横波反射在岩溶塌陷探查中的应用

横波勘探在基岩埋深调查中的应用探究摘要】本文围绕横波勘探技术在基岩埋深调查中的应用问题进行分析与探讨，首先对横波勘探技术的基本工作原理进行分析，然后对横波震源的选择问题进行研究，并对横波勘探观测采集的主要内容进行阐述，最后对横波勘探成果作出合理解释，认为在诸多勘探技术方案中，地震横波勘探技术表现出了干扰波少、高频特性好、反射能量强等一系列应用优势，可进一步应用于基岩埋深调查工作中。

【关键词】基岩；埋深；横波勘探对于工程项目而言，在项目选址前期必须深入勘查并评价被选择场地的工程、环境、水文等地质条件。

在诸多勘探技术方案中，地震横波勘探技术表现出了干扰波少、高频特性好、反射能量强等一系列应用优势，对地下基岩埋深的定位效果确切，在工程前期选址中有着非常独特的应用价值。

以下即围绕横波勘探技术在基岩埋深调查中的应用问题进行分析与探讨。

1 横波勘探工作原理受外部作用力的影响，岩体结构会产生一定程度上的切变以及体变，其中体变导致纵波的产生，切变导致横波的产生。

具体到切向应力的影响上来看，岩层质点相互交替错动导致振动反复发生，其所对应的传播方向与质点运动方向呈现垂直相关性关系，进而导致横波的产生。

从这一角度上来说，横波是在剪切作用力影响下所生成的，具体到的液体以及气体环境来看，其所对应的介质剪切模量取值为零，无法对横波进行传播，因此仅固体介质环境中对横波有良好的传播效果。

从波动理论的角度上进行分析，在弹性介质中，横波、纵波的传播速度主要受到介质弹性模量、剪切模量、泊松比、以及介质密度的影响。

也有观点中认为，在松散介质环境条件下，将频率维持在恒定范围内，则纵波分辨率显著低于横波分辨率。

除此以外，纵波速度相对于介质饱水度的敏感性较高，横波波速受此因素的影响较不明显，因此基于横波的勘探技术在浅层勘探领域中更具应用优势。

横波勘探技术是在人工震源激发作用下，导致震源周边介质质点形成振动，地壳介质中地震波大量传播，传播过程中一旦遭遇两类弹性性质不同介质的分界面的情况，受特殊因素影响导致反射作用的产生，横波反射波信号被检波器接收，并在浅层地震仪作用下对所返回地震波信号进行接收，通过对振幅特征以及时频特征进行分析的方式，掌握地下地质体所对应的具体特征信息，从而面向基岩埋深调查工作的开展所服务。

综合物探方法在岩溶塌陷调查中的应用分析摘要：随着科技的发展，物探技术不断进步。

地下塌陷情况十分复杂，对地面塌陷的检测方法最直观有效的是钻孔取心法，通过对心样进行相关试验分析，可以准确地判断出不同地层的厚度和完整性等，但是这种方式有一定缺陷，取心点位的随机性较大，易发生漏检，以及取心点位的密度不足，结果代表性不够。

同时钻孔取心对环境也有一定的破坏作用。

近年来，国内外的许多案例表明物探检测技术对地面塌陷检测是有效的，采取合适的物探技术手段可以预先查明地面下方隐伏的塌陷隐患，及时采取措施除险，防患于未然，实现提前预防和监测灾害的发生。

关键词：综合物探方法；岩溶塌陷调查；应用分析引言岩溶塌陷是指地表岩土体受岩溶作用影响向下陷落并在地面上形成塌陷坑（洞）的地质现象。

岩溶塌陷的形成必须具备以下3个条件：岩溶化地层，发育溶洞（溶缝或溶隙）或土洞为地下水补-径-排和塌陷物质提供储存场所或通道；基岩上覆有一定厚度的红黏土层（或完整性差的岩层）；产生岩溶塌陷的主导因素——致塌作用力（潜蚀作用、真空吸蚀、振动论及盖层失托增荷效应等）。

