CN105676279A - 一种采用同心圆等炮检距的地震反射数据采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用同心圆等炮检距的地震反射数据采集方法，属于工程地球物理勘探技术领域，该方法具体是将检波器以同心圆的方式布置，首先在隧道掌子面上选取一个岩石密实点为震源点,以该震源点为圆心，设置3条同心圆测线，在圆心激发地震波，通过检波器获取隧道前方的反射波信息，基于掌子面检波器的空间位置生成三维模型图，可清晰地观测到三维地质构造面，通过相应的分析处理方法，获取前方地质构造或不良地质体的信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用同心圆等炮检距的地震反射数据采集方法，属于工程地球物理勘探技术领域，用于隧道数据采集方法的物探方法——垂直反射法，具体是将检波器以同心圆的方式布置，圆心激发地震波，通过检波器获取隧道掌子面前方的反射波信息，通过相应的分析处理方法，获取前方地质构造或不良地质体的信息。
背景技术
该方法实际为隧道地质超前预报垂直反射法的一种，方法以极小偏移距（激发与接收间的距离趋于零）的方式进行工作，也可称为极小偏移反射法。该方法最大的优点是：检波器所接收到的地震波反射信号波形成分单一，不含其它的转换波。因此，当纵波入射时，记录波形仅有反射纵波，因而，资料解释十分简单。该方法适于检测场地狭窄、地形起伏较大的场地。但对发射震源和接收传感器有其特殊要求。即：震源必须具有高频、大功率、短余震、重复性好的特性；检波器应具有高灵敏度、低噪音、宽频带、大动态范围的特性。
目前垂直反射法采用的是检波器水平或垂直布置的观测方式，逐个测点采集数据，该数据采集方法存在以下缺点：
1.采集效率低。现场采集时逐个测点采样，需要反复使用耦合剂将检波器固结在掌子面上。此外，垂直测线受登高作业影响，更影响采集效率。
2.锤击能量不均衡。不同的测点每次锤击时能量不可能完全一致，因此在资料处理时，道间信号幅度相差较大。
3.只能获取二维信息，水平或垂直测线只能获取测线前方的剖面信息。
发明内容
本发明的目的是克服现有隧道垂直反射法数据采集中存在的问题，提供了一种快速、信号能量可调均一、获取地质构造三维信息的数据采集方法。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种采用同心圆等炮检距的地震反射数据采集方法，所述数据采集方法按照下述步骤进行：
a.该方法首先在隧道掌子面上选取一个岩石密实点为震源点,以该震源点为圆心，设置3条同心圆测线,同心圆测线半径比为1:2:3，其中最大半径圆测线覆盖最大掌子面,在掌子面内过圆心引8条射线，相邻射线之间的夹角均为45度，8条射线与3条同心圆测线形成24个交点，在24个交点上分别布置检波器，检波器与掌子面充分耦合；
b.将检波器通过地震勘探用电缆分别连接到24通道工程地震仪上；
c.采集时，在震源点处采用电火花或锤击作为震源激发地震波，24个检波器分别接收到掌子面前方的地震反射波后将信号传输到工程地震仪上，震源多次激发进行垂直叠加采样，激发次数至少为3次，激发时间间隔至少为5秒。
所述震源采用电火花震源时需要在圆心钻取深1m的圆孔，孔轴垂直于掌子面壁并向下倾斜10度。
所述检波器之间固有频率相差小于10%，灵敏度相差小于10%，相位差小于1ms，地震记录道满足一致性要求：各道之间的相位差应小于1.5ms、振幅差小于15%。
所述最小半径圆测线的半径范围为0.5~1.5m。
由于采用了以上技术方案，该观测系统具有以下优点：
1.采集效率高。现场采集时，只需要将检波器与掌子面耦合在一起，并将检波器连接到地震勘探用电缆上，一次信号触发就可实现所有测点的同时采集。
2.探测覆盖范围广。同心圆大部分覆盖了隧道掌子面，探测的范围相对于水平或垂直测线更广。
3.将每道检波器接收到的波形按照检波器的空间位置建立三维模型，可观测到地质构造面。
