基岩面埋深综合物探精细探测应用研究.pdf
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1、第 卷第期 年月山西煤炭 文章编号:()犇 犗 犐:基岩面埋深综合物探精细探测应用研究胡晓娟,黄燃,郑宗槟,游敬密,(福建省地质工程勘察院,福州 ;自然资源部 丘陵山地地质灾害防治重点实验室,福州 )摘要:为提高物探探测基岩面埋深的精度,研究了不同物探方法探测基岩面埋深分辨率的差别。结合工程实例,采用地震波折射法、瑞雷面波法及高密度电法进行基岩面埋深探测,并通过钻探结果对比分析得出:地震波折射法探测基岩界面较直观,适合探测覆盖层厚度(基岩面埋深)较浅的场地,当探测区域基岩界面起伏较平缓时,探测精度相对较高;瑞雷面波法可探测出地下一定范围内各种地层介质的波速变化情况,当探测区域表层较松散且具有一
2、定厚度时,探测精度相对较高;高密度电法可探测出地下一定范围内各种介质的电阻率变化情况,需辅以个别参数孔资料进行深度转换系数的校正,便能准确绘制基岩界面埋深及起伏变化情况。关键词:地震波折射法;瑞雷面波法;高密度电法;精细探测中图分类号:文献标识码:开放科学(资源服务)标识码(犗 犛 犐 犇):犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犆 狅 犿 狆 狉 犲 犺 犲 狀 狊 犻 狏 犲犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 犻 犮 犪 犾犈 狓 狆 犾 狅 狉 犪 狋 犻 狅 狀犻 狀犉 犻 狀 犲犇 犲 狋 犲 犮 狋 犻 狅 狀狅 犳犅 狌 狉 犻 犲 犱犇 犲 狆 狋 犺狅 犳犅 犲 犱 狉 狅
3、 犮 犽犉 犪 犮 犲犎 犝犡 犻 犪 狅 犼 狌 犪 狀,犎 犝 犃 犖 犌犚 犪 狀,犣 犎 犈 犖 犌犣 狅 狀 犵 犫 犻 狀,犢 犗 犝犑 犻 狀 犵 犿 犻,(犌 犲 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪 犾犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犛 狌 狉 狏 犲 狔犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲狅 犳犉 狌 犼 犻 犪 狀犘 狉 狅 狏 犻 狀 犮 犲,犉 狌 狕 犺 狅 狌 ,犆 犺 犻 狀 犪;犓 犲 狔犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋 狅 狉 狔狅 犳犌 犲 狅 犺 犪 狕 犪 狉 犱犘 狉 犲 狏 犲 狀 狋 犻 狅 狀狅 犳犎 犻 犾 犾 狔犕 狅 狌 狀 狋 犪 犻 狀 狊,
4、犕 犻 狀 犻 狊 狋 狉 狔狅 犳犖 犪 狋 狌 狉 犪 犾犚 犲 狊 狅 狌 狉 犮 犲 狊狅 犳犆 犺 犻 狀 犪,犉 狌 狕 犺 狅 狌 ,犆 犺 犻 狀 犪)犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,:(),;,;,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;收稿日期:基金项目:福建省生态地质资助项目();福建省广义地质工作资助项目(,)作者简介:胡晓娟(),女,安徽合肥人,硕士,工程师,主要从事工程物探应用研究工作,:引文格式:胡晓娟,黄燃,郑宗槟,等基岩面埋深综合物探精细探测应用研究山西煤炭,():,():斜坡表层受到强烈的物理风化作用,自上而下岩土的风化程度依次降低,表面覆盖残积土、强风化岩石等风
5、化带,具有结构疏松、裂隙发育等特点,当受到降雨影响时容易诱发多种地质灾害。采用综合物探技术探测并划分出斜坡坡面以下上覆土层与下伏基岩的分布情况,对于斜坡灾害的防治工作具有重要意义。目前,针对斜坡探测采用的物探技术主要有地震勘探、面波探测、高密度电法、地质雷达探测法、井间地震波层析成像等。上述方法虽然取得了一定的探测效果,但也存在许多不足,特别是探测结果的分辨率及精确度还有待提高,因此需要进一步对各种物探技术进行综合研究,得出更有效的数据采集方法和资料解译方法,并归纳总结经验,提高物探方法的探测效果。场地概况探测场地为一自然边坡,坡脚位置发生过崩塌,场地表层覆盖为第四系更新统崩坡积、残积层(),