若能利用地球物理方法实现岩溶塌陷隐患（溶洞或土洞发育）的早期识别，为制定科学合理的避让和治理技术措施提供技术支撑，对于岩溶地面塌陷的防治具有重要意义。

1综合物探技术的内容依据综合物探技术的工作原理，可将物探技术划分为：以电性差异为基础的电法勘探；以磁性差异为基础的磁法勘探；以密度差异为基础的重力勘探技术等。

除此之外，还有地震勘探、放射性勘探技术等，综合物探技术的内容涉及较广泛，且在各个领域发挥着积极的作用。

从综合物探技术的实际应用来看，该技术更多地应用在地质矿产资源勘查方面，次之则会在水文地质勘查以及考古业勘查等方面有着一定的应用。

从综合物探技术在地质矿产勘查中的实际应用情况来看，重点是通过电磁学与现代科技设备组合在一起，以此达到高精度、高效率、低误差的勘查目标，保障地质勘查结果的准确性。

横波地震在工程勘察中的应用摘要：以往地震勘探方法中所利用的主要是纵波，对横波的利用比较少，这是因为横波的激发、接收和识别在技术上要复杂得多、困难得多，以及勘探深度有限所致。

与纵波相比，横波具有波速低、波长短，不受地下水影响的特点，这使横波地震勘探反射方法可以提供传统纵波方法无法比拟的分辨率和解释精度，它所提供的反射地震剖面，是真正意义上的“浅层”，完全可以和工程地基的深度范围相匹配。

基于此，本文主要对横波地震在工程勘察中的应用进行分析探讨。

关键词：横波地震；工程勘察；应用1、前言横波反射地震勘探方法可以直接提供土的横波（剪切波）波速，这是工程上非常关心的物性参数。

横波地震勘探反射方法作为岩土工程勘察的一种新技术，已得到国内外工程界的广泛重视，到目前为止，横波反射已经在浅层岩溶勘察、浅层松散沉积物勘察、岩性划分、判断砂土液化等几个方面得到了比较广泛的应用。

2、横波地震在工程勘察中的应用2.1横波反射法在浅层松散沉积物中的勘察应用松散沉积物是指未固结成岩，一般保持松散状态下的沉积物。

其成因复杂，类型繁多，变化较大而不易研究。

但随着各种建筑工程的迅猛发展，许多较为松软的松散沉积物上也要求修建高大建筑或高速公路等大型工程。

在这种情况下，为了搞清楚建设场地中松散沉积物埋深、厚度及展布规律，传统的方法是布置许多钻探工作，通过取岩芯、地质编录、测试分析来划分地层和提供建筑设计中所需要的参数。

如果勘察面积大，则钻探与测试的费用就比较高，且钻孔之间的地质解释只能靠推测。

浅层地震纵波反射资料可反映地下数百米地层剖面及地质构造。

但是，对浅部数米至数十米埋深的松散沉积物，当地下潜水面较浅时，由于水饱和度的影响，极大地降低了纵波勘察的分辨率。

然而横波不受水饱和度的影响，还可在强干扰背景下利用其极化特性来提高信噪比。

在松散地层中，横波的速度Vs比纵波的速度Vp要低得多，其波长也只有纵波的一半，横波有更高的分辨率。

因此，地震横波反射法在松散沉积物工程地质勘察中是一种很有效的方法。

横波地震在工程勘察中的应用许强，张学强（中国地质大学地球物理与空间信息学院,武汉430074)摘要：与纵波相比，横波具有波速低、波长短，不受地下水影响的特点,这使横波地震勘探反射方法可以提供传统纵波方法无法比拟的分辨率和解释精度，它所提供的反射地震剖面，是真正意义上的“浅层”，完全可以和工程地基的深度范围相匹配。

