地震波反射法
地震波反射法的预报距离
地震波反射法的预报距离地震波反射法是一种用于地壳震动和地下各种地质构造的探测方法。
通过地震波在不同地质介质中传播时发生折射和反射的特性，可以获取有关地下结构和物性参数的信息。
预报距离是指通过地震波反射法可以有效探测到地下结构和物性参数的距离范围。
地震波反射法的预报距离主要受到以下因素的影响：1.地震波能量：地震波能量随着传播距离的增加而衰减，因此在较远的距离上，波峰和波谷的振幅相对较小，预测精度也相应下降。
一般而言，预报距离通常不超过地震源和观测台站之间的最大距离。
2.地质介质性质：地质介质的密度、速度、波速变化等参数对地震波的传播有很大影响。
如果地下结构复杂、岩性变化剧烈，地震波反射法的预报距离通常较小，因为反射和折射的现象会导致能量丢失和波形失真。
相反，如果地下结构比较简单、连续性好，预报距离则可能较大。
3.接收设备和地震仪器性能：地震波反射法需要使用高精度的地震仪器和接收设备来记录和分析地震波数据。
设备的灵敏度、动态范围和数据采集速度等参数会直接影响到预报距离的精度和可靠性。
对于较远距离的预报，设备的灵敏度和动态范围要求较高。
4.数据处理和解释方法：地震波反射法的数据处理和解释方法也会影响到预报距离。
根据地球物理学原理，通常通过检测地震波的到达时间、振幅、频谱等参数来分析地下结构的变化。
不同的数据处理和解释方法可能会得到不同的预报距离。
总体而言，地震波反射法的预报距离通常在几十到几百公里范围内。
这个距离范围足够满足地表地震活动区域对地下结构和物性参数的需求。
然而，由于地下结构的复杂性和地震仪器的限制，较长距离的预测往往需要更高的数据处理和解释能力，以及更精密的地震仪器。
在实际应用中，地震波反射法可以用于石油勘探、地质灾害评估、地下工程勘察等领域。
通过合理设计观测方案、优化数据处理和解释方法，可以提高预报距离的精确度和可靠性。
未来随着科学技术的不断发展，地震波反射法预报距离可能会得到进一步的提高。
地震波的反射投射和折射
§地震波的反射、透射和折射序：在§中讨论了无限均匀完全弹性介质中波的传播情况。
当地震波遇到岩层界面时，波的动力学特点会发生变化。
地震勘探利用界面上的反射、透射和折射波。
一、平面波的反射及透射同光线在非均匀介质中传播一样，地震波在遇到弹性分界面时，也要发生反射和透射。
首先讨论平面波的反射与透射。
（一）斯奈尔（snell）定律1.费马原理（最小时间原理）波从一点传播到另一点，以所需时间最小来取传播路径。
如图，波从匕点传到匕点。
速度均匀时，走路径①，直线，t最小,s也最小。
速度变化时，走路径②，曲线，t最小,S不最小。
注意:时间最小，不一定路程最小（取决于速度）。
例1:人要去火车站（见图）。
方法①从A步行到B,路程短，用时却多。
方法②从A步行到C,再坐车到B,路程长，用时却少。
C公汽站步行速度V：也>>£ 汽车速度V：例2：尽快地将信从A送到B①傻瓜路径②经验路径2.反射定律、透射定律、斯奈尔定律波遇到两种介质的分界面，就发生反射和透射（注：地震透射、物理折射）。
（1）反射定律：反射波位于法平面内，反射角二入射角。
注：法平面——入射线与界面法线构成的平面，也叫入射平面或射线平面。
入射角二反射角与下式等价:③最小时间路径，满足透射定律:sine? _ sin0（2） 透射定律透射线位于法平面内，入射角与透射角满足下列关系：sin a sina 7（3） 斯奈尔定律综合（1）和（2）式，有sin a _ sine/） _ sina 2 _ ------ = -------- = ------- —=r X 匕 V 2这就是斯奈尔定律，P 叫射线参数。
