摘要：高密度地震映像法是一种先进的浅层地震物探方法，在地面或水域以小偏移距激发和接收对地下地层与目标体连续扫描的一种等偏移距反射法。高密度地震映像勘探法作为工程勘察的一种重要手段，可有效查明场地不良地质作用的类型、成因、分布、规模、发展趋势和危害程度，并对场地的稳定性作出评价，防患于未然，避免因地基缺陷造成建筑物的破坏和重大安全事故的发生。基于此，本文主要对高密度地震映像技术在工程勘察中的应用进行分析探讨。
关键词：高密度地震映像技术；工程勘察；应用
1、前言
地震映像法的主要优点是数据采集速度较快，在资料处理过程中不需进行校正处理，避开了动校正对浅层反射波的波形拉伸畸变影响，可使反射波的动力学特征全部被保留，其利用固定偏移距激发低频带弹性波，通过共偏移距观测来查明地质条件，从而进行工程物探测试。
2、高密度地震映像法的基本原理
高密度地震映像法是一种弹性波勘探方法，其实质为由一组等偏移距单道接收的地震波而组成的地震反射剖面。工作时人工在地面敲击产生的地震波向地下传播，当遇到岩土介质的层面、不良地质体的界面时，地震波（包括面波、纵波）就会产生反射波和绕射波回到地表，如此沿测线等间隔同时移动击发点和接收点进行重复测试，就可以获得一条等偏移距的连续地震波时间剖面，通过分析剖面图中地震波的相位、频率和能量衰减特征，就可以达到解决地质问题的目的。
高密度地震映像法虽然记录的是包括折射波、反射波、面波、横波等多种弹性波，但陆域高密度地震映像技术主要利用的是瑞利面波，原因是面波在小偏移距范围具有较强的能量和丰富的波组，所以抗干扰能力强，分辨率高，因此在确定异常体的埋藏深度时应以面波速度进行计算。
3、高密度地震映像技术在工程勘察中的应用
3.1地质概况
拟建的泉州造船厂位于泉州市惠安县东周半岛斗尾村附近，为湄洲湾的南岸，东临台湾海峡，介于北纬24°56′～25°05′和东经118°51′～119°02′之间。拟建场区总体由残丘台地陆域区往浅滩潮间带海域区倾斜，岸线曲折，海岸类型较复杂，岸线转折地带常与砂质海岸或泥质海岸交替出现，岩岸常见陡坎与海接触，海浪冲刷作用较强烈。斗尾末端沿崖附近，海滩因海浪长期冲刷侵蚀，形成大片平坦岩滩。
勘察区基岩为燕山晚期侵入的花岗岩，从上至下呈全风化、强风化和中风化状态，上部地层为新生界第四系全新统海相沉积层，主要为砾、砂及砂质粘性土，广泛发育于砂堤砂地、海积漫滩、水下浅滩和水下岸坡，呈不整合接触于侵入岩之上。此次物探工作的主要目的是查明该区水下地形的起伏和变化情况，覆盖层的分层、深度和分布以及基岩面的埋深、起伏与构造带情况，为整个工程的设计和施工提供科学依据。本次勘探共完成测线长度共计22.7km，测线呈网格状布置。
3.2震源的选用
水中弹性波在传播过程中衰减很少，船底与水耦合较好，因此把震动波发生器安装在船底。最简单的方法是直接用铁锤撞击铁船底产生震波向水下传播，用不同的材料和厚度做的锤垫可改变激发频率。震源为福建建筑勘察设计院设计生产的全自动连续冲击震源船，该震源船能产生3000J的振动能量，能激发能量大、主频宽的振动波。这种震源安装在观测船后面的震源船上，其原理是在密闭带阻尼的容器内设置一尼龙冲击头，在机械动力的带动下，定时向下冲击产生大能量宽频冲击应力波，冲击时间间隔控制在1.5～2.0s，1h可冲击1800～2400次。控制观测船的走航速度，同时可调节采样点距，每1～2m即可采1点，一般每小时即可完成3.0～4.0km的地震映像剖面，效率及精度都很高。
3.3潮位观测
为了准确提供目的层深度，避免因潮位变化所造成的水位误差，在测区附近海域设立水尺进行潮位观测，由专人负责测定，从物探作业开始前30min开始观测，每10min观测1次，工作结束30min后停止观测，并作出不同时间潮位变化图，供资料解释时用作高程校正使用。
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3.4GPS定位及测量方法
水上定位一直是水域地震勘探的难点之一，目前采用GPS定位和导航技术，使这个问题迎刃而解了。
