2.地震ct在淺層勘探中的應(yīng)用-靳洪曉

1、1地面地震地面地震CT在淺層勘探中的應(yīng)用在淺層勘探中的應(yīng)用靳洪曉賈廷富徐晉生宋繼信楊玉廷(建設(shè)部綜合勘察研究設(shè)計(jì)院北京100007)趙永貴(中國科學(xué)院地質(zhì)研究所北京100029)引言地震CT技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新的物探手段，它利用地震波穿過地質(zhì)體后走時(shí)及能量的改變等物理信息，在計(jì)算機(jī)上重建地質(zhì)體內(nèi)部圖像，從而得到所研究地質(zhì)體的巖性及構(gòu)造分布。地震CT方法圖像直觀、分辨率高、信息量大、可靠性好，一經(jīng)應(yīng)用，就受到地球物理學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家

2、的廣泛重視JWRect稱目前沒有其他技術(shù)可以勝過井間地震CT的潛在分辨率[4]。井間地震CT技術(shù)在短短幾年中已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，由最初的直射線追蹤發(fā)展到現(xiàn)在的曲射線追蹤，反演方法由線性反演發(fā)展到非線性反演，由投影算法發(fā)展到SIRT、SVD等多種算法，所利用的地震資料也由單一的直達(dá)波發(fā)展到各種震相綜合利用的全波形分析。目前，井間地震CT技術(shù)在國內(nèi)已成功地應(yīng)用于礦山遠(yuǎn)景評價(jià)，以及核電、水電等大型工程場地的勘探選址中，并可以進(jìn)行鉆孔間、巷道間

3、及巷道與地表間的聯(lián)合觀測[1]。地震CT成像的物理量也由單一的波速成像發(fā)展到與衰減成像聯(lián)合反演，二者相互補(bǔ)充，進(jìn)行更為準(zhǔn)確、可靠、合理的地質(zhì)解釋[2]。實(shí)踐中，多數(shù)研究區(qū)域沒有鉆孔或巷道可以利用，地震CT技術(shù)的推廣應(yīng)用因此受到限制。我們嘗試在地表面進(jìn)行地震CT探測，并在河北興隆天文觀測站LAMOST觀測室場址勘探中取得成功。1研究區(qū)的地質(zhì)問題LAMOST大型天文望遠(yuǎn)鏡觀測室是中國科學(xué)院北京天文臺擬建的世界最大的天文觀測系統(tǒng)。場址選在興隆

4、天文觀測站內(nèi)，位于河北省興隆縣城東南12.5km的燕山山脈東段，馬蘭峪大背斜的北翼。擬建的天文望遠(yuǎn)鏡場區(qū)由灰?guī)r山梁挖高填平而成(圖1)。場區(qū)分東西兩部分，西部主要出露震旦系灰?guī)r，東部為第四系坡積土。建筑基礎(chǔ)在場區(qū)中部，長55m，寬16m，走向南北，坐落在平整后的灰?guī)r出露區(qū)，南北兩端已接近邊坡回填區(qū)?；靥畹暮穸燃霸吰滦逗蓭У陌l(fā)育情況尚不清楚，這是基礎(chǔ)穩(wěn)定性評價(jià)和基礎(chǔ)處理十分關(guān)心的問題。前期的勘探發(fā)現(xiàn)建筑基礎(chǔ)范圍內(nèi)有3條節(jié)理槽，走向近東西

5、，寬4～6m，內(nèi)充填粘土，各裂隙槽的深度及深部連通情況需要進(jìn)一步查清，基礎(chǔ)東側(cè)有一南北走向的第四系粘土充填槽，需要查明是節(jié)理帶還是斷裂帶。由該區(qū)的區(qū)域地質(zhì)資料推測，建筑基礎(chǔ)東側(cè)可能發(fā)育有一條近北東向的斷裂，位置和傾向尚不清楚，對場地的穩(wěn)3CT反演時(shí)，根據(jù)初始模型，做射線追蹤，求出由激發(fā)點(diǎn)到接收點(diǎn)的射線路徑。如果測區(qū)范圍不大，可以簡單的用直線來代替。把CT掃描區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格離散化，式(1)每一項(xiàng)可以寫成為：T=???iiilS?cos這里Si

6、為為第i個(gè)網(wǎng)格的慢度為第i個(gè)網(wǎng)格中該射線在地面投影的長度，cos?為恒定值。對于il每一條折射波射線路徑，都存在這樣一個(gè)方程，所有這樣的方程組成一個(gè)大型矩陣方程。求解該矩陣方程，就得到了每一個(gè)網(wǎng)格的慢度分布，從而就求得了該區(qū)域的地震波速度分布。3野外地震觀測設(shè)計(jì)為了查清LAMOST天文望遠(yuǎn)鏡場區(qū)破碎巖體分層、卸荷帶及覆蓋層厚度、斷裂和裂隙槽分布特點(diǎn)，在測區(qū)內(nèi)布設(shè)了5條高分辨反射地震剖面，其中東西向的橫剖面3條，南北向的縱剖面2條。均以建

7、筑基礎(chǔ)為中心，交叉布設(shè)。這樣，從常規(guī)反射剖面就可以得到測區(qū)的CT反演初始模型。對于基礎(chǔ)東側(cè)第四系及回填較厚的區(qū)域，為進(jìn)一步了解該區(qū)的基底巖石力學(xué)性質(zhì)的差異與斷層發(fā)育情況，以及連通與否，進(jìn)行了地面地震CT掃描。掃描區(qū)為40m50m的四邊形。測線布置如圖l所示。觀測中采用了美國Geometrics公司ES—2401X增強(qiáng)型48道高分辨數(shù)字地震儀，錘擊震源。采樣間隔為100?s，記錄長度為2048樣點(diǎn)。檢波器間距1m，炮點(diǎn)間距大部分為1m，對

8、于距離檢波器較近的炮點(diǎn)，考慮到射線過于密集，但并沒有提高射線的正交性，炮點(diǎn)間距改為2m?？傆?jì)72個(gè)激發(fā)點(diǎn)，48個(gè)接收點(diǎn)。從地震原始記錄剖面上，可以清楚地識別折射波、聲波以及面波等震相，并且該觀測系統(tǒng)有較好的射線密度和正交性(圖3)，可以得到測區(qū)內(nèi)構(gòu)造和巖石力學(xué)性質(zhì)的分布圖像。4地震勘探結(jié)果及地質(zhì)解釋地面地震CT反演所得到的波速圖像，反映了場區(qū)內(nèi)基底風(fēng)化層波速的分布特征。由圖4可以看出，整個(gè)場區(qū)基底波速偏低，最高為840ms1；場區(qū)的四角