• • • •推广到水平层状介质有：sin er, _ sina 2 _ _ sin a n _V. V 2匕注：斯奈尔定律满足费马原理，上例2中把信曲A 送到B 路径③是最小时 间路径，它满足透射定律（用高等数学求极值可证明）。
地震反射波法
（2）接收
地震波的接收除观测系统和地震仪的仪器因素 选择外，主要涉及如下三个方面的问题。 (1)检波器的选择：一般认为采用自然频率较高 的检波器，有助于扩展记录信号的宽高频，从而有 助于提高地震记录的分辨率，压制低频干扰。此外， 在陆地勘探中，选用速度检波器，而在水中接收时， 采用压力检波器。 (2)埋臵条件的选择：根据仪器的响应与波的振 动方向之间的关系，采用垂直检波器接收地面位移 的垂直分量，可得到最大的灵敏度。因此检波器要 埋直。此外为使得检波器与大地耦合好，应埋臵在 潮湿、致密的土壤或岩石中。
SN v x 2n
3、地震波的激发与接收
1、P波的激发与接收 2、SH波的激发与接收
1、P波的激发与接收
激发 接收
（1）激发
激发震源分为两类：一为炸药震源，另一为非炸 药震源。对于激发纵波而言，两类方式均可选择，一 般以实现地质目的为准。相比而言，炸药震源激发的 勘探深度的选择范围要大得多。在激发时，对震源一 般有两个要求：①激发力要竖直向下；①激发装臵或 药包与大地耦合要好。 若采用炸药震源激发，一般在浅井或浅坑中埋臵 药包，且药包的体积要小、成点或球状，以保证激发 效果。此外，在潮湿的土层或浅水面以下激发比在松 散的干土层中激发效果要好。 为提高勘探的分辨率，希望激发信号的频带宽、 主频高。实践表明，在浅层地震勘探中，小药量高爆 速的炸药震源和枪击震源等都能获得比较好的效果。
在反射波法勘探中，我们根据 各种环境、激发以及传播因素产生 的干扰的动力学和运动学特点，将 干扰波分为两类： 其一是规则干扰波 其二是不规则干扰波
下面分述其主要特点。
规则干扰波主要有：声波、面 波、工业电干扰、多次反射波、侧 面波以及绕射波等。
其主要特点为在时间或空间上表现 出一定的规律性，能量一般较强。与有 效波的差异主要表现在频率、视速度和 到达时间三个方面，并且大部分干扰主 要表现出视速度和到达时间两个方面与 有效波存在差异。如面波、声波和多次 反射波等。
地球物理反演方法及优劣分析
地球物理反演方法及优劣分析地球物理反演是一种通过观测地球物理场的响应来推断地下介质结构和性质的方法。
地球物理反演在地质勘探、环境研究、灾害预测等领域具有重要应用价值。
本文将介绍几种常见的地球物理反演方法，并分析它们的优劣势。
1. 重力法重力法是一种通过测量地球物体潜在能的分布来推断地下密度结构的方法。
重力法具有简单、直观、非侵入性的优点，在海洋和陆地上都可应用。
然而，重力法对密度分布变化较小的地下构造敏感性不高，精度受地形影响。
此外，重力法对地下界面的分辨率较低，难以分辨细小结构。
2. 震电阻抗法震电阻抗法是一种通过测量地震波在地下传播的速度和衰减来推断地下介质的电阻率结构的方法。
震电阻抗法在勘探深层、辨析地下岩石类型等方面具有优势。
然而，震电阻抗法对电阻率界面明显的区域辨识度较高，但对电阻率变化较小的结构分辨率较低。
此外，震电阻抗法对最低频率的信号需高信噪比，仪器设备较为复杂。
3. 电法电法是一种通过测量地下电场、电位差和电流等信息来推断地下的电阻率结构的方法。
电法具有分辨率较高、不受地形影响的优势，适用于地下水、矿产资源、环境污染等的勘探。
然而，电法在复杂多层介质的情况下存在解耦问题，且对电阻率的分辨率随探测深度增加而下降。
4. 磁法磁法是一种通过测量地磁场的强度和方向变化来推测地下岩石磁性结构的方法。
磁法适用于勘探地下矿产、火山活动等。
磁法对磁性较强的物质敏感，但对非磁性物质的响应较弱。
此外，磁法的解释也受到磁化方向不明确和磁异常的干扰。
