超淺層地震勘探中的防空洞

超淺層地震勘探中的防空洞

1防空洞的勘查在現(xiàn)有的防空壕中，大部分是由于現(xiàn)代建設的需要，尤其是大型中間建筑的需要，因此對建筑構成威脅。為查清防空洞的空間分布狀態(tài),人們作了大量的查證(含鉆探查證、物探查證)工作,在物探方法中,超淺層地震勘探是能有效地對防空洞進行勘查的方法之一。本文以在湖北黃石華新水泥股份有限公司的勘查實例為基礎,分析和研究了防空洞在超淺層地震勘探中表現(xiàn)的特征和規(guī)律。2在超平坦地震勘探中，反演空腔的特征分析2.1防空洞自激自收點o點非n點反射在超淺層地震勘探反射波法中,工作成果往往以每個CDP點的自激自收地震波雙程旅行時組成的地震時間剖面表示。對防空洞勘探時,由于防空洞的存在,自激自收點O點偏離洞頂時,O點實際接收的反射波為M點所反射,而非N點(圖1)。因為平面中,圓外一點到圓上連線以過圓心連線最短,即有OM<ON,故此有模擬地震波雙程旅行時間圖中tom<ton,即O點對于防空洞的實際自激自收時間變小,于是地震時間剖面中會形成曲率小于實際防空洞洞頂曲率的弧頂反射。且當防空洞洞頂曲率半徑R大于弧頂高h時,在地震時間剖面中還會出現(xiàn)Q點的斷點繞射現(xiàn)象。2.2“0”+2v2由于防空洞內(nèi)外介質存在波阻抗的差異,如防空洞內(nèi)無充填物,防空洞界面地震波反射系數(shù)存在如下關系:Ru=ρ1V1?ρ2V2ρ1V1+ρ2V2=Z1?Z2Z1+Z2Ru=ρ1V1-ρ2V2ρ1V1+ρ2V2=Ζ1-Ζ2Ζ1+Ζ2式中:Ru—反射系數(shù);ρ1、ρ2—原巖、空氣密度;V1—原巖中地震波波速;V2—聲波速度;Z1=ρ1V1—原巖波阻抗;Z2=ρ2V2—空氣波阻抗。由于ρ1>>ρ2、V1>>V2,于是Z1>>Z2,根據(jù)半波損失理論,反射波與入射波相位相反,從表象上看即只有向防空洞內(nèi)透射而較少形成反射波,該現(xiàn)象隨防空洞埋深變淺而顯著。當防空洞內(nèi)有充填物時,同樣由于其緊密度不如原巖,地震波傳播速度亦會減小,于是會產(chǎn)生部分透射而致使反射回地面的地震波的能量嚴重衰減。當?shù)卣鸱瓷洳芰克p后,其頻率自然降低,在地震時間剖面上形成低頻區(qū)。2.3超淺層地震勘探中的反射接收點防空洞已破壞了地層的連續(xù)性,亦即造成了反射層位的中斷,在地震時間剖面上反射波組不連續(xù)追蹤為識別防空洞的重要標志之一。超淺層地震勘探中震源沿覆蓋方向前進,當炮點接近防空洞洞頂時,由于地震波能量頻散及反射波組中斷因素,所形成的反射接收點將不是正常接收點(圖2),而是沿覆蓋方向向前位移,因此,在處理后的地震時間剖面中異常會偏離防空洞的實際位置向覆蓋方向位移。該現(xiàn)象在淺層及深層地震中也會有表現(xiàn),且隨勘探深度的變淺而越來越明顯。3研究和應用的效果(1)基巖巖溶地層1998年8月份,我們采用美國Geometrics公司生產(chǎn)的StrataViewR24型淺層數(shù)字地震儀對華新水泥股份有限公司擬建熟料儲罐場地作了探測工作。場地內(nèi)地層主要為三疊系下統(tǒng)大冶群灰?guī)r,巖溶較發(fā)育,其外圍曾見有防空洞痕跡。由于該公司在相應的配套工程建設中因地下存在溶洞而致?lián)p失數(shù)十萬元,為此該以司對此次熟料儲罐的擬建場地十分重視,要求查明基巖面下20m內(nèi)是否存在溶洞及其它不利建筑因素。該場地為采石過程中開采出來相對平整的場地,除淺部碎石外,即為基巖(灰?guī)r)。經(jīng)試驗,本次工作中選擇淺層縱波反射法,使用60Hz垂直檢波器。采樣時間128ms(經(jīng)處理,地震時間剖面中為100ms),采樣率31μs,道距0.5m,偏移2m,帶通濾波高切1000Hz,低切10Hz。采用單邊激發(fā)(錘擊震源)6交覆蓋觀測系統(tǒng)。(2)儲區(qū)防空洞特征工作中,我們對儲罐區(qū)場地共布設6條測線,圖3為1線地震水平疊加時間剖面,剖面中含兩處異常區(qū),即CDP點245~275及300~330兩個范圍(后面分別稱為1號、2號異常)。兩個異常處,均有反射波組中斷、不連續(xù)且呈繞射現(xiàn)象,其弧形頂部反射波雙程旅行時間約10~12ms。開始我們懷疑其為溶洞,經(jīng)分析兩處深度大致相當、異常反映寬度也相當,并結合以往工作經(jīng)驗,認為異常存在典型防空洞特征表現(xiàn),因此推測為防空洞。由于兩處異?；⌒畏瓷湟韵碌那闆r不同,即1號異常里有低頻率反射波組且波形畸變紊亂等,而2號異常里幾乎無反射波(振幅幾乎為零),推測1號異常為充填型防空洞,2號異常為空洞。根據(jù)對該區(qū)地震波速度分析,地震波速度約1100~1300m/s(取1200m/s),解釋防空洞頂埋深約為6.6m~7.8m,經(jīng)后期鉆探查證(CDP284點),在2號異常位置深6.6m處見防空洞,證明推斷解釋成果正確。此處鉆孔位置與異常位置略有偏差(相距4m),與異常位移現(xiàn)象相符。經(jīng)其它剖面工作成果分析,我們大致推測出擬建儲罐區(qū)下的防空洞為網(wǎng)狀分布(后經(jīng)鉆孔查證亦證實了網(wǎng)狀分布)。據(jù)以上的分析及工作成果說明了超淺層地震勘探對防空洞有明顯的探測效果。4防空洞表現(xiàn)分析通過實例及理論