一種基于氣泡震源的水上地震折射數(shù)據(jù)采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬工程勘察技術(shù)領(lǐng)域，具體說屬于工程勘察技術(shù)領(lǐng)域中地球物理勘探的地 震勘探領(lǐng)域，特別涉及一種基于氣泡震源的水上地震折射數(shù)據(jù)采集方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水電前期各階段的任務(wù)主要是選擇合適的壩址、調(diào)查庫區(qū)地質(zhì)條件等，在工程探 測中即為查明各個(gè)區(qū)域的覆蓋層厚度、風(fēng)化層厚度，了解下伏基巖縱波速度以及低速帶的 分布范圍。折射波法是水電工程地震勘探中應(yīng)用最為廣泛的，也是較為成熟的方法之一。地 層中當(dāng)下層介質(zhì)的速度大于上層介質(zhì)時(shí)，以臨界角入射的地震波在沿下層介質(zhì)的界面滑行 的同時(shí)在上層介質(zhì)中產(chǎn)生折射波。用儀器記錄出折射波的傳播時(shí)間、分析解釋地震記錄，可 以推斷出巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)，從而達(dá)到各類地質(zhì)條件以及地層破裂帶的調(diào)查和工 程質(zhì)量檢測的目的。
[0003] 傳統(tǒng)的水上地震折射波法勘探是運(yùn)用激發(fā)接收互換原理，采用相遇時(shí)距曲線觀測 系統(tǒng)，在所布測線河中激發(fā)點(diǎn)位置用炸藥震源激發(fā)地震波，河兩岸測線端點(diǎn)布設(shè)檢波器接 收地震波來進(jìn)行外業(yè)的數(shù)據(jù)采集的。傳統(tǒng)采集方式由于使用到炸藥震源，對生態(tài)環(huán)境具有 巨大的破壞性，而且有著較大的施工危險(xiǎn)性。因此需要尋找一套綠色環(huán)保，高效率、低成本， 安全可靠的替代炸藥震源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于氣泡震源的水上地震折 射法外業(yè)數(shù)據(jù)采集方法，在保證目標(biāo)勘探深度的條件下，采用綠色環(huán)保，高效率低成本，安 全可靠的氣泡震源在河中激發(fā)點(diǎn)位置激發(fā)地震波，采用互換原理，在河流兩岸測線端點(diǎn)安 置高精度的接收檢波器的方式進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種基于氣泡震源的水上地震折射數(shù)據(jù)采集方法，包括如下步驟： 步驟（1)，測線設(shè)計(jì)：根據(jù)工作任務(wù)、探測對象、地質(zhì)構(gòu)造和地形條件確定測線的布置； 沿順江剖面和跨江剖面做水上地震折射波測線布置時(shí)，要求測線力求為直線，盡量垂直巖 層或構(gòu)造的走向；測線要盡可能與其它物探測線或鉆探的勘探線一致；測線要均勻地分布 在全測區(qū)；當(dāng)?shù)貙觾A角較大時(shí)，應(yīng)改變測線方向以避免盲區(qū)過大或接收不到折射波； 步驟（2)，確定數(shù)字化檢波器位置及氣泡震源激發(fā)點(diǎn)間距：數(shù)字化地震檢波器位置及 氣泡震源激發(fā)點(diǎn)間距應(yīng)據(jù)試驗(yàn)工作來進(jìn)行設(shè)計(jì)；試驗(yàn)工作應(yīng)布置在擬定測區(qū)內(nèi)河道相對較 直、水流相對較平穩(wěn)的河段；在無已知資料時(shí)，根據(jù)河流寬度，設(shè)計(jì)試驗(yàn)剖面長度為河流寬 度的2~5倍；淺層地震折射波法要求數(shù)字化檢波器的位置(折射波的接收地段）必須在盲 區(qū)范圍之外，盲區(qū)范圍隨折射界面的深度、傾斜情況以及臨界角的大小而變化；根據(jù)互換原 理，在做這種水上地震折射波勘探時(shí)，數(shù)字化檢波器安裝位置(接收點(diǎn)）設(shè)在岸邊，氣泡震源 激發(fā)點(diǎn)在河道內(nèi)等間距設(shè)置；采用相遇時(shí)距曲線觀測系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)行氣泡震源激發(fā)點(diǎn)和數(shù)字 化檢波器位置互換后，應(yīng)保證追蹤界面的相遇段至少4個(gè)檢波點(diǎn)能有效接收折射波；數(shù)字 化檢波器埋設(shè)時(shí)做到位置準(zhǔn)確，兩岸埋置條件一致，并與地面接觸牢固、防止漏電和背景干 