5. 地震反射法地震反射法是一种通过测量地震波在不同介质之间反射和折射的现象来推断地下介质结构的方法。
地震反射法是勘探石油和地表下岩石结构的常用方法。
地震反射法具有高分辨率、多参数的优势，可以提供地层的结构、速度、岩性等信息。
然而，地震反射法对地下介质的反射界面明显的要求较高，且受到地震波传播路径的限制。
总的来说，每种地球物理反演方法都有其适用的场景和局限性。
地震勘探原理和方法
地震勘探原理和方法地震勘探是一种地球物理勘探方法，通过研究地震波在地壳中的传播规律来推断地下岩层的性质和形态。
本文将介绍地震勘探的基本原理和方法，包括地震波传播原理、地震波探测方法、数据采集技术、数据处理技术、地质解释技术、地球物理测井技术和地震勘探仪器设备等方面。
1.地震波传播原理地震波是指地震发生时产生的波动，包括纵波和横波。
纵波是压缩波，在地壳中以波的形式传播，横波是剪切波，在地壳中以扭动的方式传播。
当地震波在地壳中传播时，遇到不同密度的岩层会发生反射、折射和透射等现象，这些现象是地震勘探的基础。
2.地震波探测方法地震波探测方法包括折射波法和反射波法。
折射波法是通过测量地震波在地壳中传播的速度和时间来推断地下岩层的性质和形态。
反射波法是通过测量地震波在地壳中反射回来的信号来推断地下岩层的性质和形态。
在实际应用中，通常采用折射波法和反射波法相结合的方式来提高地震勘探的精度和分辨率。
3.数据采集技术数据采集技术是地震勘探的关键之一，它包括野外数据采集和室内数据采集。
野外数据采集是在野外布置观测系统，通过激发地震波并记录地震信号来进行数据采集。
室内数据采集则是在室内通过计算机系统对野外采集的数据进行处理和分析。
4.数据处理技术数据处理技术是地震勘探的关键之一，它包括预处理、增益控制、滤波、叠加、偏移、反演等步骤。
预处理包括去除噪声、平滑处理等；增益控制包括调整信号的幅度和相位；滤波包括去除高频噪声和低频干扰；叠加是指将多个地震信号进行叠加，以提高信号的信噪比；偏移是指将反射回来的信号进行移动，以纠正地震信号的偏移；反演是指将地震信号转换为地下岩层的物理性质，如速度、密度等。
5.地质解释技术地质解释技术是地震勘探的关键之一，它包括构造解释、地层解释和储层解释等方面。
构造解释是指根据地震信号推断地下岩层的构造特征和形态；地层解释是指根据地震信号推断地下岩层的年代、沉积环境和地层组合；储层解释是指根据地震信号推断地下油气储层的性质和特征。
反射地震资料偏移处理与反演方法
反射地震资料偏移处理与反演方法反射地震资料偏移处理与反演方法，这听起来是不是有点像外星人给地球发来的神秘代码？其实也没那么复杂，别被这些专业名词吓到。
今天咱们就来聊聊这东西，保证让你听了之后恍若隔世，恍如神助。
反射地震资料偏移处理和反演，都是地震勘探中用来帮我们“看透”地球深处的工具，听起来很高大上，但其实它们的工作原理和你用手机拍照找焦点有点像。
说到反射地震，咱们平时玩手机，光线不够亮了就闪个光，拍个照是不是能看得更清楚？反射地震的原理也是差不多。
地震波从地面发射出去，遇到不同的地层就会反射回来，反射回来之后，咱们用仪器记录下来。
其实这就像你站在一个巨大的镜子前面拍照，镜子越大，能看到的范围就越广。
地震波在地下“镜子”上反射的强弱，能够告诉我们地下结构的“形状”。
但是，问题来了，这些反射波因为在地下走了很长一段路，结果回来时已经有些变形，甚至有点模糊了。
所以，咱们得用偏移处理，把这些反射波“修复”回来。
这就进入了咱们的第二个话题——偏移处理。
简单来说，偏移处理就是把这些波的轨迹还原，让它们回到它们本该在的位置，或者说，恢复它们的“真实面目”。
这个过程就像你在沙滩上画个大圈，过了一会儿，沙子被风吹散了，圈也模糊了。
怎么办？你得再去找找沙子的痕迹，把圈还原回来。
