1、横波地震探测应用实例- 1 -横波地震探测应用实例蓝星 1，李洋森 2， 张炜 1 ，周武 1(1.成都理工大学地球物理学院，四川成都市 610059；2.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100)摘要：横波与纵波相比，具有速度低、频率低、波长短，且不受地下水影响的优点。因此，横波地震勘探可以达到纵波地震勘探所无法达到的分辨率和精确度，能很好的完成对第四纪覆盖物及其下伏基岩探测的任务。本文以汉旺镇某地为例，介绍了横波地震在对浅层地区勘探的数据采集方法以及后期地震资料处理流程，结合相关资料，对浅层地层层面进行了划分，收到了较为理想的效果。从而得出了横波地震勘探技术具有实际可行性和良好
2、的应用发展前景结论。关键词：横波地震勘探；浅层地层；地震解释 S-wave seismic detection application examplesLan Xing1, Li Yang-sen2 ,Zhang Wei1,Zhou Wu1 (1.College of Geophysics , Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China; 2.College of Marine Geo-science, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)Abstract：S-wa
3、ve and P-wave, compared with a low speed, low frequency, wave length, without the advantages of groundwater impact. Therefore, the S-wave seismic exploration of the P-wave seismic exploration can not reach resolution and accuracy, well Quaternary covering its underlying bedrock layered detection tas
4、k. The Hanwang example, describes the S-wave seismic data collection method and the latter shallow areas for exploration seismic data processing flow, combined with relevant information, were divided on the level of the shallow strata, received a more satisfactory results . To arrive at S-wave seism
5、ic exploration techniques with practical feasibility and good application prospects conclusions.Key words：S-wave seismic exploration; shallow seismic; seismic interpretation横波地震探测应用实例- 2 -1 引言地震勘探是使用人工方法激发地震波（弹性波），沿侧线布置地震仪器，根据组成地层的各种岩石或者介质具有不同的弹性，当地震波在地层中传播时，其传播路径、旅行时间、波形、振幅等都将随介质的弹性以及地层界面的几何形态的不同而发
6、生变化，进而查明地下地质情况的一种传统地球物理手段。地震勘探应用领域广泛，具有精度高，分层详细，探测深度大等优点，在寻找石油，天然气，煤都重要资源普查中发挥着重要的作用 1 -2。而在工程勘查中，地震勘探主要查明第四系覆盖层厚度及分层，基岩埋深及基岩面形态，以及存在不良地质构造的位置、规模、产状、走向等情况。传统的地震勘探方法主要是指纵波，对横波的技术应用较少，主要是因为横波的激发、接收和识别在相关技术上都要困难、复杂得多。近年来，各个省市的公路、铁路、勘察设计院等相关部门在研究地震勘探方法的同时，也相应做了一些关于横波反射的实验研究工作。但由于以上原因，横波反射勘探技术在工程领域的实际应用较