擾；氣泡震源激發(fā)點(diǎn)位置間距應(yīng)根據(jù)選用方法、探測任務(wù)要求和地球物理?xiàng)l件確定；在同 一測線上，宜采用同一檢波點(diǎn)距和排列長度，激發(fā)點(diǎn)間距宜為5?10m; 步驟（3)，架設(shè)跨江剖面，布設(shè)數(shù)據(jù)傳輸電纜：因左、右岸接收點(diǎn)是在剖面上的，所以布 置剖面時(shí)要兼顧選取的接收點(diǎn)的位置，使其盡可能靠近岸邊、便于埋置；當(dāng)受地形、地面條 件限制，檢波器不能安置在原設(shè)計(jì)點(diǎn)位時(shí)，可沿測線移動，移動的位置不包括互換點(diǎn)，如有 困難時(shí)可沿垂直測線方向移動，其偏移距離應(yīng)小于1/5激發(fā)點(diǎn)間距； 架設(shè)跨江剖面要求： 第一，按照步驟（2)中的要求確定好數(shù)字化檢波器位置及氣泡震源激發(fā)點(diǎn)間距，并設(shè)計(jì) 好跨江剖面后，以剖面左、右兩端為端點(diǎn)沿跨江剖面架設(shè)鋼絲繩，鋼絲繩上掛上掛鉤，數(shù)據(jù) 電纜從掛鉤中通過； 第二，掛鉤上掛上固定氣泡震源觸發(fā)線的繩子，并將氣泡震源觸發(fā)線系在繩子上，保證 氣泡震源觸發(fā)線不被水流沖走； 第三，根據(jù)測試剖面實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定跨江剖面的長度范圍，為使所測河段內(nèi)的解釋點(diǎn)均 勻分布，跨江剖面為平行等間距布置； 第四，依據(jù)勘察精度的要求確定剖面間距大小，間距為20m~40m，掛鉤的間距為5m或l〇m;原因有兩點(diǎn)，其一：掛鉤間距可用作接收點(diǎn)間距，便于計(jì)數(shù)；其二，相同的掛鉤間距可 以保證電纜的受力均勻，使電纜線不易落水，延長其使用壽命； 步驟（4)，數(shù)據(jù)采集：采用相遇時(shí)距曲線觀測系統(tǒng)，首先在河中選定左岸或右岸作為數(shù) 據(jù)采集的始發(fā)端，開動工作船將氣泡震源移動至首個(gè)激發(fā)點(diǎn)，并控制氣泡震源激發(fā)地震波， 應(yīng)用左、右兩岸的數(shù)字檢波器完成首次數(shù)據(jù)采集；然后，按照設(shè)計(jì)的激發(fā)點(diǎn)間距，逐次改變 氣泡震源位置，完成單邊剩余的數(shù)據(jù)采集；最后，將河流的另一岸作為數(shù)據(jù)采集的始發(fā)端， 并確定好氣泡震源的首個(gè)激發(fā)點(diǎn)，重復(fù)以上采集過程，完成數(shù)據(jù)采集；地震勘探數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)包括震源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)字化檢波器和數(shù)據(jù)電纜，震源系統(tǒng)包括氣泡震動裝置、 數(shù)據(jù)電纜和同步控制裝置；采集時(shí)，采集站控制氣泡震動裝置發(fā)生震動產(chǎn)生地震波信號，同 時(shí)發(fā)出同步采集指令，數(shù)字化檢波器采集地震波信號，采集的信號通過電纜傳輸?shù)讲杉?便得到了地震記錄；其中地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)各裝置以及震源系統(tǒng)內(nèi)的各裝置之間的 連接方式為本領(lǐng)域常規(guī)的技術(shù)手段； 步驟（5)，數(shù)據(jù)處理：經(jīng)過處理、解釋便可得到各類地質(zhì)條件以及地層破裂帶的調(diào)查和 土建工程質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)；在處理時(shí)，根據(jù)同一剖面相同激發(fā)點(diǎn)不同接收點(diǎn)的地震記錄，讀取 折射波旅行時(shí)間，繪制綜合時(shí)距曲線，求解折射界面上覆介質(zhì)平均速度、基巖波速和界面深 度；根據(jù)定量解釋成果，繪制河床基巖波速等值線圖、河床沖積層厚度等值線圖，依據(jù)基巖 波速大小，初步評價(jià)測區(qū)河段內(nèi)的河床基巖完整性。
[0006] 上述技術(shù)方案中所述的氣泡震源為電磁脈沖震源。
[0007] 進(jìn)一步，優(yōu)選的是所述的震源類型為氣泡震源，頻率窄帶400Hz脈沖，聲源級 +200dB〇
[0008] 上述技術(shù)方案中步驟（5)所述的求解折射界面上覆介質(zhì)平均速度、基巖波速和界 面深度的方法為淺層地震折射波勘探解釋方法。
