地震映像技术在采空区勘察中的应用

李志刚

工程地质

地震映像技术在采空区勘察中的应用

李志刚

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

结合采空区特点，依据地震绕射理论及次生震源知识，采用地震映像技术进行研究，通过单点激发、单点接收、偏移距保持不变沿测线逐一测量方式，通过侧线反射时间剖面资料分析，确定采空区空间分布及形态特征。从原理到实际勘察进行阐述，实现以地震映像技术探测采空区。

地震映像；采空区；工程勘察；绕射理论；次生震源

采空区是指外力或地质运动在地表层下部产生的“空洞”，外力产生的采空区大多是煤田开采形成。采空区具有隐藏性强、空间分布特征复杂、顶板冒落塌陷等特点，因此，采空区危害性评价及合理性处理方案一直是工程勘察技术人员关心的技术难题。

地震映像技术采用地震单道逐一采集数据方式，因其操作简单、成果图像直接明确、异常直观辨认，及其经济高效的明显优势，在工程物探领域中有很好的前景。尤其在浅部探测方面，勘探效果显著。从采空区勘察方面出发，阐述了地震映像技术的工作原理、特点和技术方法，分析了在采空区勘探中的实际效果，说明了地震映像法对采空区勘探的可行性与时效性。

1 场地概况

山东省日照市东港区虎山乡梭罗树村至郑家庄子之间，属鲁东丘陵，地势为东南低山丘陵区，略向东南倾斜，山地、丘陵、平原相间分布。构造分为鲁东区和沂沭断裂区两大部分。山脉多呈南北和西南、东北走向。岩相岩性较为简单，是元古代形成的各种变质岩系，中生代晚期燕山运动形成的中酸性和酸性侵入岩均有分布，以岩浆岩和变质岩分布较为广泛，地表则多分布松散沉积物。

地层由上到下为第四系黄土、片麻状花岗岩及蛇纹岩，较大的超基性岩经常分布于岩体顶部呈帽盖状或分布于岩体边缘，局部呈脉状或不规则状。较小岩体往往全部蚀变成蛇纹岩，石棉成矿于蛇纹岩矿脉上，并有竖井、巷道开采。

2 地震映像技术

地震映像技术（又称高密度地震勘探），是以地震映像中波的同相轴反应地质界面的几何形态，其原理简单说就是地震单道反射，人工震源产生地震波往地下传播中，当地下介质存在波阻抗差异时，便会产生反射波并返回地面。地震映像采用单点激发、单点接收、偏移距保持不变的方式沿测线逐一测量，测量方式如图1。

图1 地震映像技术测量方式示意图

一般施工现场首先对干扰波进行调查，从而确定直达波、折射波、声波、面波等规则干扰波出现的范围及有效反射波所处的位置，选取最佳偏移距。该方法由于采用等偏移距，故可在现场仪器界面显示出似to时间剖面图，即所谓“映像”，能较快地反映地下介质的情况。地震映像是采用单点激发，单点接收、偏移距不变的方式沿测线进行测量，了解接收时间内介质横向或垂向的变化情况。

在工程探测中，采空区并不都是规模较大，往往存在一些较小的，有些还存在沉积物填充，导致反射系数减小，采空区洞顶反射波能量也将相应减弱，故只从反射理论来识别洞顶反射信息显然较困难。此时采空区勘察需要结合绕射理论和“共鸣”现象来判断波形特征。依据绕射理论，采空区洞顶（很小或很尖时）可以看成一个绕射点，当与入射波相遇时候，采集记录上可能会出现绕射同相轴。所谓“共鸣”现象，其原理是把小规模采空区看成一个“次生震源”，当入射波激发时，产生“共鸣”现象，从而采集记录上出现波的再次振荡现象，导致连续的同相轴产生间断或混乱现象，这是识别采空区存在与否的重要标志。

3 工作方法及参数

3.1 工作方法

本次工作采用地震映像技术，使用仪器为美国NZXP型便携式多道地震仪，该仪器性能良好，高智能化，轻便防震全密封野外计算机兼作地震中央控制器配置。供电电源最大电压12V。

3.2 采集参数

采样点数1024，采样间隔0.125ms，记录长度500ms，点距2m，偏移距2m，采用高通1000滤波档，滤波档的频率50Hz。为提高信噪比，采用5个60Hz检波器组合检波。从测试的记录效果看，以上采集参数对干扰波噪音的抑制效果较好。

4 地震映像成果

采用地震处理软Vista5.5，将每条测线的单炮记录连接起来，形成各测线的反射时间剖面，对各反射时间剖面的异常进行分析并确定位置。现将其中ZFA测线和ZF-B测线地震映像结果进行解释分析。

4.1 ZF-A测线

ZF-A测线开始山坡下田地，地势较陡，45m后到最后地势平坦，全长297m。该测线地震映像如图2，从地震反射时间剖面看，同相轴整体连续性较好，其中184～201段和236～261段反射波有明显的反射弧同相轴，即产生绕射同相轴，并且在底部有多次反射波特征，依据绕射理论推断是这两处为采空区的空洞引起的，从反射时间可以算出，184～201段洞顶埋深2.5m，236～261段洞顶埋深4.0m，后打孔验证，并对其进行处理。

图2 ZF-A测线地震映像

4.2 ZF-B测线

ZF-B测线整段地势平坦，田地为主，全长276m。该测线地震映像如图3，从地震反射时间剖面看，同相轴整体连续性很好，仅在100～120段反射波同相轴不连续，即同相轴产生间断和混乱，所谓“共鸣”现象，推断为采空区引起，从反射时间可以算出，洞顶埋深3.0m，后打孔验证，并对其进行处理。

图3 ZF-B测线地震映像

5 结语

地震映像技术是地震勘探技术中采用单点激发单点采集的一种技术应用，该技术应用于采空区勘察中，依据地震勘探相关理论，结合采空区特点，完成勘察任务，在掌握新技术方法的同时，为今后解决类似工程地质问题积累了经验。

［1］周孝宇.浅层地震映像技术在岩溶探查中的应用［J］.山西建筑，2006，23（6）：119-120.

［2］辛永祺.高密度地震映像技术在空洞探查中的应用［J］.山西建筑，2006，32（3）：93-94.

［3］王俊茹.浅层地震在岩溶塌陷及采空区勘测中的应用技术研究［J］.工程勘察，2003，05：65-67，18.

［4］王俊茹，张龙起，宋雪琳.浅层地震勘探在采空区勘测中的应用［J］.物探与化探，2002（1）：75-78.

［5］单娜琳，程志平.地震映像方法及其应用［J］.桂林工学院学报，2003，23（1）：36-40.

The Application of Seismic Imaging Technology in Mined-Out Area Prospecting

LI Zhi-gang
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropwer，Tianjin 300250，China）

Combining with the characteristics of mined-out area，on the basis of seismic diffraction theory and seismic secondary source knowledge，it use seismic imaging technology to study，by the single point，single point receiving，offset remains the same way along the line one by one，measuring way，through the analysis of lateral line reflection time section data，to determine the spatial distribution of mined-out area and morphological characteristics.This paper elaborates the principle to the actual investigation，so as to achieve the goal of seismic imaging technology detecting goaf.

seismic imaging；mined-outarea；engineering investigation；diffraction theory；secondary source

P631；U412

B

1672-9900（2016）04-0081-03

2016-06-24

李志刚（1985-），男（汉族），陕西兴平人，工程师，主要从事工程物探与工程检测工作，（Tel）13622042508。