李志剛

工程地質(zhì)

地震映像技術(shù)在采空區(qū)勘察中的應(yīng)用

李志剛

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

結(jié)合采空區(qū)特點(diǎn)，依據(jù)地震繞射理論及次生震源知識(shí)，采用地震映像技術(shù)進(jìn)行研究，通過單點(diǎn)激發(fā)、單點(diǎn)接收、偏移距保持不變沿測線逐一測量方式，通過側(cè)線反射時(shí)間剖面資料分析，確定采空區(qū)空間分布及形態(tài)特征。從原理到實(shí)際勘察進(jìn)行闡述，實(shí)現(xiàn)以地震映像技術(shù)探測采空區(qū)。

地震映像；采空區(qū)；工程勘察；繞射理論；次生震源

采空區(qū)是指外力或地質(zhì)運(yùn)動(dòng)在地表層下部產(chǎn)生的“空洞”，外力產(chǎn)生的采空區(qū)大多是煤田開采形成。采空區(qū)具有隱藏性強(qiáng)、空間分布特征復(fù)雜、頂板冒落塌陷等特點(diǎn)，因此，采空區(qū)危害性評(píng)價(jià)及合理性處理方案一直是工程勘察技術(shù)人員關(guān)心的技術(shù)難題。

地震映像技術(shù)采用地震單道逐一采集數(shù)據(jù)方式，因其操作簡單、成果圖像直接明確、異常直觀辨認(rèn)，及其經(jīng)濟(jì)高效的明顯優(yōu)勢(shì)，在工程物探領(lǐng)域中有很好的前景。尤其在淺部探測方面，勘探效果顯著。從采空區(qū)勘察方面出發(fā)，闡述了地震映像技術(shù)的工作原理、特點(diǎn)和技術(shù)方法，分析了在采空區(qū)勘探中的實(shí)際效果，說明了地震映像法對(duì)采空區(qū)勘探的可行性與時(shí)效性。

1 場地概況

山東省日照市東港區(qū)虎山鄉(xiāng)梭羅樹村至鄭家莊子之間，屬魯東丘陵，地勢(shì)為東南低山丘陵區(qū)，略向東南傾斜，山地、丘陵、平原相間分布。構(gòu)造分為魯東區(qū)和沂沭斷裂區(qū)兩大部分。山脈多呈南北和西南、東北走向。巖相巖性較為簡單，是元古代形成的各種變質(zhì)巖系，中生代晚期燕山運(yùn)動(dòng)形成的中酸性和酸性侵入巖均有分布，以巖漿巖和變質(zhì)巖分布較為廣泛，地表則多分布松散沉積物。

地層由上到下為第四系黃土、片麻狀花崗巖及蛇紋巖，較大的超基性巖經(jīng)常分布于巖體頂部呈帽蓋狀或分布于巖體邊緣，局部呈脈狀或不規(guī)則狀。較小巖體往往全部蝕變成蛇紋巖，石棉成礦于蛇紋巖礦脈上，并有豎井、巷道開采。

2 地震映像技術(shù)

地震映像技術(shù)（又稱高密度地震勘探），是以地震映像中波的同相軸反應(yīng)地質(zhì)界面的幾何形態(tài)，其原理簡單說就是地震單道反射，人工震源產(chǎn)生地震波往地下傳播中，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)存在波阻抗差異時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生反射波并返回地面。地震映像采用單點(diǎn)激發(fā)、單點(diǎn)接收、偏移距保持不變的方式沿測線逐一測量，測量方式如圖1。

圖1 地震映像技術(shù)測量方式示意圖

一般施工現(xiàn)場首先對(duì)干擾波進(jìn)行調(diào)查，從而確定直達(dá)波、折射波、聲波、面波等規(guī)則干擾波出現(xiàn)的范圍及有效反射波所處的位置，選取最佳偏移距。該方法由于采用等偏移距，故可在現(xiàn)場儀器界面顯示出似to時(shí)間剖面圖，即所謂“映像”，能較快地反映地下介質(zhì)的情況。地震映像是采用單點(diǎn)激發(fā)，單點(diǎn)接收、偏移距不變的方式沿測線進(jìn)行測量，了解接收時(shí)間內(nèi)介質(zhì)橫向或垂向的變化情況。

在工程探測中，采空區(qū)并不都是規(guī)模較大，往往存在一些較小的，有些還存在沉積物填充，導(dǎo)致反射系數(shù)減小，采空區(qū)洞頂反射波能量也將相應(yīng)減弱，故只從反射理論來識(shí)別洞頂反射信息顯然較困難。此時(shí)采空區(qū)勘察需要結(jié)合繞射理論和“共鳴”現(xiàn)象來判斷波形特征。依據(jù)繞射理論，采空區(qū)洞頂（很小或很尖時(shí)）可以看成一個(gè)繞射點(diǎn)，當(dāng)與入射波相遇時(shí)候，采集記錄上可能會(huì)出現(xiàn)繞射同相軸。所謂“共鳴”現(xiàn)象，其原理是把小規(guī)模采空區(qū)看成一個(gè)“次生震源”，當(dāng)入射波激發(fā)時(shí)，產(chǎn)生“共鳴”現(xiàn)象，從而采集記錄上出現(xiàn)波的再次振蕩現(xiàn)象，導(dǎo)致連續(xù)的同相軸產(chǎn)生間斷或混亂現(xiàn)象，這是識(shí)別采空區(qū)存在與否的重要標(biāo)志。