偏移处理就这么一回事。
它通过一些复杂的数学方法，把反射波的路径还原到地下结构的真实位置。
你想，地下这么复杂，能做到这一点，得有点本事吧。
不过，这里头也有点“江湖套路”。
因为地下结构就像是一副迷宫，层层叠叠，波在里面绕来绕去，想要把它们完全还原，可不是一件容易事。
偏移处理的方法有很多种，有的像是超高难度的解谜游戏，有的则像是带着放大镜寻找蛛丝马迹。
比如，常见的反射地震偏移方法有Kirchhoff偏移法和波动偏移法。
前者就像是用直线把反射波的路径连接起来，比较简单直接，速度也快，但在复杂的地层中，难免有些“不准确”。
后者呢，则是模拟波的传播过程，精度高，但是计算量大得吓人。
地震折射波法反射波法
二、地震测线的布置 布置测线的原则： 测线为直线，尽量垂直地层或构造线走向； 测线均匀分布于全测区，最好与钻探线重合； 测线间距和疏密程度应根据地质任务、测区勘探程度 及探测对象等因素确定。 三、反射波法观测系统 1、简单连续观测系统 2、间隔连续观测系统 3、多次叠加观测系统
折射法：多用时距平面图表示。 反射法：多用综合平面图表示。形式简单，直观地表示 炮点和排列之间的关系。 1. 如图所示，O1、O2…O5是激发点，A、B、C、D表示互 换点，实线段O1A、AO2、O2B…等在水平直线上的投影正好 连续单次地覆盖了整条测线。
检波器又叫检震器，是把地震波到达引起地面微弱振动 转换成电讯号的换能装置。目前常用的检波器主要由线 圈、弹簧片和永久磁钢架及外壳组成。
检波器输出的信号电压和其振动时的位移初速度有关， 因此又叫速度检波器。
用晶体压电效应特性制成的晶体检波器，固有频率高的 特点，可以测量物体震动加速度，又叫加速度检波器。
如下图示：在O1、O2、O3…激发，在与M点为对称的S1、 S2、S3…接收R界面上同一点A的反射波。
A点：共反射点或共深度点。 M点：A的投影点，共中心点或共地面点。
S1、S2、S3…地震道：共反射点或共深度点）叠加道。 集合称CDP(共深度点)道集。
以炮检距X为横坐标，以反射波到达各叠加道的时间t为 纵坐标，可绘出对应A点的半支时距曲线。将炮点和接收点 互换，得到另半支时距曲线。
观测系统适用条件
单支时距曲线观测系统 适用于地质情况简单，折射界面规则且近水平情况。 特点：施工简单，效率高，界面起伏较大误差大，不适用。
相遇时距曲线观测系统 折射界面起伏明显，不规则。 特点：解释精度高，中间部分重复观测。
追逐时距曲线观测系统 对折射界面连续追踪，曲线形态和折射界面形态相关。 特点：时距曲线平行相似；界面上凸，则不平行
物 探 法
物探法
图1-2 地震波反射法的预报原理
物探法
通过计算机软件得到各种围岩构造界 面与隧道轴线相交所呈现的角度及掌子面 的距离，并可初步测定岩石的弹性模量、 密度、泊松比等参数以供参考，进一步分 析隧道前方围岩的性质、节理裂隙密集带 分布、软弱岩层及含水状况等。
物探法
弹性波反射法适用于划分地层界限，查 找地质构造，探测不良地质的厚度和范围。 其要求被探测对象与相邻介质应存在较明显 的波阻抗差异并具有足以被探测的规模；断 层或岩性界面的倾角应大于35°，构造走向与 隧道轴线的夹角应大于45°。
（2）探测目的体具有足以被探测的规模。 （3）不能探测极高电导屏蔽层下的目的体。
物探法
2）探测距离
地质雷达在完整灰岩地段预报 距离宜在30 m以内，在岩溶发育地 段的有效探测长度则应根据雷达波 形判定。连续预报时前后两次重叠 长度应在5 m以上。
物探法
3）地质雷达探测仪表的技术指标
（1）系统增益高。 （2）信噪比大。 （3）采样间隔应根据使用频率和采样定理及仪 器设置选定。 （4）具有可选的信号叠加、实时滤波、点测与连 续测量、手动与自动位置标记等功能。
