水工环地质调查反射地震法技术

罗腾

（湖南省地质矿产勘查开发局407队 湖南怀化 418000）

水工环地质调查反射地震法技术

罗腾

（湖南省地质矿产勘查开发局407队 湖南怀化 418000）

随着我国社会经济的不断发展，对水工环地质调查工作的要求也在不断的提高，越来越多的先进地质调查方法被运用到水工环地质调查中。其中，反射地震法因其具有较强的适用性和较广泛的运用范围，得到了非常广泛的运用。本文主要阐述了反射地震法的技术原理及其在水工环地质调查中的运用。

水工环；地质；地震波；反射

引言

随着我国工程建设规模的不断扩大，人们对水工环地质调查的重视程度越来越高。在水工环地质调查中，运用反射地震法不仅可以对地质调查的质量进行保证，还能够保证水工环地质调查的应用效果，为工程建设打下良好的基础。本文主要谈论水工环地质调查中反射地震法的相关知识。

1 地震波反射法的起源

据查，地震波反射地质调查方法最早起源于20世纪初，但是因为当时的技术水平还比较低下，无法实际投入使用。到了20世纪20年代，J.C.卡彻才将地震波反射法投入到实际地质调查工作中，在美国的美国俄克拉荷马州第一次记录到人工地震产生的比较清晰的反射波。到20世纪30年代，在美国的美国俄克拉荷马州运用该技术一共发现了三个油田。从此以后，地震波反射法正式投入到地质调查工作中。

2 地震波反射法工作原理

地震波反射法英文名为Tunnel Seismic Prediction，简称TSP，它是通过地震波反射回波的方法原理进行测量的方法。该技术主要是利用药量比较小的炸药激发产生地震震源，在岩石中地震波是以球面波的形式进行传播，一旦地震波遇到弹性波阻抗差异界面时，比如遇到岩体破碎带、断层或者是岩溶发育带，那么其中一部分的地震信号就会向回反射，剩下的一部分信号会穿透界面继续进行传播。灵敏度高的地震波接收器将会接收到反射回来的地震信号，反射信号的传播时间与传播速度成反比，与传播距离成正比，通过测量得到的反射回波的时间以及直达波的速度，就能够对地质条件进行预报。

通常来说，地震波反射法运用的最大的炮检距不会高于最深目的层的深度。在检测记录的过程中，不仅会记录到反射波的信号，还常常会记录到其他杂乱的振动波，这些接收到的不必要的波会对接收到的反射波产生一定的干扰。因而在地质勘查中，通常运用组合捡波，也就是运用两个或者以上的检波器的组合取代运用单个检波器，此外，还可以运用组合震源取代单个震源，并且之后需呀对地震数据进行进一步的处理，保证地质勘查的准确性。

3 案例分析

3.1 工程概况

某铁路正线全长为530km，共计桥梁有480座，占整个线路总长度的1/4。全段左线拉通桥隧总长419.631km，桥隧比重81.5％。正线路基长度95.389km，占线路长度的18.5％。××隧道进口里程为D3K230+119，出口里程为D5K231+678，隧道全长1559m。丘陵-低山地貌，洞身基岩为志留系韩家店组和石牛栏组的灰岩、泥岩、页岩及砂岩，该段为单斜岩层，岩体节理裂隙弱发育，完整性好。隧道进口洞门仰坡顺层，隧道出口洞门上方有危岩分布，隧道洞身段泥岩和页岩遇水易软化，该段地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.25s。地表多为季节性冲沟，地表水不发育，地下水主要为基岩裂隙水，隧道开挖以点滴状和线状涌水为主。隧道洞身段D5K231+035～+455位于灰岩和灰岩与非可溶岩的接触段，该段岩溶中等发育，且该段灰岩上覆和下伏基岩均为非可溶岩该段灰岩成为地下水流通和排泄的良好通道，特别是在接触带岩溶尤为发育；地下水对混凝土结构具侵蚀性，环境作用等级为H1级，平常期涌水量为926.52（m3/d），雨期最大涌水量为1519.49（m3/d）。在地质调查法的基础上，开展弹性波反射（如TSP）法预报工作。

3.2 TSP测量系统的布置和量测

以隧道内部岩层的走向为主要依据，从而确定炮孔的布置位置。起始于掌子面附近的边墙位置开始布置第一个激发孔，以后每间距1.5m处布置下一个激发孔，激发孔向下倾斜10～20°，孔深为1.5m，连续布置24个激发孔。在第24个激发孔朝着洞口的方向量测15～20m，分别在左右边墙的位置布置一个地震波信息接收孔，孔径为50mm，深度为2m。激发孔与接收孔基本保持在同一个高度上。待孔全部钻好后需要对孔间距进行量测并与隧道里程发生关系。如表1为炮孔布置参数表。图1为2TSP测量系统布置图。

表1 炮孔布置参数表

图1 TSP测量系统布置图

3.3 TSP测量的野外实施

3.3.1 埋设地震波信息接收探头

在地震波反射法测量过程中，需要将接收器的探头埋设在钢套管中，之后将钢套管通过双组分环氧树脂或锚固剂与围岩紧紧耦合在一起，这样便于进行地震波信号的接收，提高工作效率。

3.3.2 药包的埋设

在勘查过程中，炸药需要采用乳化炸药，并且使用可以瞬间发射的雷管。在各个激发孔中，需要利用小药量的炸药来对地震波信号进行激发。在放炮之前，需要将水灌入到激发孔中，起到使爆破产生的能量能尽量在围岩中传播并压制灰尘和消焰的目的。

3.3.3 数据采集

等到上述工作完成之后，进行可以进行数据的采集工作。在数据采集过程中，需要进行噪音监测，当噪音比较低时，就能够采集数据并且开始进行放炮作业。这时，起爆器产生的电信号不仅要去触发电雷管引爆药包，另一方面给仪器一个信号以打开里边的数据传输通道。通过药包的爆破，所产生的地震波信号很快会被接收探头所接收到并记录下来。依次下去，直到24个激发孔全部放炮完毕为止。

3.3.4 资料解释

以地震波反射法的原理为依据，并且结合相关工作经验，将距离距离隧道轴线比较近并且能量较大的反射波组判释为围岩异常区域，并且综合地震波速、反射波相位、泊松比和动态杨氏模量等参数对围岩异常区的类别进行划分。解释原则如下所述：①泊松比高说明有流体存在，纵波波速低说明有裂隙存在；②S波反射能量强，P波反射能量弱，说明有流体存在；③S波反射能量弱，P波反射能量强，说明有裂隙存在；④反射波为正相位时，说明围岩由软弱岩层进入坚硬岩层；⑤反射波为负相位时，说明围岩由坚硬岩层进入软弱岩层；⑥当泊松比大于0.28或VP/VS突然增大时，前方地质情况为有水或围岩较破碎；⑦当静态杨氏模量大于30时，石质坚硬，反之，石质较软；⑧当反射界面较多且静态杨氏模量和泊松比变化频繁，幅度较大时，围岩为破碎带，若为负反射振幅时，围岩为软弱破碎带。

4 结语

综上所述，运用地震波反射法，可以使得水工环地质调查水平得到很大的发展。上文主要通过对地震波反射法原理的分析，并且通过对相关案例的分析，相信读者对水工环地质调查地震波反射技术有了一定的了解。在今后的工作中，还需要加大力度研究，提高地震波反射法的地质调查水平，为水工环地质调查工作做出更大的贡献。

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P631.4

A

1004-7344（2016）02-0159-02

2015-12-28

罗腾（1988-），男，助理工程师，本科，主要从事岩土工程勘察方面的工作。