工程雙源面波勘探及其應用

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1、工程雙源面波勘探及其應用毛健偉聶碧波郭乃根孫秀容夏學禮上海申豐地質(zhì)新技術(shù)應用研究所有限公司上海201106內(nèi)容提要：為了提高面波勘探的勘查深度，將多道瞬態(tài)面波勘探和微動勘查集成為一輕便的系統(tǒng)，使面波勘探的勘查深度加深至100∽300米，基本滿足了工程上的需要。在多道瞬態(tài)面波勘探數(shù)據(jù)采集時應首先對面波波場進行分析，采用大偏移、大道距對提高頻散曲線的提取精度十分重要。使用該系統(tǒng)在同一點兩種方法采集數(shù)據(jù)得到的頻散曲線有著十分好的重復性和唯一性，并能得到驗證。工程雙源面波勘探在淺部煤層采空區(qū)中的應用取得了很好的效果。在煤層埋藏較淺，得不到煤層反射波的煤層采空區(qū)調(diào)查中有著較好的應用前景。關鍵詞：面波微震

2、雙源采集系統(tǒng)頻散1引言上世紀九十年代中期，北京水電物探研究所劉云禎先生首先提出了“多道瞬態(tài)面波法【1】勘探”，并研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多功能面波儀，開發(fā)出相應的資料處理軟件。多道瞬態(tài)面波法勘探在工程界得到普遍應用。并于2004年國家頒布了“多道瞬態(tài)面波發(fā)勘【2】【3】察規(guī)程”。通過多年的實踐，多道瞬態(tài)面波法勘探在頻散曲線提取中的穩(wěn)定性問題，【4】頻散曲線的“之”型問題及勘探深度較淺等都使其應用受到限制。1998年原地質(zhì)礦產(chǎn)【5】部王振東先生針對多道瞬態(tài)面波勘探勘探較淺（20米左右）提出了雙源面波勘探的設想，擬將多道瞬態(tài)面波勘探和微動勘查在軟、硬件上集成為一個系統(tǒng)，即同時可進行“多道瞬態(tài)面波法

3、勘探”，又可進行“微動勘查”，取之所長，避之所短，提高面波勘探勘查深度，滿足絕大部分工程的需要。雖然“多道瞬態(tài)面波法勘探”和“微動勘查”都是應用面波在非均勻介質(zhì)具有頻散特性和半波長理論來研究地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)，但他們在數(shù)據(jù)采集方法、使用的硬件及資料處理方法上有著較大的差別。上海申豐地質(zhì)新技術(shù)應用研究所有限公司于2008年在加拿大驕佳技術(shù)公司趙冬先生的配合下，選擇美國SI公司生產(chǎn)的S-Land數(shù)字化工程地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為硬件，趙東先生編制的天然原面波F－K、SPAC、ESPAC處理軟件集成了工程雙源面波勘探系統(tǒng)，并在野外進行了大量的試驗，使面波勘探的勘探深度提高至100-300米。該系統(tǒng)之所以定名為工

4、程雙源面波勘探系統(tǒng)，它在兩方面不同于“微動勘查”，一是它的采集硬件是多道（24或48道）而不是4或7個獨立的采集單元，一個系統(tǒng)既可采集人工源面波，又可進行微動采集；二是它采用的傳感器是2.5Hz和4.5Hz低頻檢波器，而不是低頻擺，該系統(tǒng)更換檢波器后還可進行地震反射和折射波法勘查，一個系統(tǒng)可以進行多種彈性波法數(shù)據(jù)采集，既適用又經(jīng)濟。12工程雙源面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)工程雙源面波勘探數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中的野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為S-Land數(shù)字化工程地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由主機及兩串數(shù)據(jù)鏈（24或48道）組成，傳感器為重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的2.5Hz或4.5Hz檢波器，主要技術(shù)參數(shù)如下：通道數(shù)：24

5、道、36道、48道可選采樣率：0.25ms、0.5ms、1.0ms,、2.0ms、4.0ms動態(tài)范圍：145dBA/D：△-∑24位前放增益：0dB、12dB、24dB、36dB頻寬：0.25ms,0-1600Hz；0.5ms,0-800Hz；1ms,0-428Hz；2ms,0-210Hz通頻帶波紋系數(shù)<0.1dB系統(tǒng)平均單道功耗<250mv00工作溫度：-35C~+75C記錄格式：segy主機重量：2.2kg本系統(tǒng)采用數(shù)字化檢波器技術(shù)，即在每一個檢波器上有一個SMG，其中有前置放大和△-∑24位A/D轉(zhuǎn)換，它采集到微弱的人工源面波信號和微動信號后經(jīng)放大后即轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，靈敏度、保真度高，使信

6、號不受干擾和畸變。另外，該系統(tǒng)頻帶低頻響應好，動態(tài)范圍大，很適用于進行雙源面波法勘探。處理軟件采用加拿大驕佳技術(shù)公司的6.1高級版面波處理軟件。人工源面波勘探采用Ｆ-Ｋ方法，二維F-K變換和tau-p變換，可以在FK、FV、FP域中提取頻散曲線，天然源面波處理軟件有F-K（頻率-波數(shù)法），S-PAC（空間自相關法）及ESPAC（擴展的空間自相關法），其中F-K和ESPAC法不再局限于SPAC的圓型或三角形臺陣，使用更靈活的排列布置來適應實際工作環(huán)境。3數(shù)據(jù)采集中的幾個問題人工源面波勘探（多道瞬態(tài)面波勘探）經(jīng)近二十年的研究應用，已逐漸發(fā)展成一種重要的工程物探方法。眾所周知，頻散面波具有不同的頻散

7、振型，目前在多道瞬態(tài)面波勘探中主要應用基階振型頻散面波。所以在數(shù)據(jù)采集時能否采集到不受干擾的基階振型面波對能否取得較好的勘查效果十分重要。目前在人工源面波勘探中有一個誤區(qū)，由于面波的能量強易于采集和識別，往往不重視外業(yè)數(shù)據(jù)采集參數(shù)中偏移距和道距的選擇。合理的采集參數(shù)是該法取得效果的關鍵。圖1是清華大學聲學實驗室沈建國先生的物理試驗模型?？伞?】見基階面波、高階面波及體波有著不同的發(fā)育空間。圖2是實