物探-浅层折射波法和反射波法
地球物理勘探方法简介及应用范围
公司目前拥有较为齐全的物探设备和手段方法，主要的设备系统有：弹性波勘探与测试系统、弹性（电磁）波CT系统、电法勘探系统、CSAMT电磁勘探系统、探地雷达系统、综合测井系统、钻孔数字录像及电视制作编辑系统等。
可以开展涵盖水电及相似行业领域的多种物探方法及其科研工作，如：工程地球物理勘探设备的研制和开发、工程地球物理模型的建立及正反演研究、物探处理软件开发及数据处理，平硐或井间地震波和电磁波CT探测、地面或水上多种地震波探测、地面或水上多种电法勘探、CSAMT电磁探测、地质雷达探测、放射性测量与同位素追踪、综合测井、钻孔彩色数字录像、工程电视制作编辑等；依托这些技术方法和能力可以解决水电、火电、核电、国防、水文、环境、文物、公路铁路航空交通、城市建设、大型厂矿建设等相似领域的诸如坝址、桥址、厂址、港口、码头、线路等工程的多种地球物理问题的勘探或检测，如：综合地球物理问题探测，覆盖层探测，隐伏构造破碎带探测，喀斯特（岩溶）探测，岩体风化带与卸荷带范围探测，软弱夹层探测，滑坡体探测，堤坝隐患探测，隧道施工超前预报，地下水探测，环境放射性检测，建基岩体质量检测，灌浆效果检测（包括为优化灌浆设计、指导灌浆施工提供依据，检测灌浆效果），混凝土质量检测（包括大体积混凝土、结构混凝土、碾压混凝土质量检测），洞室混凝土衬砌质量检测，洞室松弛圈检测，锚杆锚固质量检测，防渗墙质量检测，堆石（土）体密度和地基承载力检测，钢衬和混凝土接触状况检测，堆石坝面板质量检测，水文地质参数测试，岩土物理和力学参数测试，工程建设全过程、地质场景电视录像编辑制作等。
已故著名地球物理学家赵九章先生是这样形容地球物理学——“上穷碧落下黄泉、两处茫茫都不见”。
地球物理勘探的事业任重而道远，充满挑战，无论过去、现在、还是未来，我们都将会在地球物理勘探领域开拓创新，愿意以我们规范的物探质量，诚信的服务态度，挑战地球物理探测技术极限，探索地下奥秘！球物理探测方法简介及应用范围地球物理学是用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测，探索地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与M D 模型空间数据空间地球物理探测空间变换示意图 其相关的各种自然现象及其变化规律。
浅谈工程物探常用方法与现场应用
其勘探 难度 极大 ， 在 实 际应 用 中存在着 诸 多问题 和难点 ， 现把常 用工程 物探 方
法 介绍 如 下 。 １工程 地 震勘 探 工程上 常 用的地 震勘 探可分 为高分 辨率 浅层地 勘探 、 瑞 雷波勘 探 、 地震 映 像、 横波 勘探 四种 。 在工程 及水文地 质调查领 域 ， 地震 波法勘探 经常被 用来详 细 划分 第 四纪 地层 、 确定 目标层 的深度 、 厚度 、 起伏 形态 、 横 向分布 ， 探测 异常体 的 位 置和 埋深 、 寻 找溶 洞 、 断 层及破 碎 带 。 １ ． １ 高分辨 率浅 层地勘 探
应用 技 术
Ｃ ｈｉ ｎ ａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
●Ｉ
浅 谈 工程 物探 常 用 方法 与现 场 应 用
杨再立 马文杰 汪
（ １ ． 东 华理 工 大学 江西 南昌
娜ｚ
０ ６ ３ ０ ０ ０ ）
