 浅 层 地 震 探 测 方 法 与技 术 [ M ] . 北 京 : 原 子 能 出 版 社 , 1 9 8 2 : 4 1 - 8 4 .S h a l l o w S e i s m i c S e t , I n s t i t u t e o f B e i j i
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本文标题:浅层地震折射波法综述
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