7、少，我国在横波地震勘探的研究还基本处于起步阶段 3-5。横波波速低，波长短(某些地区仅为纵波波长的五分之一)，在松散地层中的传播速度远远低于纵波，并且由于横波特殊的传播特性，可以不受地下水影响，对潜水面的松散层勘探很有利。基于以上优点，横波地震勘探成为一种抗干扰能力强、分辨率高的勘探方法，尤其在100米以内的浅层勘探，需要查明多处较小的地质体的情况下，具有传统纵波地震勘探所无法比拟的分辨率和解释精度 5-8。2 横波勘探基本原理 在缩胀力作用下产生的纵波，可以在固、液、气三态下传播。而横波是由剪切力产生的，在气体和液体中，介质的剪切模量为零，不能传播横波 9。因此横波只能在固体介质下传播。而纵
8、波的质点振动方向与波的传播方向一致，横波的质点振动方向垂直于波的传播方向，因而两者的偏振特性也成为纵横波的主要区别。由相关的波动理论可得，弹性介质中纵波和横波的传播速度可表示为：（1）2(1)2()ps EV横波地震探测应用实例- 3 -其中， 、 分别为纵波和横波的传播速度； 为介质的剪切模量； 为介质弹性pVs E模量； 为介质的泊松比； 为介质的密度。根据式(1)可知纵、横波比为：（2）2(1)psVR由于介质的泊松比的取值范围一般在0 0.5，因而，:（3）2psV在一般情况下，松散覆盖层的纵横波速度比在1.5 3.5之间，即为 ，:1.5psV:而在浅层地震勘探中，横波的频率为30H
9、z 40Hz，纵波的频率一般在50 60Hz之间，所以，在两者频率相近的情况下，横波分辨率是纵波分辨率的数倍 10-15。3 应用实例3.1 工区概况简介绵竹市汉旺镇是 5.12 汶川大地震的受灾极其严重的地区之一，为了抗震减灾以及今后灾后重建工作的开展，需要对当地的地质情况做一个比较系统的了解。而横波勘探作为勘探手段之一，也将对相应的地球物理特性做出评价。由于地震后该地区浅部地质信息相当复杂，因此横波勘探的高分辨率和高精度的优点更能很好的体现出来，为后期的科研工作做好铺垫。3.2 野外工作方法评述在震源上，应该要选择一块大小和质量符合要求的枕木，并且在枕木的底部钉上带有锯齿状的铁钉，以此保证
10、枕木可以和地面有良好的接触，可以产生足够的剪切力。然后用24 磅铁锤侧敲枕木作为触发。为了提高反射波的能量一般采用多次敲击的方法，但过多的敲击次数也会降低反射波的频率，因此在保证反射波能量的前提下应尽量减少敲击次数。本次勘探采用重庆奔腾数控技术研究生产的 WZG48A 工程地震仪器，检波器采用专门的横波检波器，全通带滤波。施工测线一条，总长度为 48m，采用 6 次覆盖观测系统，观测系统如图 1 所示。具体为中间放炮，炮间距 1m，道间距 1m，12 道接收的 6 次覆盖系统。横波地震探测应用实例- 4 -图1 6次覆盖观测系统Fig.1 Six cover observing system3
11、.3资料处理进行野外数据采集后，需要对地震数据进行室内处理。目前，国内尚无专门针对横波地震勘探资料研发的处理软件,横波资料处理常常采用纵波处理软件和流程，而横波地震资料又具有速度和频率都相对较低的特点。因此，应在常规处理流程外，应对各方面的参数和流程进行精细测试、对比，以期达到更好的效果。图2便是常规纵波处理流程。横波地震探测应用实例- 5 -图2 常规纵波处理流程 Fig.2 Conventional longitudinal wave processes在此基础上做好常规处理以外，还应该做好以下两点：(a)精细静校正。由于受地表起伏，地表低速带等影响，野外的原始记录中的反射波有一定错动，而
12、为了消除这种错动，避免影响后续的叠加处理，降低资料质量，必须进行精细的静校正，以提高资料的信噪比。(b)多次反褶积。反褶积是提高地震纵向分辨率的有效方法，其中包括最小平方反褶积、脉冲反褶积、地表一致性反褶积等方法。而具体选择哪种方法则应该因地制宜，具体考虑。而同时为了避免反褶积处理带来的降低信噪比降低的问题，应配合使用带通滤波，变换等。p横波地震探测应用实例- 6 -3.4资料解释图3、图4分别是浅层地震横波、纵波单炮记录，中间激发，12道接收。图3 横波地震单炮记录Fig.3 S-wave seismic single shot record图4 纵波地震单炮记录Fig.3 P-wave s