点上接 收到 的来 自同一 反射 点的地 震记录进 行叠加 ， 这 样可 以压 制多 次波和各 种 随机干扰 波 ， 从 而大 大地提 高信 噪 比和 地震剖 面 的质量 ， 并 且可 以提取 速度 等重 要参数 。 （ ２ ） 浅层 初至折射 波法 。 浅层 初至折射 波法地 震勘探 是国 内外 公认
科学 技术 的进 步 ， 物探技 术 的发展 日趋成 熟 ， 它的应 用与 发展 已成为衡 量地 质 勘察 现代化 水 平的重 要标 志。 相 对于 常规 物探方 法 ， 工程 物探最 大特点 就是 大 多研究 的是精 细、 微 弱的 问题 ， 又 是在强 干扰背景 中提取微 弱 的异 常信 息， 因此
的勘 测浅层地 震构 造的有效 方法之 一。 它 能探 测基 岩 的深度 、 起伏 、 岩性接触 带 及断 裂破碎带 的位 置和延伸 方向 ， 尤其能 测定基 岩中 的纵波速度 的大４ 、 及其分 布范 围 ， 从 而 了解测 区基 岩 的岩性变 化 和致 密程 度等 。
浅层折射波和浅层折射反射波
浅层折射波和反射波的原理及其应用实例资源与环境工程09工程地质勘查200920425175张准南浅层折射波和反射波的原理及其应用实例摘要：折射波和反射波是近十多年来随着电子技术的发展及微机数字处理系统的开发和普及才得以迅速发展。
关键词：浅层折射波反射波实例应用检测浅层折射波法是一种使用相对较早且较成熟的方法；可用来探测覆盖层厚度、基岩面起伏、断层及古河道；弱点：分辨率较低、测线较长；浅层反射波法具有相对较高的分辨率，可以采用较小的炮检距进行观测，因而可以采用较短的勘探测线；对资料的数字处理技术要求较高。
一，数据采集系统<一> 数据采集所用仪器1.1地震仪：是将埋置于介质表面的检波器所接收到的地震波信号进行放大、显示并记录下来的专门仪器，一般皆具有滤波、放大、模数转换及数字记录和微机处理等功能。
目前地震仪的要求主要有以下几点：（1）可选择、可扩展的仪器道数和激发方式；（2）较宽的通频带以及灵活多样的滤波方式；（3）前置放大倍数可选；（4）范围较广的采样率；（5）灵活多样的存储、记录和显示方式；（6）带微机或微处理器及实时处理系统；（7）具有一机多用的性能1.2用来释放地震能量的装置（1）雷管和炸药震源一般工程地震勘探常用的震源为圆柱状成型TNT或铵梯炸药震源，它具有能量强、所激发的地震波具有良好的脉冲性等优点。
激发时，由瞬发电雷管引爆，延迟时间最多仅2ms，以雷管线断开作为起爆即时信号。
一般可在浅坑、浅井或水中激发。
2）锤击震源该震源是目前工程地震勘探常用的一种简便激发方式，它特别适合于在建筑物比较密集的地区开展工作。
它主要用于浅层反射和折射波法以及瞬态瑞雷波法勘探和桩基检测等领域。
震源设备主要为几磅至几十磅重的重锤。
该震源的主要特点是能方便地进行垂直叠加，且信号的重复性较好，但其能量有限，勘探深度较浅。
3）电火花震源：是电能震源的一种。
它利用电容器将所储藏的电能加到预先放置于水中的电极上，由于放电效应产生火花，造成振动。
物探-浅层折射波法和反射波法概述
移项变换后：
t2 x2 1 2 2 (2h / V1 ) (2h)
为双曲线方程，对称于t轴，极小点位于震源点上方 当x=0时： t0=2h/V1
1 界面深度： h V t 1 0 2
水平界面反射波的几个问题
（1）反射波和直达波时距曲线
双曲线的渐近线斜率：
1 V m 2h V
这个斜率实质上是前面所讨论的直达波的斜率，也就是 说，当接收点远离震源时，即X很大的情形，反射波时距曲线 与直达波时距曲线重合，意味着直达波时距曲线是反射波时 距曲线的渐近线。
1 t t1 t2 V1
L h
2
2
( x L) 2 h 2
A
为双曲线方程，最小点为绕射点在地面的投影位置