4.每一个同心圆的采集信号振幅相对比较一致。在不同同心圆的采集信号振幅可通过一定的公式可较好的均衡化。
附图说明
附图1垂直反射法同心圆等炮检距观测系统图。
附图2实施例一隧道采用该观测系统的地震波记录。
附图3实施例一隧道采用该观测系统的三维成果图。
具体实施方式
该方法实际为隧道地质超前预报垂直反射法的一种，方法以极小偏移距（激发与接收间的距离趋于零）的方式进行工作，也可称为极小偏移反射法。该方法最大的优点是：检波器所接收到的地震波反射信号波形成分单一，不含其它的转换波。因此，当纵波入射时，记录波形仅有反射纵波，因而，资料解释十分简单。该方法适于检测场地狭窄、地形起伏较大的场地。但对发射震源和接收传感器有其特殊要求。即：震源必须具有高频、大功率、短余震、重复性好的特性；检波器应具有高灵敏度、低噪音、宽频带、大动态范围的特性。
下面结合实施例对本发明作进一步详细介绍，见附图。
一种采用同心圆等炮检距的地震反射数据采集方法，所述数据采集方法按照下述步骤进行：
a.该方法首先在隧道掌子面上选取一个岩石密实点为震源点,以该震源点为圆心，设置3条同心圆测线，分别为测线1、同心圆测线2和同心圆测线3,同心圆测线半径比为1:2:3，其中测线3覆盖最大掌子面,在掌子面内过圆心引8条射线，相邻射线之间的夹角均为45度，8条射线与3条同心圆测线形成24个交点，在24个交点上分别布置检波器，检波器与掌子面充分耦合；
b.选取24道相同频率检波器，将检波器通过地震勘探用电缆分别连接到24通道工程地震仪上；
c.采集时，在震源点处采用电火花或锤击作为震源激发地震波，24个检波器分别接收到掌子面前方的地震反射波后将信号传输到工程地震仪上，为了提高地震记录的信噪比，需要震源多次激发进行垂直叠加采样，激发次数至少为3次，激发时间间隔至少为5秒。
所述震源采用电火花震源时需要在圆心钻取深1m的圆孔，孔轴垂直于掌子面壁并向下倾斜10度。
工作前，应对仪器设备进行检查，并提交检查记录，所述检波器之间固有频率相差小于10%，灵敏度相差小于10%，相位差小于1ms。检波器满足一致性要求：各道之间的相位差应小于1.5ms、振幅差小于15%，测试检波器一致性时，检波器安置条件应一致，全部检波器安置范围与其距震源距离相比应很小。检波器如使用针式底座，需在检波点进行钻孔，钻孔直径大于针式底座的最小直径并小于针式底座的最大直径，将检波器插入检波点孔内并压实，如使用三角铁底座，需使用耦合剂将检波器耦合于掌子面上，为了保证信号的一致性，要求检波器布置方向平行于隧道轴向。
所述同心圆测线1的半径即为最小偏移距，范围为0.5~1.5m。
实施例一
如云南某水电站交通洞工程，使用同心圆等炮检距观测系统的垂直反射法进行探测，隧洞半径约9米。设掌子面左下角为（0,0）点，以坐标点（4.4,3.5）为激发点，采用电火花震源，电火花震源钻孔深度为1m，孔轴垂直于掌子面壁并向下倾斜10度。钻孔位置见附图1中的圆心。同心圆测线1半径为0.5m，同心圆测线2半径为1m，同心圆测线3半径为1.5m。在掌子面内过圆心引8条射线，相邻射线之间的夹角均为45度，8条射线与3条同心圆测线形成24个交点，在24个交点上分别布置检波器，检波器采用三角铁底座，通过速溶石膏与掌子面充分耦合，布置图如附图1所示。选取24道100Hz频率检波器，将检波器通过地震勘探用电缆分别连接到24通道工程地震仪上。工作前，对仪器设备进行检查，并提交检查记录，所述检波器之间固有频率相差小于9%，灵敏度相差小于8%，相位差小于1ms。检波器满足一致性要求：各道之间的相位差小于1.3ms、振幅差小于12%，测试检波器一致性时，检波器安置条件一致。通过电火花激发地震波，采用3次垂直叠加采样，激发时间间隔为30秒，采集的信号如附图2所示。基于掌子面检波器的空间位置生成三维模型图，如附图3所示，可清晰地观测到三维地质构造面，通过相应的分析处理方法，获取前方地质构造或不良地质体的信息。
实施例二