GPS定位导航主要分为单台和差分（DGPS），实时动态差分定位系统能实时提供较高精度的定位、导航成果，适宜于水域实时动态测量，其定位模式主要是：在已知控制点上安置一套带数据链和电台的DGPS（岸台）连续进行观测，可不断测得本站位观测值。站位观测值与该控制点实际位置值之间有一个差值，该差值作为改正数，通过数据链和电台往外发送，而安置在勘探船的流动台接收到信号后，对所实测的位置进行校正，得出勘探船精确的实际位置，从而大大提高实时动态导航、定位精度。
岸台和流动台都使用12通道的GPS接收机及配套的数据链和电台。在开始实施测量前，按规范对GPS接收机进行校验，校验合格后利用已知控制点对整套实时动态差分定位系数进行校测，校测稳定合格后才开始使用测量时将岸台安置在控制点上，该点位置视野开阔，流动台安装在勘探船上，连续接收GPS信号和岸台的改正数，实时计算、显示出勘探船的实际位置。
3.5观测系统及数据采集参数
为了确保数据的可靠性、准确性和信号具有较宽的频带，本次工作仪器采用GeoPenE2404EX型24道浅层地震仪，配用ZY-2型连续冲击震源（船），采用双道高阻尼的水听器（拖鱼）接收。为了压制直达波和多次波，提高地震信号的信噪比，在对系统进行装配设计时，将冲击震源船和水听器分别置于测量船两侧，其好处是船体阻隔了直达波的大部分能量，使其对剖面的影响程度减弱到允许的范围，破坏了大部分多次反射波的形成途径。根据探测目标体的特点和通过现场多参数试验，主要采集和观测参数如下：记录道数为2道，采样间隔为0.125ms，偏移距4m。在数据采集中，船上发动机、螺旋浆的噪音和水流对传感器的冲击都直接影响到有效信号的质量。这些噪音干扰幅度较大但频率较低，因此比较容易通过滤波将其消除。滤波可采用高通滤波，下限频率为100Hz。
4、成果分析与解释
成果解释以地震映像时间剖面为基础，各反射波的时序分布关系与形态特征是地层地质现象的客观反映。由于地震映像法本身不能提供速度参数，故使用已知钻孔来标定地层速度。利用已知的20多个钻孔，可以推断测区海水波速大约为1470m/s，中细砂层波速约为1750m/s，淤泥、粉细砂层波速约为1550m/s，卵石层波速约为2200m/s，强风化花岗岩波速约为2380m/s，弱风化花岗岩波速约为2900m/s。
从时间剖面图上可清晰看见水下地形，推断的水底下有许多断断续续的同相轴，根据钻孔地质资料，这些同相轴是由淤泥、原砾岩、砂卵石层及与基岩的分层界面，基岩隆起处呈绕射状，各同相轴较为清楚，能连续追踪。测试时水深约2.94～11.64m，水底高程-9.50～-0.70m，水底地形为起点至终点方向逐渐变浅，中间水底较平缓；覆盖层厚度为1.97～22.85m，弱风化花岗岩顶界面高程为-28.02～-6.67m。
基岩等值线中明显看到基岩起伏较大。在厂区东北角基岩埋深最大，深度高程一般在-20m左右，最深处达到-28m，但局部埋深仅有-5m，表现为起伏剧烈变化的情况；在厂区西北角基岩埋深次之，一般高程为-15m左右，局部达到-25m，基岩起伏较平缓；在厂区西南角基岩高程在-5m左右，基岩起伏变化较平缓，局部埋深较大，能达到-20m左右；在厂区东南角基岩埋深较浅，且变化较平缓。
根据各条测线反射波时间剖面图，从同相轴上未见到明显错断迹象和同相轴的绕射现象，推断本区测试范围内无明显断裂构造异常。
5、结语
高密度地震映像为建筑物场地勘察提供了一个很好途径。地震映像法操作简单、工作效率高、效果较好等优点已经成为物探方法中使用频率较高的一种方法。随着我国综合国力不断增强，建设工程不断开展，高密度地震映像法在不断研究和试验中将应用于更广阔领域。
参考文献：
[1]杨良权，李波，魏定勇，等．地震映像法在垃圾坑勘察中的应用[J]．地球物理学进展，2017，27（4）：1788-1794
[2]DL/T5010—2005，水利水电工程物探规范[S].北京：中国电力出版社，2005.
论文作者:李俊亮
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/10/31
标签：映像论文; 基岩论文; 波速论文; 震源论文; 高密度论文; 剖面论文; 高程论文; 《基层建设》2017年第20期论文;