四、反射波时距曲线
1. 水平界面反射波时距曲线
根据光学的镜像关 系，求出O点的镜像点 O*，我们将O*点称为 虚震源点。可认为反 射波是O*激发的直达 波。
波的旅行时间：
V1由直达波曲线上求得
V*上和V*下由S上和S下求得
④界面倾角的影响：
φ
i i φ
当ί+φ≥90°时，下倾方向接收，折
射波射线将无法返回地面，上倾方向 入射角总小于临界角，无法形成折射 波， 见左图：
X
φ
ί+φ=90°时的示意图
R
实际工作时，可将测线布置的与地 层倾角斜交，使视倾角变小，以满 足i+φ ＜90°的条件。
t
S直达 Δ X折
S折射 Δ t折
各层速度：
t0
V1=Δ X直/Δ t直
Δ t直 Δ X直 盲区
O S1 S2 S3 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Sn
工程物探
工程物探1物探方法与地质方法的不同点2物探工作的应用前提3工程物探的特点4 折射波与反射波5弹性介质中的地震波类型分类6弹性波的描述7地震勘探中几个术语（补线）8有效波与干扰波9反射波法测线设计10折射波法测线设计11潜射波12隐伏层对折射波时距曲线的影响13总结折射波法特点14反射波法能够精确地确定深部界面，早已成为石油勘探的重要手段它有下列特点15总结水平界面反射波时距曲线的特点16据曲率来进行波的分类17隐伏层对折射波时距曲线的影响18折射波法测线设计19反射波法测线设计20资料采集注意事项:21瑞雷波与瑞雷波勘探22瑞雷波勘探的基本原理2.1稳态澈振法2.2 瞬态激振法23 影响岩、矿石电阻率的因素24电测剖面法25电测深法26高密度电法的特点27TEM法特点:28瞬变电磁法的工作方法29野外观测方式充电法野外工作一般采用两种别量方法30探地雷达的技术特性1物探方法与地质方法的不同点理论基础不同地质方法:岩石学，构造地质学，矿藏学等等理论为基础场探方法: 各种地球物理场的理论为基础工作方法不同地质方法: 对岩矿石露头或岩芯直接进行观测一直接方法物探方法：用仪器对地质体引起的异常进行观测—间接方法2物探工作的应用前提物探技术是一种成效显著的无损探测手段，在地质工作中占有重要地位。
但是，物探的应用总要受到一定的地质及地球物理条件限制:1)探测对象与周围岩石间必须具有明显的，可以探测到的物理性质上的差异，物质分布不均匀;2) 探测对象要有一定的规模，且理藏不太深，足以产生仅器可以发现和圈定的地球物理异常;3) 各种干扰因素产生的干扰场相对于异常足够微弱，或具有不同的特征，以便能够予以分辩或消除。
3工程物探的特点1)大部分的对象是浅，小的物体，探测深度从几十厘米到几十米，要求探测的分率高定量解释精度高；2)不仅要求探测清楚探查对象的分布规律，还要求查明单个对象(如溶洞) 的空间位置;3)与工程及环境地质工作结合紧密，探查资料主要用于设计或施工，能够及时得到验证和反馈，对工作结论要求高:4)、要求探测方法具有抗干扰性和灵活性。
工程与环境物探_第1.3节_工程地震勘察_折射波法
OM 2h1 tan c 2 1500 tan 41.81 2683.3m
O M
P
C C
A
P
v1=2000m/s h1=1500m P v2 =3000m/s
（华东）
2 P / 2
二层水平模型折射波的时距方程
0 1 1000 2000 3000 4000 5000 6000
t (0)
1.0
2h0 cos c v1
①上、下倾方向的斜 率不同，分别为：
sin(c ) k v1 ) ②上、下倾方向的盲 区“半径”不同； ③交叉时间相同。