（10）地质雷达探测质量检查的记录与原探测记录应具有良 好的重复性，波形一致，没有明显的位移。
物探法
5）地质雷达探测的资料与解释
（1）参与解释的雷达剖面应清晰。 （2）解释前宜做编辑、滤波、增益等处理。当情况 较复杂时，还宜进行道分析、FK滤波、正常时差校正、褶 积、速度分析、消除背景干扰等处理。 （3）结合地质情况、电性特征、探测体的性质和几何 特征综合分析。必要时应考虑影响介电常数的各种因素， 制作雷达探测的正演和反演模型。
物探法
6）探测报告
地质雷达法预报应编制探测报告，内容 包括探测工作概况、采集及解释参数、地质 解译结果、测线布置图（表）、探测时间剖 面图等，其中时间剖面图中应标出地层的反 射波位置或探测对象的反射波组。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
浅析地震波反射法
【摘要】以本人参与施工管理的新建渝怀铁路、宜万铁路个别典型、长大隧道为例，介绍目前在隧道施工中广泛采用的地震波反射法—tsp超前地质预报方法，希望对建设中长大隧道及地下工程施工中超前地质预报工作提供参考或有所借鉴和启发。
【关键词】地震波反射法地质超前预报隧道施工
地震波反射法—tsp超前地质预报技术是物探法的一种，它具有快速、探测距离大、与施工干扰相对小。
但也存在一些较为明显缺点。
主要有：需要结合多种预测预报方法，且与与地质分析资料深入结合，有一定技术难度。
1 地震波反射法—tsp超前地质预报工作原理
在隧道隧洞内，人工制造一系列有规则排列的轻微震源；震源发出的地震波遇到地层界面、节理面、特别是断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落柱、岩溶淤泥带等不良地质界面时，将产生反射波，它的传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关界面的性质以及产状密切相关，并通过不同数据表现出来；通过设备设置的震源反射波的数据采集系统（传感器和记录仪），将这递增数据经微机处理后储存起来。
然后，将数据输入带有特制软件的电脑，经过电脑进行复杂数学计算后，最后形成反射波（纵波）波形图、反映相关界面或地质体反射能量的影像图和隧道平面、剖面图，供工程技术人员解译。
2 特点
①适用范围广：适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况。
②预报距离长：能预报掌子面前方100～350 m范围内的地质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大。
③对隧道施工干扰小：它可在隧道施工间隙进行，即使专门安排此项工作，也不过30 min左右（图1）。
④提交资料及时：在现场采集数据的第二天即可提交正式成果报告。
它设计了一套专用处理软件，将复杂多解的波形分析转换为直观的单一解的波形能量分析图。
将隧道顶部和底部的波形能量分析图分析确定之后，就可得出断层破碎带、软弱夹层或其它不良地质体相对于隧道的空问位置，计算机就会自动绘出弹性波速度有差异的地质界面相对于隧道轴线的地质平面图和纵断面图。
3 工程实例
宜万铁路w6标红瓦屋隧道
（一）tsp探测的主要技术参数
1、传感器里程： dk094+252；
2、掌子面里程： dk094+208；
3、隧道右壁（面向掌子面方向—下同）布置炮眼21个，左右壁各布置传感器1个；
4、探测区段平均纵波波速vp=2893米/s；
5、有效预报距离：掌子面前方151米，即里程dk094+208～057；可供参考预报距离：57米，即里程dk094+057～000；
6、最高分辨率≥1米3的地质体；
7、隧道走向：80°—260°