本文对在塘沽某场地的采集的横波地震数据进行了处理解释,并验证了其与工程勘察中的钻孔数据-柱状图的良好匹配,从而得出了横波地震在工程勘察中具有良好应用前景的结论。

关键词：横波地震，地震解释，工程勘察Thｅ appｌication oｆs－wａve seｉｓmiｃ iｎeｎｇineeｒing invesｔigationXu Qｉang, Zhang Xueｑiａｎｇ（Institute oｆＧeophysics aｎd Ｇeomatics, Ｃhｉna Unｉversitｙof Geosｃiences, Ｗuhan 43０074, Chiｎa)Ａbstract: Compared ｗiｔh p-wave，ｓ-wave has the ｃｈaractｅrs ｏｆｌoｗｖelｏｃiｔy anｄ lｏw wavelｅngth; it ｃan aｌｓｏget o ｕｔ oｆ the affection bｙ gｒoundwａter.Tｈis ｍａkes S－wavｅｓｅisｍｉｃmethods can provｉde thｅｒesｏlｕtion aｎｄ preｃｉse ｉｎtｅrprｅtatioｎ that tｈe ｔｒaditioｎａl P-wａve ｍeｔhodｓｃan not matｃh. Thｅｓeisｍic sｅction ｉt ｐrｏｖidｅs iｓｔｈe real ｍｅａｎiｎg of"s ｈａllow", it ｃan matｃh ｔhe depth ｒａｎgｅ of founｄatiｏn eｎgineｅring.Iｎ thisｐapｅr, wｅｔeｓt ａｎd verｉfy that tｈｅsｅismicｄａta cａn mａtch the drｉlliｎｇdaｔa well ａfｔeｒpｒｏｃesｓing and ｉnterｐｒeｔation, ａnd get a concｌusion tｈaｔ s-ｗａvｅsｅismic haｓ a good prｏｓpeｃｔ in engiｎeerｉnｇ invｅstigatioｎ.Key ｗoｒdｓ：ｓ-wａve ｓeismｉc，ｓeｉｓmｉc ｉntｅrprｅｔaｔion，enｇineering iｎｖｅstｉgatioｎ作者简介：许强,（1984—）,男，中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院,地球探测与信息技术专业研究生,研究方向为，地震数据模拟、处理与解释等。

地震反射波法探查煤矿采空塌陷区的应用李耀华１,郭秀娟２,李　旭１(１.北京航天勘察设计研究院有限公司,　北京　１０００７０；２.山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局,　山西太原　０３００４５)摘　要:由于煤矿现有资料对地质构造和煤层赋存情况控制程度不够,为了避免巷道掘进时采空区或塌陷区带来的地质灾害,采用地震反射波法选择最佳激发、接收及系统观测参数获取野外反射波数据；通过静校正、地表一致性处理、球面扩散及吸收衰减补偿、去噪等多项数据处理技术压制干扰、增强反射信息；结合地震时间剖面的波组反射特征和地质解释依据推断出３＃煤层的采空塌陷位置与分布范围,同时查明了３＃和１５＃煤层的赋存状况,探测结果与验证的实际情况相吻合,取得了良好的探查效果。

关键词:煤矿；采空塌陷区；地震反射波法；反射波同相轴０　引　言煤炭资源的大规模开采利用,带来了巨大的经济效益和社会效益,但同时也破坏了矿山及周围生态环境。

由于原先小煤窑的乱采乱伐、煤矿的跨界开采、地质和采矿资料丢失等原因,隐伏的大量采空区或塌陷区对矿业生产安全和工程建设形成了极大的安全隐患,采空区的探查则成为煤矿首要解决的关键问题。

地震反射波法因精度高、分辨率高、信息丰富等优点,成为目前采空区及煤层赋存探查的首选方法。

某煤矿现有资料对地质构造和煤层赋存情况控制程度不够,不能满足矿井建设的需求,在巷道掘进时为了避免采空区、塌陷区等地质灾害造成的安全隐患,采用地震反射波法对该区进行探测与调查,以确定采空区的位置及分布情况,同时查明该区主采煤层的赋存情况,为矿井建设提供可靠的地质资料。

１　煤矿采空区物性特征采空区的物性特征除与“三带”范围、围岩岩性、充填及含水情况等有关外,还与上覆岩层稳定性、开采时间和深度有关。

就正在开采所形成的采空区而言,冒落带和裂隙带发育程度较小,当开采深度较大时,采空区的地球物理异常反映较弱；而开采后长时间废弃采空区的上覆岩层已达到新的应力平衡状态,冒落带和裂隙带已发育完全。

岩溶地区工程地质合理的勘察方法及探测技术摘要：岩溶指可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石(如石灰岩、石膏等)，受含有二氧化碳的流水溶蚀，有时加以沉积作用而形成的地貌。