2h cos c x sin(c ) t1 ( x) 0 v1 v1
1.5
2.0
t2 ( x)
2 P / 2
B
（华东）
初至区的意义
• 由于各层波速差异使得各层折射波时距曲线的斜率也 不同，会出现多个界面的折射波相互干涉的情况。 • 浅层折射波不一定总表现为初至，而深层折射波也不 一定永远在续至区，有时也可能某些深层折射波为初 至，而浅层折射进入续至区。 • 由于记录上只有初至波是在平静的背景上出现的，能 够较准确、清楚地判断其时间，所以在进行折射波工 作的时候，检波器应该布臵在与勘探目的层相对应的 折射波的初至区内，以提高工作质量。采集工作前应 先做实验，确定勘探目的层的最佳接收地段。
1.5
2
2.5
3
O P
M
G v1=2000m/s h1=1500m B P v2 =3000m/s
在盲区范围内有反射波， 无折射波； 在盲区半径点上，折射 路径等同于反射路径， 传播路程（时间）相同， 出射角（视速度）相同， 两曲线相切； 在盲区半径以外，折射 波旅行时间小于反射波 时间，折射波先到。
地动勘察技巧野外任务方法 反射波法,折射波法
1.单边观测系统
定义：在炮点一方接收的观测系统。适应折射界面较浅测系统
定义：两个单边时距曲线组成的观测系统。 时距曲线存在互换关系。在讨论倾斜界面折射 波时距曲线时已提及过。
3.追逐观测系统
主要作用：界面弯曲，判断波有无穿透；断 层，判断是否绕射。在前面已讨论过。
随机干扰频谱很宽，不能利用频率滤波压制。 随机干扰分为三类：
第一类：地面微震和其它外界干扰。如风吹草动、人为因素引起的无规则振动，特 点是频带宽(1～200Hz)； 第二类：仪器在接收时或处理过程中的噪音；
第三类：震源激发后产生的不规则干扰。 随机干扰表面上不规则，实际遵循统计编规辑p律pt 。
工作中，利用统计规律，采用组合检皮、水平叠加、垂直叠加方法压制随机干扰。
③ 电火花和空气枪震源多用于水上勘探。 电火花震源：利用电容器储存高压电能，在一瞬间通过水介质释放，在水中产生压 力作用于大地而形成地震波。 空气枪震源：将压缩空气在短暂瞬间释放于水中，从而产生地震波。 特点：两种震源都安全，无环境污染，高频成分丰富，能量可调。价格较贵。
编辑ppt
以上几种震源，当目的层深度H： H＜50m，锤击、小炸药量； H＝50～100m，小炸药量、高频震源枪； H＝50～1000m，电火花、高能炸药。 二、地震波的接收 1.地震勘探对接收条件的基本要求
二、观测系统的图示方法 1.时距平面图 定义：用时距曲线的方式表示激发点与其对应地段之间的关系。 O1激发，O1O2接收，时距曲线t01Tˊ，对应反射界面R1R2。 O2激发，O1O2接收，时距曲线t02T，对应反射界面R2R3。 两次激发，得连续反射界面段R1R3。
编辑ppt
把激发点和排列向一个方向移动，重复以上工作，得一连续长反射 界面。图中，T=Tˊ（互换时间）。
第二章折射波反射波法
地震资料处理中的核心技术 • 速度分析
速度参数是地震资料处理中最重要的参数之一， 常选用速度扫描及速度谱分析来求取。 当试验速度V(k)与地层反射波的叠加速度相一 致时各道同相叠加，此时平均振幅A(k)最大。
速度分析
地震资料处理中的核心技术 • CDP道集抽取 抽道集也叫共深度点选徘，是把具有相 同炮检中点的记录道排成一组，以共深 度点号次序排在一起。
二、t0法求折射界面
三、折射波法应用实例
PRMB 为珠江口盆地，SWTB为台西南盆地，S2006-3的测线位置，其中的黑点为OBS站位； CSS为潮汕坳陷，CNS为潮南坳陷，BYS为白云坳陷.