8、隧道主干断层破碎带走向0°和310°。
（二）有效的tsp超前地质预报效果
1、dk094+208～180（28米）
有多条中小断层破碎带和影响带分布的、以泥质灰岩为主的围岩区段。
可见6条中小断层破碎带、影响带，集中连续分布；且多以80°的大角度与隧道相交，始于右壁终于左壁。
总体围岩较破碎，但少水。
稳定性较差～差，易坍塌～塌方，估计总体为ⅳ～ⅴ级围岩。
2、dk094+180～161（19米）
属于断层上盘节理发育带与多水夹泥～富水多泥的、以泥质灰岩为主的围岩区段。
可见3个多水～富水带，同样以80°的大角度与隧道相交，始于右壁，终于左壁。
具体位置为：
179～177；带宽2米，多水夹泥。
174～172；带宽2米，多水夹泥。
（3）171～166；壁宽5米，规模大，为富水多泥的中型断层破碎带。
或也有可能以大小岩溶洞穴出现。
总体围岩较破碎，多水夹泥～富水多泥，甚至可能出现大小岩溶洞穴。
易坍塌～塌方，估计总体也为ⅳ～ⅴ级围岩。
3、dk094+161～146（15米）
少水无泥，无断层，较完整的泥质灰岩分布的围岩区段。
总体围岩完整，少水无泥，稳定性好，估计总体为ⅱ～ⅲ级围岩。
4、dk094+146～108（38米）
有小断层破碎带及其影响带分布期间的、多水夹泥～富水多泥的泥质灰岩为主的围岩区段。
其中，主要多水～富水带有6个，同样以80°的大角度与隧道相交，始于右壁，终于左壁。
具体位置是：（1）146～142；带宽4米，规模较大，为富水多泥的小断层破碎带。
或也有可能以大小岩溶洞穴出现。
（2）138～136；带宽2米，多水夹泥。
（3）130～128；带宽2米，为多水夹泥的小断层破碎带。
（4）129～127；带宽2米，多水夹泥。
（5）123～121；带宽2米，多水夹泥。
（6）111～108；带宽3米，多水夹泥。
总体围岩较完整～较破碎，多水多泥，稳定性较差，可出现坍塌～塌方，估计总体也为ⅳ～ⅴ级围岩。
5、dk094+108～057（51米）
为局部地段节理发育，并伴随多水夹泥带分布的泥质灰岩围岩区段。
可见4个多水夹泥带，以80°的大角度与隧道相交，始于右壁，终于左壁。
具体位置是：
（1）105～103；带宽2米，多水夹泥。
（2）099～093；带宽6米，规模大，为富水多泥带。
或也有可能以大小岩溶洞穴出现。
（3）081～079；带宽2米，多水夹泥。
（4）071～069；带宽2米，多水夹泥。
总体围岩稍完整，仅局部节理发育并伴有少量多水夹泥带；可出
现掉块～坍塌，围岩稳定性稍好～较差，估计总体也为ⅲ～ⅳ级围岩。
（三）供参考的tsp超前地质预报
1、dk094+057～016（41米）
为规模较大的富水多泥断层破碎带及其影响带和少水断层破碎带集中分布的，以泥质灰岩为主的围岩区段。
可见6个规模大小不等的断层破碎带，同样以80°的大角度与隧道相交，始于右壁，终于左壁。
其中，富水多泥断层破碎带2条，其具体位置是：
（1）057～051；带宽6米，规模大，为富水多泥带；也有可能发育大小岩溶洞穴。
（2）030～026；带宽4米，多水夹泥。
估计总体围岩破碎，且多水夹泥～富水多泥，甚至可能出现大小岩溶洞穴；围岩稳定性差，易塌方，估计总体为ⅴ级围岩。
2、dk094+016～000（16米）
少水无泥，无断层，较完整的泥质灰岩分布的围岩区段。
总体围岩较完整，少水无泥，稳定性较好，估计总体为ⅱ～ⅲ级围岩。
小结
在整个隧道施工过程中，按照超前地质预测预报方案，采用了以地震波反射法—tsp超前地质预报技术为主要手段，并结合地质条件辅助其它预测预报手段，对隧道全程实施预测预报。
对照预测预报成果，经现场施工揭示，预测预报里程、范围及存在不良地质体的种类基本与成果相符或相近。
为该隧道的动态设计管理和顺利实
施施工奠定了很好的基础。