工程双源面波勘探及其应用

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1、工程双源面波勘探及其应用毛健伟聂碧波郭乃根孙秀容夏学礼上海申丰地质新技术应用研究所有限公司上海201106内容提要：为了提高面波勘探的勘查深度，将多道瞬态面波勘探和微动勘查集成为一轻便的系统，使面波勘探的勘查深度加深至100∽300米，基本满足了工程上的需要。在多道瞬态面波勘探数据采集时应首先对面波波场进行分析，采用大偏移、大道距对提高频散曲线的提取精度十分重要。使用该系统在同一点两种方法采集数据得到的频散曲线有着十分好的重复性和唯一性，并能得到验证。工程双源面波勘探在浅部煤层采空区中的应用取得了很好的效果。在煤层埋藏较浅，得不到煤层反射波的煤层采空区调查中有着较好的应用前景。关键词：面波微震

2、双源采集系统频散1引言上世纪九十年代中期，北京水电物探研究所刘云祯先生首先提出了“多道瞬态面波法【1】勘探”，并研制出具有自主知识产权的多功能面波仪，开发出相应的资料处理软件。多道瞬态面波法勘探在工程界得到普遍应用。并于2004年国家颁布了“多道瞬态面波发勘【2】【3】察规程”。通过多年的实践，多道瞬态面波法勘探在频散曲线提取中的稳定性问题，【4】频散曲线的“之”型问题及勘探深度较浅等都使其应用受到限制。1998年原地质矿产【5】部王振东先生针对多道瞬态面波勘探勘探较浅（20米左右）提出了双源面波勘探的设想，拟将多道瞬态面波勘探和微动勘查在软、硬件上集成为一个系统，即同时可进行“多道瞬态面波法

3、勘探”，又可进行“微动勘查”，取之所长，避之所短，提高面波勘探勘查深度，满足绝大部分工程的需要。虽然“多道瞬态面波法勘探”和“微动勘查”都是应用面波在非均匀介质具有频散特性和半波长理论来研究地下地质结构，但他们在数据采集方法、使用的硬件及资料处理方法上有着较大的差别。上海申丰地质新技术应用研究所有限公司于2008年在加拿大骄佳技术公司赵冬先生的配合下，选择美国SI公司生产的S-Land数字化工程地震数据采集系统为硬件，赵东先生编制的天然原面波F－K、SPAC、ESPAC处理软件集成了工程双源面波勘探系统，并在野外进行了大量的试验，使面波勘探的勘探深度提高至100-300米。该系统之所以定名为工

4、程双源面波勘探系统，它在两方面不同于“微动勘查”，一是它的采集硬件是多道（24或48道）而不是4或7个独立的采集单元，一个系统既可采集人工源面波，又可进行微动采集；二是它采用的传感器是2.5Hz和4.5Hz低频检波器，而不是低频摆，该系统更换检波器后还可进行地震反射和折射波法勘查，一个系统可以进行多种弹性波法数据采集，既适用又经济。12工程双源面波勘探数据采集与处理系统工程双源面波勘探数据采集与处理系统中的野外数据采集系统为S-Land数字化工程地震勘探数据采集系统，由主机及两串数据链（24或48道）组成，传感器为重庆地质仪器厂生产的2.5Hz或4.5Hz检波器，主要技术参数如下：通道数：24

5、道、36道、48道可选采样率：0.25ms、0.5ms、1.0ms,、2.0ms、4.0ms动态范围：145dBA/D：△-∑24位前放增益：0dB、12dB、24dB、36dB频宽：0.25ms,0-1600Hz；0.5ms,0-800Hz；1ms,0-428Hz；2ms,0-210Hz通频带波纹系数<0.1dB系统平均单道功耗<250mv00工作温度：-35C~+75C记录格式：segy主机重量：2.2kg本系统采用数字化检波器技术，即在每一个检波器上有一个SMG，其中有前置放大和△-∑24位A/D转换，它采集到微弱的人工源面波信号和微动信号后经放大后即转为数字信号，灵敏度、保真度高，使信

6、号不受干扰和畸变。另外，该系统频带低频响应好，动态范围大，很适用于进行双源面波法勘探。处理软件采用加拿大骄佳技术公司的6.1高级版面波处理软件。人工源面波勘探采用Ｆ-Ｋ方法，二维F-K变换和tau-p变换，可以在FK、FV、FP域中提取频散曲线，天然源面波处理软件有F-K（频率-波数法），S-PAC（空间自相关法）及ESPAC（扩展的空间自相关法），其中F-K和ESPAC法不再局限于SPAC的圆型或三角形台阵，使用更灵活的排列布置来适应实际工作环境。3数据采集中的几个问题人工源面波勘探（多道瞬态面波勘探）经近二十年的研究应用，已逐渐发展成一种重要的工程物探方法。众所周知，频散面波具有不同的频散

7、振型，目前在多道瞬态面波勘探中主要应用基阶振型频散面波。所以在数据采集时能否采集到不受干扰的基阶振型面波对能否取得较好的勘查效果十分重要。目前在人工源面波勘探中有一个误区，由于面波的能量强易于采集和识别，往往不重视外业数据采集参数中偏移距和道距的选择。合理的采集参数是该法取得效果的关键。图1是清华大学声学实验室沈建国先生的物理试验模型。可【6】见基阶面波、高阶面波及体波有着不同的发育空间。图2是实