地震CT结合地震映像法综合物探应用研究 

地震CT结合地震映像法综合物探应用研究

地震CT结合地震映像法综合物探应用研究

1 前言

随着我国经济飞速发展,铁路勘测设计工作增大,许多线路路基存在诸如采空区等地质隐患,找出这些隐患对铁路建设有非常重要的意义。对于近年来开采的采空区，可以通过访问、调查或直接进洞测量来查清，而对于年代久远的采空区，无从访问调查，则需要通过钻探或物探手段。传统常规的钻探由于钻孔数量有限，很难完整全面地反映采空分布情况。为快速有效的查明采空区的埋深、位置及空间延伸范围，采用物探勘察是一种十分有效的手段。现有的物探方法有很多种,且每种物探方法都有其局限性,我们应结合具体的工程地质问题,考虑测区的地质条件，因地制宜地采用适用的物探方法。本文以地震映像法和地震CT法综合应用为例，充分发挥两种物探方法的优点并互相补充，先以地震映像法快速探测采空区分布的粗略空间展布，再依据地震映像成果布置钻孔，开展地震CT工作，精细探查采空的空间展布。两种物探方法相结合，准确查明了采空区的空间延伸范围，为后期注浆处理提供了有利依据。 2方法原理

2.1地震映像法的工作原理及特点

地震映像法是一种常用的地震勘探方法，它采用相同的小偏移距沿测线同步移动接收地震信号。这种方法因数据采集高效快捷、受场地限制条件少、不需进行复杂处理等优点被广泛采用。当地下存在一定范围的异常体时，地震入射波在此位置会产生绕射、杂乱反射。如矿体被开采，该层变为空气或松散充填物时，该层产生的反射波特征会产生变化，同向轴消失或减弱，在矿体顶部地层产生强反射层，下部产生绕射现象。因此可根据反射剖面同相轴波特征判断异常发育情况。然而，由于地下实际存在的异常体形态一般比较复杂，接收到的反射波同相轴并非都有明显的特征，因此利用地震映像法探测异常体存在很大的困难，主要体现在地震数据解释的精度和准确度不够理想。

2.2跨孔CT工作原理及特点

地震CT技术作为一种重要的工程物探方法已越来越多的应用到地质勘察中。地震CT技术是利用地震波在不同介质中传播速度的差异，确定一个沿路径的积分的图像函数

d??f(x,y)dl

即，Radon变换。 数据处理满足方程

ti??dl/C(x,y)??ti

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根据地震波信号初至时间数据的变化，利用计算机通过这种重建的测试区域地震波速度场的分部特征，来推断地质构造的位置、形态和分布状况。由此获得地震波到时数据并进行速度C(x,y)分布反演。井间地震波层析成像成果是以速度标识图像形式记录。图形常以不同速度色标形象地表明钻孔间地质体介质内部结构和特性。同时再结合地质体介质的岩土物理特性，即可形象地反映出地质剖面。根据地质剖面图像，可以判断出岩溶、采空、裂隙破碎带与周围基岩的赋存关系，可以较可靠地反映出井间剖面的地质情况，解析成果直观，在精细构造、隐伏地质体的探测中具有较好的效果，是一种有效的工程勘测方法，可广泛应用于路基、场地、隧道、边坡等项目的工程地质勘查，解决复杂的地质问题。 3应用实例及效果

某测区位于湖南省境内，地形起伏较大，地势较陡。地表覆有第四系人工填土及粉质黏土,厚度0.6~3m；基岩多为碳酸盐岩，含泥质、炭质较多。调查显示，该区域在数十年前进行过煤炭开采，但由于年代久远，不能准确调查巷道及采空具体位置。此处采空处于铁路隧道与路基衔接处，危害到铁路安全。结合区域地质资料分析，各地层岩性纵波波速存在一定差异（表1），因此该场地具备开展震法勘探的地球物理条件。为节约勘探成本和提高勘探效率，考虑先以地震映像法快速探测采空区分布的粗略空间展布，再依据地震映像成果有针对性的布置钻孔，并开展地震CT工作，精细探查采空的空间展布。

表1 物性参数统计表 岩 土 名 称 第四系土层 采空区 泥灰岩（强风化） 泥灰岩（弱风化） 灰岩（强风化） 炭质页岩（强风化） 砂岩（强风化） 纵波波速Vp（m/s） 1500～2000 1500～2000 2000～3000 3000～5000 4000～6000 3000～5000 3000～5000 地震映像法采用100Hz检波器进行连续剖面测量，测点距1.0m，偏移距2.0m，锤击震源。现场共布置4条地震映像测线。测线布置情况详见图-1物探测线平面布置图。

结合现场地形地貌、地表特征及已知地质资料对地震映像法成果进行分析，共发现7处疑似采空异常。其中图2为ZF-4测线地震映像时间剖面及异常。从图中可以看出，在3m～11m范围25ms以下地震波同相轴错断、频率变低，在16m～25m范围25ms以下地震波同相轴错断，推断这两处存在采空，深度大概30m左右。异常具体平面位置可见图1

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图1 物探测线平面布置图 依据地震映像成果及铁路线位走向，在重点区域布置8个钻孔，孔深35~50米不等，孔间距20~30米。地震CT炮间距和道间距均为1m ，观测系统如图3所示。沿图1中品红色连线所示逐对开展跨孔CT工作。跨孔弹性波CT法野外测试完成后，按图4流程进行处理。

本次地震CT物探成果解译过程中，采空区异常判断的依据是：剖面内煤系地层部位的封闭或半封闭相对低速异常区,地震波纵波波速一般在小于2000m/s左右的低速范围,而围岩以灰岩为主,夹有页岩、砂岩,波速一般大于等于2000m/s。由于不同岩性或同一岩性的不均匀性及观测误差的影响,个别部位的波速可能偏高或偏低。煤系地层以外也存在低速异常区,由于构造破碎带、溶洞等引起,其中破碎带呈条带状分布,溶洞也呈现封闭或半封闭的异常区。根据以上异常特征,结合以往工作成果及钻探资料,对各剖面的采空区进行了推断。图5剖面由ZK-4、ZK-5、ZK-6间两对剖面组成。从剖面可以看出在ZK 5孔分界位置对应地层基本连续。也同时说明了反演结果符合地层规律。剖面中，浅部射线密度较小，成像单元速度不可靠。中深部位置中存在明显的低速带区域，波速为1500~2000m/s,呈不同倾向的条带状分布,分布范围较大,根据钻孔揭示的地层推断低速带为采空区。

相关专业根据物探提供的资料，对采空区进行注浆治理，实际注浆量与依据物探资料推测的注浆量相差不大，间接验证了物探资料的可靠性。

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图2 ZF-4测线时间剖面图

图3 地震CT观测系统示意图

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