[0009] 進(jìn)一步，優(yōu)選的是步驟（5)所述的淺層地震折射波勘探解釋方法為tO法、延遲時(shí) 法、共軛點(diǎn)法或時(shí)間場法。
[0010] 其中，to法、延遲時(shí)法、共軛點(diǎn)法或時(shí)間場法可根據(jù)《水利水電工程物探規(guī)程》等相 關(guān)文獻(xiàn)所記載的內(nèi)容來確定。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為： (1) 本發(fā)明提供一種基于氣泡震源的水上地震折射數(shù)據(jù)采集方法，該方法采用了一套 綠色環(huán)保氣泡震源系統(tǒng)替代炸藥震源系統(tǒng)，解決了使用炸藥震源對生態(tài)環(huán)境的污染破壞和 安全問題，本發(fā)明改變了傳統(tǒng)水上地震折射勘探的數(shù)據(jù)采集與作業(yè)方式，可用于內(nèi)陸江河 的水上地震勘探； (2) 本發(fā)明采用施工起來安全、可靠，激發(fā)能量能達(dá)到勘探要求的水上氣泡震源在河中 激發(fā)點(diǎn)位置激發(fā)地震波，在河流兩岸采用數(shù)字化檢波器接收地震波，從而完成數(shù)據(jù)的采集 過程； (3) 本發(fā)明方法已成功應(yīng)用于國內(nèi)、外水電工程，取得了良好的效果，實(shí)用性強(qiáng)，在水電 站水上勘探中具有廣泛的市場前景和推廣價(jià)值。
【附圖說明】
[0012] 圖1為使用本發(fā)明方法的水上地震折射勘探野外數(shù)據(jù)采集施工示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0014] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā) 明的范圍。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件 或者按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過購買獲得的 常規(guī)產(chǎn)品。
[0015] 如圖1所示，一種基于氣泡震源的水上地震折射數(shù)據(jù)采集方法，包括如下步驟： 步驟（1)，測線設(shè)計(jì)：根據(jù)工作任務(wù)、探測對象、地質(zhì)構(gòu)造和地形條件確定測線的布置； 沿順江剖面和跨江剖面做水上地震折射波測線布置時(shí)，要求測線力求為直線，盡量垂直巖 層或構(gòu)造的走向；測線要盡可能與其它物探測線或鉆探的勘探線一致；測線要均勻地分布 在全測區(qū)；當(dāng)?shù)貙觾A角較大時(shí)，應(yīng)改變測線方向以避免盲區(qū)過大或接收不到折射波。例如， 在西藏曲孜卡水電站，水上地震折射勘探的任務(wù)主要是探測河床沖積層厚度、基巖波速和 順河斷裂構(gòu)造；測區(qū)兩岸地形陡峻。根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，測線為直線，與順河構(gòu)造和河床斜 交，過壩址鉆孔布置，成網(wǎng)狀均勻分布于測區(qū)。
[0016] 步驟（2)，確定數(shù)字化檢波器位置及氣泡震源激發(fā)點(diǎn)間距：數(shù)字化地震檢波器位 置及氣泡震源激發(fā)點(diǎn)間距應(yīng)據(jù)試驗(yàn)工作來進(jìn)行設(shè)計(jì)；試驗(yàn)工作應(yīng)布置在擬定測區(qū)內(nèi)河道相 對較直、水流相對較平穩(wěn)的河段；在無已知資料時(shí)，根據(jù)河流寬度，設(shè)計(jì)試驗(yàn)剖面長度為河 流寬度的2~5倍；淺層地震折射波法要求數(shù)字化檢波器的位置(折射波的接收地段)必須在 盲區(qū)范圍之外，盲區(qū)范圍隨折射界面的深度、傾斜情況以及臨界角的大小而變化；根據(jù)互換 原理，在做這種水上地震折射波勘探時(shí)，數(shù)字化檢波器安裝位置(接收點(diǎn)）設(shè)在岸邊，氣泡震 源激發(fā)點(diǎn)在河道內(nèi)等間距設(shè)置；采用相遇時(shí)距曲線觀測系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)行氣泡震源激發(fā)點(diǎn)和數(shù) 字化檢波器位置互換后，應(yīng)保證追蹤界面的相遇段至少4個(gè)檢波點(diǎn)能有效接收折射波；數(shù) 字化