第二节 浅层反射波的资料处理和解 释
2、反射波的对比和识别
• （1）、波的对比。 • 同一界面的反射波同相轴特征： • 强振幅特性：处理后的地震剖面上各反射波一般 都有较强的能量 • 波形相似性和同相性：时间相近，波形相似 • （2）、多次波和特殊反射波 • 多次波 • 绕射波 • 断面波
3、时间剖面的地质解释
• • • • （1）地层标准层的确定和追踪 （2）断层的识别 反射波同相轴错位---常为中、小型断层的反映。 反射波同相轴突然增减或消失，波组间隔突然变 化---常为基底大断层的反映； • 反射波同相轴产状突变，反射零乱或出现空白带 • 标准反射波同相轴发生分叉、合并、扭曲、强相 位转换等现象---常为小断层的反映 • （3）不整合面
地震资料处理中的核心技术
• 静校正
功能：将所有激发点和接收点校正某一基准面上， 消除地表起伏及低速层的影响。
• 动校正
功能：消除由于源检距不同而引起的正常时差。
地震资料处理中的核心技术
地震资料处理中的核心技术 • 水平叠加
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S1 S2 S3 ·······················Sn
S直达 ΔX折
S折射 Δt折
Δt直
ΔX直
盲区
X
S1 S2 S3 ·······················Sn
i
b
V1 V2 15
②相遇时距曲线观测系统
排列关系： O
S1 S2 S3 ·······················Sn
①单次覆盖简单连续观测系统 ② 宽角范围观测系统 ③ 多次覆盖观测系统
b
17
多次覆盖观测系统
多次覆盖观测系统，又称水平叠加、共反射点叠 加、共中心点叠加，是指一条测线上不同点击发、不 同点接收地下同一反射点的信号。
Sn·········S2 S1 O D1 D2········Dn
R 共反射点
b
18
炮检距为炮点与检波点的间距，炮点离最远的检波点距离为最 大炮检距，一般用Xmax表示。
最大炮检距与探测深度密切相关，对于折射波法，Xmax大于 5～7倍目的层深度；反射波法为0.7～1.5倍目的层深度。
炮点
S1
S2
S3
SN
测线
X1
△X
L
Xmax
b
12
2. 折射波法观测系统
（1）测线类型
纵测线 非纵测线
b
10
1. 观测系统有关的专业术语
①道间距
指相邻两道检波器的间距，一般用△X表示。
②排列长度
浅折：5~10m；浅反：2~5m 第一道到最后一道检波器的距离，用L表示。
如接收道数为N，则：
③偏移距
炮点距最近的检波器之间的距离，一般用X1表示。
偏移距为道间距的整数倍，一般不小于最浅的目的层深度
b
11
④最大炮检距
理论时距曲线是指在理想状态下，典型 界面的反射波和折射波理论上可出现的时 距曲线形态和规律
b
24
一、直达波时距曲线
曲线方程：
t x v
O
曲线斜率：
t
m t x
表层速度：
S1 S2 S3 ·······················Sn
第二章 浅层折射波法和浅层反射波法
b
1
本章要求
了解浅层地震勘探的主要仪器设备； 掌握浅层折射波法和反射波法野外观测系统，了解数据采集质量的影
响因素； 掌握直达波、两层水平与倾斜界面反射波和折射波时距曲线的推导方
法，了解多次波与绕射波时距曲线的特征与推导方法； 掌握真倾角与视倾角的概念； 了解倾斜界面反射波和折射波时距曲线，了解弯曲界面对反射波时距
一个地震道：
一个检波器、一个放大器（包括滤波器等电路） 和一个记录器组合在一起
b
6
1. 检波器
检波器：是把地震波到达引起的地 面微弱振动转换成电讯号的装置。