如云南某水电站右岸坝肩槽工程，使用同心圆等炮检距观测系统的垂直反射法进行探测，掌子面半径约11米。设掌子面左下角为（0,0）点，以坐标点（5.3,3.6）为激发点，采用锤击震源。同心圆测线1半径为0.6m，同心圆测线2半径为1.2m，同心圆测线3半径为1.8m。在掌子面内过圆心引8条射线，相邻射线之间的夹角均为45度，8条射线与3条同心圆测线形成24个交点，在24个交点上分别布置检波器，检波器采用三角铁底座，通过速溶石膏与掌子面充分耦合，布置图如附图1所示。选取24道30Hz频率检波器，将检波器通过地震勘探用电缆分别连接到24通道工程地震仪上。工作前，对仪器设备进行检查，并提交检查记录，所述检波器之间固有频率相差小于10%，灵敏度相差小于9%，相位差小于1ms。检波器满足一致性要求：各道之间的相位差小于1.4ms、振幅差小于15%，测试检波器一致性时，检波器安置条件一致。通过锤击激发地震波，采用5次垂直叠加采样，激发时间间隔为5秒。基于掌子面检波器的空间位置生成三维模型图，可清晰地观测到三维地质构造面，通过相应的分析处理方法，获取前方地质构造或不良地质体的信息。
实施例三
如云南某水电站地下厂房工程，使用同心圆等炮检距观测系统的垂直反射法进行探测，隧洞半径约11米。设掌子面左下角为（0,0）点，以坐标点（6.4,5.3）为激发点，采用电火花震源，电火花震源钻孔深度为1m，孔轴垂直于掌子面壁并向下倾斜10度。同心圆测线1半径为1.5m，同心圆测线2半径为3m，同心圆测线3半径为4.5m。在掌子面内过圆心引8条射线，相邻射线之间的夹角均为45度，8条射线与3条同心圆测线形成24个交点，在24个交点上分别布置检波器，检波器采用针式底座，在检波点进行钻孔，钻孔直径大于针式底座的最小直径并小于针式底座的最大直径，将检波器插入检波点孔内并压实。选取24道30Hz频率检波器，将检波器通过地震勘探用电缆分别连接到24通道工程地震仪上。工作前，对仪器设备进行检查，并提交检查记录，所述检波器之间固有频率相差小于8%，灵敏度相差小于10%，相位差小于1ms。检波器满足一致性要求：各道之间的相位差小于1.5ms、振幅差小于13%，测试检波器一致性时，检波器安置条件一致。通过电火花激发地震波，采用3次垂直叠加采样，激发时间间隔为30秒。基于掌子面检波器的空间位置生成三维模型图，可清晰地观测到三维地质构造面，通过相应的分析处理方法，获取前方地质构造或不良地质体的信息。
Claims (4)
1.一种采用同心圆等炮检距的地震反射数据采集方法，其特征在于：所述数据采集方法按照下述步骤进行：
a.该方法首先在隧道掌子面上选取一个岩石密实点为震源点,以该震源点为圆心，设置3条同心圆，分别为测线（1）、同心圆测线（2）和同心圆测线（3）,同心圆测线半径比为1:2:3，其中测线（3）覆盖最大掌子面,在掌子面内过圆心引8条射线，相邻射线之间的夹角均为45度，8条射线与3条同心圆测线形成24个交点，在24个交点上分别布置检波器，检波器与掌子面充分耦合；
b.将检波器通过地震勘探用电缆分别连接到24通道工程地震仪上；
c.采集时，在震源点处采用电火花或锤击作为震源激发地震波，24个检波器分别接收到掌子面前方的地震反射波后将信号传输到工程地震仪上，震源多次激发进行垂直叠加采样，激发次数至少为3次，激发时间间隔至少为5秒。
2.如权利要求1所述的一种采用同心圆等炮检距的地震反射数据采集方法，其特征在于：所述震源采用电火花震源时需要在圆心钻取深1m的圆孔，孔轴垂直于掌子面壁并向下倾斜10度。
3.如权利要求1所述的一种采用同心圆等炮检距的地震反射数据采集方法，其特征在于：所述检波器之间固有频率相差小于10%，灵敏度相差小于10%，相位差小于1ms，地震记录道满足一致性要求：各道之间的相位差应小于1.5ms、振幅差小于15%。
4.如权利要求1所述的一种采用同心圆等炮检距的地震反射数据采集方法，其特征在于：所述同心圆测线（1）的半径范围为0.5~1.5m。
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