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水上浅层地震勘探在某水电站的应用

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摘要:浅层地震勘探以其特有的高分辨率在水上工程地质勘察中越来越受到重视,方法也在不断的增多,但是由于水面和水底之间的地震多次波干扰、爆炸震源的气泡脉冲及震源能量弱等因素使得水上地震资料的品质降低。为此,提出能有效压制干扰、提高地震记录品质的处理方法尤其重要。因此本文重点研究如何提高地震资料的品质和地质推断解释的可靠性,为工程提供可靠的地质依据。

关键词:水上;浅层地震勘探;水电站;应用研究

0引言

在水利水电工程勘探中经常采用水上地震勘探方法,应用浅层地震勘探方法能较好地解决以下两个问题:(1)划分水底淤积层、强弱风化层,确定新鲜基岩界面埋深及其规模。(2)确定区域稳定性,了解水域中有无断层及其他小地质构造存在或分布情况。但是水上浅层地震勘探受水流、水上交通、水底淤泥、细砂等因素的影响,水面和水底之间的地震多次波干扰、爆炸震源的气泡脉冲及震源能量弱等因素使得水上地震资料的品质降低,进而影响到地质推断解释的可靠性。水上浅层地震勘探在外业数据采集到内业资料处理及解释都有其独特的特点,本文提出水上浅层地震折射波法勘探和数字滤波技术综合运用,同时根据测区工程地质条件和任务要求,充分利用折射波方法的优点,对观测系统和采集参数进行了精心设计,对资料进行了精细处理,取得了满意的地质效果。

1工区地震地质条件概况

工程区位于老挝西部湄公河及其沿岸平原至中低丘陵地区,属于横断山系的南端,南邻銮山山脉,出露的地层为古生界浅变质岩系,以板岩夹变质粉砂岩为主,局部夹有变质灰岩、千枚岩,或伴有花岗侵入岩株。变质砂岩夹板岩纵波速度为3400~4300m/s,水层纵波速度为1500m/s,饱水细砂层的纵波速度为1570~1950m/s。可见,水层与基岩面、细砂层与基岩面有明显的波阻抗分界面,水层与细砂层波阻抗分界面不明显,为了划分水层和细砂层,采取对每个检波点测量水深的方法来精确划分水层和细砂层。但是,由于水与基岩之间的物性差异大,而在水面和水底之间产生较强的多次反射波;水底淤泥对地震波吸收较大,导致深层反射能量弱,水中爆炸震源的气泡脉冲均会降低地震资料的品质。

2水域环境干扰因素分析

水上地震有利方面是激发条件好,能量损失小,水的波速稳定,对下伏地层、构造解释有利。其不利方面是干扰多,主要有船只、水底(顶)界面多次反射、水流、爆炸震源的气泡脉冲及其携带物等的干扰。因此,在外业采集时,需对这些干扰予以识别并加以压制,以获得较高倍噪比的外业资料。依其干扰源性质不同,主要分为:(1)机械振动干扰。这类干扰主要产生于过往船只及附近某些大型动力振动。这类干扰能量很大,主频低,一艘船仅有20~30Hz,它随振动源的远离而迅速衰减。在施测中,提高低截滤波档和避开大型动力振动源,能有效的将其压制。(2)水底(顶)界面多次反射。在水深较大的水域,用漂浮电缆施测时,水底(顶)界面会产生严重的多次反射干扰(见图一)。在折射波法勘探时,多次反射干扰影响不大。但在外业施侧中,采用水底检波办法具有一定的压制效果;内业资料处理时,目前对这种干扰主要是通过数字信号处理技术来加以压制。(3)爆炸震源的气泡脉冲影响。在水上地震勘探中,震源在水中形成的气泡受周围水介质的压力作用而产生反复多次的膨胀和收缩的现象,这种脉冲能量比较大,是一种干扰(见图二)。重复冲击在地震记录上的出现,严重影响有效波的识别。使用炸药震源时采取增大炸药量或减少沉放深度,使一次气泡逸散于空中等方法可消除重复冲击。(4)水流及其携带杂物的影响。在水流急的江(河)中,水流及其所携带的砂砾等杂物均会形成背景干扰。这类干扰能量小且无规则性,对地震记录影响较小。采用多次迭加或适当提高滤波参数能很好的获得压制。