13、eismic single shot record图5、图6分别是反射地震横波、纵波F-K频谱分析。由图可看出反射横波主频范围在40 Hz左右，而反射纵波主频范围在 60Hz左右。反射纵波主频大于反射横波主频。横波地震探测应用实例- 7 -图5 横波地震F-K频谱分析Fig.5 S-wave seismic F-K spectrum analysis图6 纵波地震F-K频谱分析Fig.6 P-wave seismic F-K spectrum analysis野外采集的横波地震资料，经过上述的数字处理后，得到了经过水平叠加的时间剖面。图7是处理后的浅层地震横波时间剖面。横波地震探测应用实例-
14、8 -图7 横波地震时间剖面Fig.7 S-wave seismic time section图8 纵波地震时间剖面Fig.8 P-wave seismic time section剖面内地震反射波可见剖面层次清晰，分辨率较高，在20ms处附近有一单相位的波组基本水平且连续性较好，东段能量较西段稍强，定名为 ；在50ms处附近有一单相位波组，1T东段能量较西段稍强，西段分叉为两个弱相位，东段的连续性较好，定名为 ；在100ms2T处附近有一单相位波组，中间部分明显与东、西两端有错动，东段能量较西段稍强，定名为 。图中还可见，三段波组西高东低，呈现整体下降的趋势。3T图5为对应工区纵波地震时间剖
15、面，由此可发现二者在产状和深度上均有较好的一致性。但是纵波波长较长，分辨率较低，相比而言，横波分辨率明显高于纵波，对于小型地质体和断裂破碎带的分辨识别能力较强。而再往下，由于横波能量穿透能力差，在其剖面上只有时断时续的波组，但是在纵波剖面上还有较为连续的两个波组，推测为强风化层和横波地震探测应用实例- 9 -中风化层以及微风化层的分界面。结合地质资料并根据相应的振幅特征、频率变化，速度关系可分层为为： 主要为粘土层，其横波速度在90m/s左右，纵波速度在450m/s； 主1T 2T要为夹杂着小块卵石的粉砂岩，其横波速度在250m/s左右，纵波速度在1150m/s； 主要3为强风化砂岩和泥岩，中
16、间部分有明显的断层，其横波速度在450m/s左右，纵波速度在1700m/s。 、 、 波所分别对应的深度约在3m 4.5m、8.3m 9.6m、15.4m 18.5m。1T23 :整体为西高东低的下降趋势，20m左右处地质构造运动较为强烈。4 结论和认识通过对横波地震勘探的理论探索以及实际运用的研究，表明该方法是具有较高分辨率和精确度的浅层地震勘探技术方法，特别是对埋藏不深的第四系覆盖层及其下伏基岩的探测有着重要的意义，能较好的完成工程勘探任务。不过由于地震地质条件等诸多因素的限制，横波地震勘探也不可能解决一切地质问题。在进一步的研究和学习实践中应注意以下几个问题。(a)横波激发场地问题。横波
17、是靠地面施加剪切力而产生的，松软的介质会产生塑性形变，锤击的能量被大量吸收。因此，应选择在较为坚实的路面，锤击能量才能激发出较强的地震波。避免在软弱土层上施工作业。(b)速度的求取问题。在实际生产中，由于种种原因，钻井资料无法覆盖所有目的层，不能得到全部实际地层的有效横波速度，满足不了需求。在这种情况下，合理利用反射纵波、折射波等其他勘探方法，联合多种地球物理手段，弥补横波勘探，取长补短，以期能达到效果、利益的最大化。而在速度的反演过程中，尤其当遇到实际情况比较复杂的地质条件时，应采用比较先进正演和反演计算方法，提高计算精度，以便获得更为可靠的结果。参考文献1 Don Steeples. Sh
18、allow seismic reflection section-Introduction J . Geophysics，1998，63(4)：1210-l2l2.2 王东, 张海澜, 王秀明. 部分饱和孔隙岩石中声波传播数值研究J. 地球物理学报, 2006 , 49 (2) : 524-532.3 马德堂,朱光明. 弹性波波场P波和S波分解的数值模拟J. 石油地球物理勘探, 2003,38(5): 482-486. 4 许强，张学强. 横波地震在工程勘查中的应用J. 工程地球物理学报，2009，6(6) :746-748.横波地震探测应用实例- 10 -5 陆基孟地震勘探原理M. 东营：中
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