井间地震层析成像在铁道勘察中的应用研究

2011-06-07赵广茂孟宪波

铁道勘察 2011年1期

赵广茂孟宪波

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300052)

1 概述

岩溶对铁路桥梁、路基建设影响较大,在铁路勘察中必须将岩溶规模、边界探测准确。岩溶经常发育在可溶性的纯灰岩地层或断层破碎带、岩溶与围岩之间,一般存在着明显的波速差异。基于波速差异，可以利用井间地震层析成像技术进行两孔之间的岩溶探测,地震层析成像技术,以其分辨率高的特点而主要应用于精细构造和目标的探测[1-5],自20世纪90年代以来,井间地震层析成像技术逐步进入实用化阶段。

2 井间地震层析成像原理

井间地震层析成像是在两个钻孔间采用一发多收的扇形观测系统,组成密集交叉的射线网络,如图1所示,最后经过反演得到两孔之间的弹性波速度分布图像：坚硬完整的地层波速较高,而节理裂隙、溶蚀洞穴发育处,会出现波速异常,波速呈现相对低速,从而可以确定岩溶的分布情况。反演采用SIRT算法也称联合迭代重建法[6-10],图2为井间地震层析成像反演流程图[11]。

图1 井间地震层析成像观测系统

图4 井间地震层析与声波测井结果(图中虚线为验证钻孔)

图2 井间地震层析成像反演流程

3 井间地震层析成像试验

在京沪线某段进行井间地震层析成像岩溶勘察试验,钻孔布置情况见图3,发射钻孔为zk03,接收钻孔为zk09,孔深50 m,孔间距35 m。为检验井间地震层析成像在岩溶探测中的效果,在zk03与zk09之间布置两个检验钻孔zk05,zk07,孔深为50 m。本工区水位深度16.8 m。

图3 试验钻孔布置示意(单位：m)

井间地震层析成像试验震源采用德国生产的SWG1005电脉冲电火花震源(能量1 kJ),工作频率在500 Hz以上,检波器采用德国产AQ-2000型水中地震检波器串接收,记录仪选用NZ-24地震仪,采样率为0.02 ms；测试段为地下10 m至50 m,激发点间距1.0 m,接收点间距1.0 m。对每个接收点,激发孔中自下而上逐点激发；声波测井采用PSJ-2型数字测井仪。

图4中剖面为zk03发射zk09接收的井间地震层析图像,两侧曲线为zk03和zk09的声波测井曲线。从图中可以看到,zk03位置地下19～21 m声速与地震波速均表现为高速,地下34～42 m均表现为低速,地震纵波速度3 000 m/s以下；zk09位置地下23～33 m声速与地震纵波速度均表现为高速,该高速层从左到右一直贯通,应为同一地层,在地下37～44 m均表现为低波速。

为检验井间地震层析成像在岩溶探测中的效果,从图4层析成像剖面中截取出中间钻孔zk05～zk07段,之后与中间钻孔的岩芯照片进行对比验证。图5为zk05～zk07段层析成像剖面与zk05和zk07的声波测井曲线对比。图6为zk05钻孔岩芯照片,图7为zk07钻孔岩芯照片。

图5中层析成像剖面及声波测井曲线揭示，zk05位置地下37～42 m为低速反映,推断为溶洞,从zk05的岩芯照片图6中可以看到37～43 m为溶洞；图5中层析成像剖面及声波测井曲线揭示zk07位置地下37～43 m为低速反映,推断为溶洞,从zk07的岩芯照片图7中可以看到37～43 m为溶洞,从而说明本次层析成像与声波测井综合分析结果是正确的。