6、成分以砂质黏性土为主。下伏地层为白垩系下统石帽山群下组()英安质晶屑凝灰熔岩、流纹岩类。场地各岩土层特征自上而下分别为:残坡积砂质黏性土,砂土状强风化凝灰熔岩,碎块状强风化凝灰熔岩,中风化凝灰熔岩。在该场地相同测线位置同时采用地震波折射法、瑞雷面波法以及高密度电法进行中风化基岩面埋深探测,并采用钻探进行验证,探测场地示意图,如图所示。图探测场地示意图 方法原理 地震波折射法原理人工激发的地震波在地下传播的过程中,遇到下伏介质波速大于上覆介质波速的速度界面时,当波的入射角等于临界角时,其传播方向发生改变且沿界面向下滑行,从而在界面的上覆介质中产生折射波。图为水平二层结构地质模型,设水平界面深度为
7、犺,沿激发点犗至地面某一点犇的距离为狓,压缩波在入射层速度为狏,入射角为,透射层的压缩波速度为狏(狏狏),透射角为,根据施奈尔定律可得:狏 狏()图水平二层结构的折射波时距曲线 当 时,对应的入射角犻 (狏狏),称为临界反射角。当入射角大于或等于临界角时,才会产生折射波,折射波的时距方程为:狋狓狏犺 犻狏()其时距曲线是直线,直线斜率的倒数为波速狏,则直线在狋轴上的截距时间狋为:狋犺 犻狏犺 狏狏槡狏狏()则水平界面深度犺为:犺狋狏 犻狋狏狏狏狏槡()根据直达波和折射波时距曲线的斜率可求出狏、狏和时间狋,再求出震源点下方界面深度犺。瑞雷面波法原理瑞雷面波是一种弹性波,沿介质自由表面传播,其传播
8、规律反映了传播介质的弹性参数。面波在地表传播时表现出的频散特征,反映了其与波长相应的深度范围内的地层弹性分布情况 。瑞雷波沿地层传播时,地层层厚约为一个波长,因此,同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况,不同波长的瑞雷波的传播特性反映着不同深度的地质情况 。在地面上顺沿瑞雷波的传播方向,以固定道间距狓设置犖个检波器,便能检测到犖狓长度范围内瑞雷波的波场。设,瑞雷波的频率为犳犻,相邻检波器记录的瑞雷波的时间差为狋或相位差为,则相邻道狓长度内瑞雷波的传播速度为:狏犻 犳犻狓犻()第期胡晓娟,等:基岩面埋深综合物探精细探测应用研究或在满足空间采样定理的条件下,测量范围犖狓内的平
9、均波速为:狏 犳犻犖狓犖犻犻()在同一测点测量出一系列频率犳犻的狏犻值,就可以得到一条狏 犳曲线,即所谓的频散曲线或转换为狏 曲线,为波长:狏犳()狏 犳曲线或狏 曲线的变化规律与地质条件相互关联,反演解释频散曲线,可得到相应的地层信息和瑞雷波传播速度狏。另外,介质的物理特性决定了狏的大小,据此可以通过狏的大小分析岩土的物理性质。高密度电法原理高密度电法采用阵列勘探的思想,可以同时反映地下空间介质的电阻率在横向和纵向的变化情况,综合了电测深法与电剖面法。在野外勘测时将电极(几十至上百根)埋设在一定间隔的测点上,实现数据的快速和自动采集,再利用相关软件,生成地下空间二维、三维反演断面图,最后结合
10、地质资料和反演结果,对所测量的地电断面进行解释,将解释结果应用于解决相关地质问题。实际地形存在起伏变化,地下空间介质不均匀,且具有各向异性,故所测得的电阻率并非实际电阻率,而是通过公式转换得到的视电阻率:犛犓犝犕犖犐()式中:狊为视电阻率,;犓为装置系数,;犝犕犖为电极犕、犖间的电位差,;犐为供电电流,。视电阻率综合反应了地下介质电性的不均匀性以及地形的起伏,通过视电阻率变化规律可以勘探地下空间介质的不均匀性,从而适用于各种地质问题的探测。实例反演分析 地震波折射法地震波折射数据采集主要采用相遇追踪时距曲线观测系统,同时根据实际地质情况及锤击能量的强弱,选择多重相遇时距曲线观测系统。采集数据时
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