速度检波器：因为检波器输出信号电压与其振动时位移速度有关，一般为 电磁式；
加速度检波器：具有固有频率高的特点,可用来测量物体振动的加速度， 一般为压电晶体。
b
8
2. 震源
•锤击 •炸药 •震源枪 •电火花
3. 震源同步系统（触发系统）
在激发地震波的同时产生使主机记录的同步信号。
b
9
二、观测系统
激发点和接收点之间以及排列和排列间的位置关系称之为观测系统
测线布置原则：
1.测线最好为直线，此时垂直切面为一平面，所反映的 构造形态比较真实； 2.主测线应尽量垂直岩层或构造的走向，目的是最大限 度地控制构造形态； 3.测线应尽可能与其它物探或钻探等勘探线一致； 4.测线的密度应根据地质任务要求及探测对象的复杂程 度等因素决定。
试验阶段:
对区内各种干扰波和有效波的分布特点进行研 究，分析各种波在时空域中相对关系，以及频率、
视速度方面差异，以便更好设计采集系数。
b
21
工作阶段：
图2.1.7模型试验结果图中可确定出最佳接受窗口。 图2.1.8浅层试验记录。 图2.1.9中间放炮双边接受的浅震实验记录。
b
22
b
23
第二节 理论时距曲线
右图为6次覆盖观测系统
OC、1～DO、6激四发个6达炮到后六得次A覆、盖B、
的共反射点。
b
19
炮点移动道数计算：
S•N d
2n x
其中： N为每炮的接收道数； n为覆盖次数； d是激发点间距； S为常数，单边激发为1、双边激发为2。
b
20
4. 影响浅震采集质量的因素
野外采集中，除正确选择震源、仪器和合理布置 观测系统外，还要选择采集条件和工作条件：如 测线位置、扫描时间、仪器增量、通频带等来突 出有效波，压制干扰波以得到高质量地震记录 。
b
13
（2）观测系统
单支时距曲线观测系统 相遇时距曲线观测系统 多重时距曲线观测系统 追逐时距曲线观测系统
时距曲线： 指接收点距离和地震波走时之间的关系曲线
t
X
b
14
①单支时距曲线观测系统
排列关系：
O
t
各层速度：
t0
V1=ΔX直/Δt直
V2=ΔX折/Δt折 O
一端连续增加发射 点即形成追逐时距 曲线观测系统
b
4
工程地震仪的基本要求：
1.应具有高放大倍数的性能； 2.记录强、弱信号不失真； 3.应具有较宽的通频带：fHi＞300Hz、fLo＜30Hz。
工程地震仪的特殊要求：
1.应具有较高的分辨率； 2.应具有较高的信噪比； 3.应具有信号增强功能； 4.轻便、工作效率高。
b
5
地震仪的四个组成部分
检波器 放大器 震源同步系统 记录显示装置
曲线的影响； 了解浅层折射波法和反射波法的资料处理方法；
掌握地震勘探资料的定性和定量解释。
bLeabharlann 2第一节 数据采集
b
3
一、主要仪器设备
浅层地震仪又叫工程地震仪，具有探测深度浅、探测对象规模较小、 体积小、重量轻、灵敏度高等特点。
地震仪的发展：模拟光点记录地震仪→模拟磁带记录地震仪→数字 磁带记录地震仪→数字电子记录地震仪
(1) 速度检波器
其电压输出与地表质点运动 速度成正比的检波器
b
7
(2) 加速度检波器
其电压输出与地表质点运动 的加速度成正比的检波器，也叫 涡流检波器。
速度检波器根据其固有频率可分为：
低频检波器-----＜10Hz 中频检波器-----10~33Hz 高频检波器-----33~100Hz
加速度检波器一般为高频，频率可达1000Hz
O′
S折射反映了BE段； S′折射反映了CA段； BC段则是两条曲线共同反映的地段
S′折射
S折射
两端同时增加发射 点即形成多重相遇 时距曲线观测系统
O b AB
O′
CE
16
3. 反射波法观测系统
在浅层反射波法现场数据采集中，根据仪器及地震地 质条件的不同，选择不同的观测系统。一般可用的观 测系统：