往往呈奇特形状,有洞穴、石芽、石沟、石林、溶洞、地下河也有峭壁。

岩溶不仅可能导致重大地质灾害的发生，如地面塌陷、山体崩塌等，也给工程建设的本身带来了诸多不利影响，尤其是隐伏岩溶的存在，危害更大。

因此，在岩溶地区进行工程建设时，如何科学有效地对岩溶的影响和危害进行合理评价显得十分重要。

本文从西南地区常见的岩溶地质出发,探讨了岩溶地区工程地质勘察的方法及探测技术，供同行参考。

关键词：岩溶地质；勘察；探测技术Abstract: the karst rock to soluble, especially of carbonate rock (such as limestone, gypsum, etc), containing carbon dioxide by the running water dissolution, sometimes to deposition and the formation of the landscape. Often a peculiar shape, a cave, a Clint, stone ditch, stone forest, cave, underground river also have cliffs. Not only can lead to significant karst geological disasters happen, if the ground subsidence, landslides and so on, also to the project construction itself brings about many adverse effects, especially concealed karst existence, more harmful. Therefore, in the karst area for engineering construction, how to scientifically and effectively to the influence of the karst hazards and reasonable evaluation is very important. This paper, from the southwest common karst geological tries to explore the karst area engineering geology prospecting method and detection technology, refers for the colleague.Keywords: karst geological; Reconnaissance; Detection technology一、岩溶地质的形成岩溶(又称喀斯特)，是指流水对可溶岩石(碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物盐岩等)进行以化学溶蚀作用为主要特征(包括水的机械侵蚀以及物质的运移与再沉淀) 的综合地质作用，以及由此产生的各种现象的总称。

区域治理调查与发现一、横波探测技术概述横波探测法实际上是指地震横波反射方法，它是一种抗干扰能力强、分辨率高的地震勘探方法，被广泛用于地质灾害调查、工程地质勘探、露天煤矿勘探等方面。

由于横波衰减快，加之受激发方式制约，一般勘探深度均较浅，常被用于100m以上浅层地震勘探。

浅层地震勘探需要查明的多为较小的地质体，对精度要求高，分辨率问题显得尤其重要。

横波探测技术是目前矿井采空区治理过程中最实用的探测方法。

为了更形象地介绍横波探测在矿井采空区的实施方法，笔者将通过工程案例做进一步的研究。

二、横波探测技术在煤矿采空区地质探测中的应用2.1煤矿采空区地质探测工程概况勘探区位于霍西煤田的中西部，地势西高东低，沟谷发育，属中朝准台地中部二级构造单元。

区内地层由老至新有太古界的界河口群，古生界的寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界的三叠系和新生界的第三系、第四系。

区域内含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组。

本溪组和下石盒子组为次要含煤地层，仅含煤线；太原组和山西组为主要含煤地层。

太原组:含煤8余层，编号自上而下为5上—11下号煤，其中稳定可采为9、10、11号煤层。

该组为主要含煤地层之一。

山西组:含煤4层，编号自上而下1上、1、2、3号，其中2号煤层为该区主要可采煤层，赋存在本组的中下部。

2号煤层位于山西组中下部，全区稳定可采，厚度1.20～1.82m，平均1.35m，结构简单，一般无夹石。

9、10、11号煤层位于太原组下段上部，上距2号煤层81.82～93.55m，平均87.88m，厚度4.80～5.09m，平均4.95m，全区稳定可采，结构简单，有1～2层夹石，夹石单层最大厚度0.38m。