3水上浅层地震勘探在工程中的具体应用

3.1外业资料采集

(1)测线布置及观测系统设计。根据本次工程物探工作的任务:在上坝址区上游100米至下坝址区下游100米范围内绘制基岩面等值线图。本次使用的仪器为吉林大学生产的MinSeis24型浅层数字地震仪,采用漂浮电缆,压敏检波器主频为10Hz,道间距10m,接收道为12道,震源为爆炸。折射波法工作时采用单排列布置测线,双船工作,由于河面比较宽,水流缓慢,将主船抛锚固定在河水中,仪器采集站安置在主船上,电缆固定于主船船尾,并将电缆顺河流向自然漂直,并将电缆尾端抛锚固定,再用GPS测量排列的端点坐标,震源为水中炸药爆炸,每个炮点由GPS定位。

(2)参数选取。通过现场试验选取合适的激发接收参数。①激发能量:经过试验,震源炸药量为150g~300g。激发深度应在水深0.5米,这样可减少因爆炸引起的气泡脉冲干扰。②采样间隔(△t):△t小到不使预期的最高有效频率假频化为原则,△t≤500/fmax(奎斯特理论)。③滤波参数:压敏检波器沉放深度0.5米,在压制干扰的前提下,一般采用60~500Hz带通。

(3)多次复盖。为了能有效地压制干扰,提高倍噪比,一般复盖次数应不少于3次。对固定排列方式是通过复合开关移动排列实现多次复盖观测,运动式施测可通过同一剖面上多次重复施测实现。

3.2内业资料处理

与其他地震资料类似,常规处理流程有预处理、频谱分析、速度谱分析、动(静)校正、滤波、迭加及修饰性处理等过程。水上浅震资料由于其受各种干扰较多,因此,在资料处理中应结合测区特点,加强关键环节的处理和分析。下面以全带通方式采集的波形为例(见图三),并对全部通道进行频谱分析(其中第二通道的频谱如图四所示),确定爆炸产生的气泡脉冲频段。测试结果表明,应用浅震技术进行水域工程基础勘探,只要对各种干扰认识充分,选取合适的采样参数和施测办法,采用有效的数据处理方法,其勘探效果是良好的。

4结束语

通过实践应用表明,浅层地震勘探方法在解决研究区地层、岩性划分、古河道及砂体识别以及断裂构造精细解释等问题方面效果明显,对后期的钻探工程布置有较好的指导作用。具体注意事项有以下几个方面:(1)水上地震勘探采用的震源类型应根据勘探方法、勘探效果和勘探效率来确定,炸药震源是最方便、最实用的震源,但必须用GPS确定炮点位置,药量取决于勘探深度和炮点位置。(2)水上采用浅层地震折射法勘探,可以提高勘探效率和断层的解释精度。实际工作时,可先用全频段模式采集波形,然后分析有效波形所在频段,最后设置相应参数进行正式施测。

参考文献

[1]金维民,等.浅层地震勘探在滑坡勘查中应用[J].中国煤田地质,2004,(05):91-93.

[2]徐国仓,等.浅层地震勘探在砂岩型铀矿勘查中的应用研究[J].铀矿地质,2013,29(01):37-46.

[3]马海等.山东桃村水库回填区浅层地震勘探应用效果[J].工程地球物理学报,2011,8(06):648-654.

作者:吴克凡;岳军民;尚景红 单位:中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司

水上浅层地震勘探在某水电站的应用责任编辑:张雨    阅读:人次