3 工作方法及參數(shù)

3.1 工作方法

本次工作采用地震映像技術(shù)，使用儀器為美國NZXP型便攜式多道地震儀，該儀器性能良好，高智能化，輕便防震全密封野外計(jì)算機(jī)兼作地震中央控制器配置。供電電源最大電壓12V。

3.2 采集參數(shù)

采樣點(diǎn)數(shù)1024，采樣間隔0.125ms，記錄長度500ms，點(diǎn)距2m，偏移距2m，采用高通1000濾波檔，濾波檔的頻率50Hz。為提高信噪比，采用5個(gè)60Hz檢波器組合檢波。從測試的記錄效果看，以上采集參數(shù)對(duì)干擾波噪音的抑制效果較好。

4 地震映像成果

采用地震處理軟Vista5.5，將每條測線的單炮記錄連接起來，形成各測線的反射時(shí)間剖面，對(duì)各反射時(shí)間剖面的異常進(jìn)行分析并確定位置。現(xiàn)將其中ZFA測線和ZF-B測線地震映像結(jié)果進(jìn)行解釋分析。

4.1 ZF-A測線

ZF-A測線開始山坡下田地，地勢(shì)較陡，45m后到最后地勢(shì)平坦，全長297m。該測線地震映像如圖2，從地震反射時(shí)間剖面看，同相軸整體連續(xù)性較好，其中184～201段和236～261段反射波有明顯的反射弧同相軸，即產(chǎn)生繞射同相軸，并且在底部有多次反射波特征，依據(jù)繞射理論推斷是這兩處為采空區(qū)的空洞引起的，從反射時(shí)間可以算出，184～201段洞頂埋深2.5m，236～261段洞頂埋深4.0m，后打孔驗(yàn)證，并對(duì)其進(jìn)行處理。

圖2 ZF-A測線地震映像

4.2 ZF-B測線

ZF-B測線整段地勢(shì)平坦，田地為主，全長276m。該測線地震映像如圖3，從地震反射時(shí)間剖面看，同相軸整體連續(xù)性很好，僅在100～120段反射波同相軸不連續(xù)，即同相軸產(chǎn)生間斷和混亂，所謂“共鳴”現(xiàn)象，推斷為采空區(qū)引起，從反射時(shí)間可以算出，洞頂埋深3.0m，后打孔驗(yàn)證，并對(duì)其進(jìn)行處理。

圖3 ZF-B測線地震映像

5 結(jié)語

地震映像技術(shù)是地震勘探技術(shù)中采用單點(diǎn)激發(fā)單點(diǎn)采集的一種技術(shù)應(yīng)用，該技術(shù)應(yīng)用于采空區(qū)勘察中，依據(jù)地震勘探相關(guān)理論，結(jié)合采空區(qū)特點(diǎn)，完成勘察任務(wù)，在掌握新技術(shù)方法的同時(shí)，為今后解決類似工程地質(zhì)問題積累了經(jīng)驗(yàn)。

［1］周孝宇.淺層地震映像技術(shù)在巖溶探查中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2006，23（6）：119-120.

［2］辛永祺.高密度地震映像技術(shù)在空洞探查中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2006，32（3）：93-94.

［3］王俊茹.淺層地震在巖溶塌陷及采空區(qū)勘測中的應(yīng)用技術(shù)研究［J］.工程勘察，2003，05：65-67，18.

［4］王俊茹，張龍起，宋雪琳.淺層地震勘探在采空區(qū)勘測中的應(yīng)用［J］.物探與化探，2002（1）：75-78.

［5］單娜琳，程志平.地震映像方法及其應(yīng)用［J］.桂林工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，23（1）：36-40.

The Application of Seismic Imaging Technology in Mined-Out Area Prospecting

LI Zhi-gang
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropwer，Tianjin 300250，China）

Combining with the characteristics of mined-out area，on the basis of seismic diffraction theory and seismic secondary source knowledge，it use seismic imaging technology to study，by the single point，single point receiving，offset remains the same way along the line one by one，measuring way，through the analysis of lateral line reflection time section data，to determine the spatial distribution of mined-out area and morphological characteristics.This paper elaborates the principle to the actual investigation，so as to achieve the goal of seismic imaging technology detecting goaf.

seismic imaging；mined-outarea；engineering investigation；diffraction theory；secondary source

P631；U412

B

1672-9900（2016）04-0081-03

2016-06-24

李志剛（1985-），男（漢族），陜西興平人，工程師，主要從事工程物探與工程檢測工作，（Tel）13622042508。