2.2采空区横波地质勘测技术的应用三维勘探范围7.0Km2，获得ＣＤＰ网格５m×5m的数据体。

根据三维数据体内主要煤层反射波变化情况，圈出了3个采空区异常带，如图1所示。

图1 采空区探测效果图煤层采空区三维地震勘探结果表明，煤层采空和由此引起的覆岩破坏效应在地震时间剖面和相干切片上的反映特征明显，主要有以下特征。

地震勘探法在探测岩溶塌陷中的应用岩溶塌陷在我国分布广泛，从南到北，从东到西都有发生。

岩溶塌陷具有隐蔽性和突发性的特点，因此更需要采用高分辨率地震勘查技术。

地面岩溶塌陷的形成，主要是因为较薄的覆盖层下伏基岩岩性（一般为灰岩），易受地下水溶蚀形成溶沟、溶槽和溶洞。

基岩中断层、破碎带发育，为地下水溶蚀作用提供了水流通道。

过量开采基岩裂隙岩溶水，水位下降并在覆盖层底界面和基岩顶界面上、下摆动，也是形成溶沟、溶槽和溶洞的原因。

在岩溶发育区建造大型工程，需要查明基岩浅埋区覆盖层厚度。

灰岩地震波速度为3000~4500m/s，而上覆第四系松散层波速为800~2000m/s，因此具备地震技术要求的地球物理条件。

此外，基岩中断层、破碎带和溶沟、溶槽、溶洞也需查明，它们也同时具备各自相应的地球物理特点。

2.地震勘探法的原理地震勘探法是在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。

收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。

通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。

地震勘探在分层的详细程度和勘查的精度上，都优于其他地球物理勘探方法。

地震勘探的深度一般从数十米到数十千米。

地震勘探的难题是分辨率的提高，高分辨率有助于对地下精细的构造研究，从而更详细了解地层的构造与分布。

3.探测岩溶塌陷的技术方法理论研究和工作实践表明，要提高地震勘查的分辨率，就需提高地震波主频，同时增加信号的频带宽度。

因此应做到：（1）选用小药量沉入含水孔中激发，当使用锤击或夯击时，要用圆形垫板激发地震波。

（2）使用高频检波器接收。

（3）选用小道距，道距一般不宜超过5m。

（4）选用短排列、小偏移距接收。

（5）仪器采样间隔要小，或称高采样率接收，一般宜用lm、l/2m、1/4m等小采样间隔。

（6）提高仪器的低截频率到50Hz以上，让信号中的高频成分占有A/D转换器的高位。

042地质勘探DI ZHI KAN TAN随着城市化进程的加快，高层建筑的建造已经成为城市化发展的需要，因此，对地质情况进行勘测就显得尤为重要。

浅层的纵波和横波勘测手段都是地质检测的重要手段，可将二者进行综合利用，为现代勘探提供理论基础和技术保障，进一步促进工程物探的发展。

1 横波技术的原理及检测意义1.1 横波技术的应用原理横波技术与纵波技术相类似，以波的传播特征为分类依据，可以将其分为直达波、折射波、反射波以及回折波。

折射波在计算深度时一般采用曲线方程的形式，在工程物探中提供相关的速度参数。

反射波在测量地质深度时，通常会运用曲线方程进行计算，根据声波反射的相关原理来完成具体的测算工作。

回折波主要是使用时距曲线来对回折点的速度进行计算，再经过一系列的推演，能够计算出底层垂直方向的速度结构，在工程物探中，可以提供覆盖层或低减速带的速度，主要适用于探测硬土的深度和测量波速。

1.2 应用横波技术进行检测的意义在进行工程勘测中，主要有纵波和横波两种勘测技术。

纵波勘测技术主要应用于对地下资源和深层距离的勘测，但是对于地表0-60m范围内的地表浅层勘测存在一定的缺陷，勘测的准确度较低，不能有效地进行工程物探。

而横波技术则在很大程度上改善了这一状况，弥补了在地表0-60m范围内的浅层断层勘测，且被广泛应用在自然灾害调查、地震地质勘测以及地下溶洞的勘测工作中，为自然灾害的勘测和规避以及工程的建设方面都提供了强有力的技术支持，有利于工程物探工作的顺利进行。

2 国内工程物探的发展现状所有类型的工程物探，都需要以科学的物理原理作为参考和依据，而目前地球的地质、物理条件环境以及边界特征都是极其复杂的，容易对勘测的结果造成影响，再加之这些技术方法本身存在一定的局限性，导致在解决实际地质工程问题时不能使用单一的勘测方法，应根据被勘测物的实际情况选择合适的勘测方式，满足工程物探的不同需求。

目前，纵波勘测和横波勘测作为工程勘测的两种主要技术，能够在一定程度上对地质进行检测，勘探地下资源及其深层距离。