浅层地震折射资料的个性化自动解释

彭绪洲，李进敏，陈新球

(中国电建集团 北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)



浅层地震折射资料的个性化自动解释

彭绪洲，李进敏，陈新球

(中国电建集团 北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

浅层地震折射是工程物探最常用的经典手段之一。对非常规模式、非标准观测系统所采集的浅层地震折射数据进行个性化自动解释，是工程物探工作者多年来孜孜以求的目标。通过某水电站横河地震折射剖面勘探实例，根据资料解释的流程和步骤重点介绍了数据的重建过程、资料个性化自动解释的关键步骤和结果、在解释过程中通过人机交互方式充分融合解释人员工程经验的关键节点。展示了对非常规模式、非标准观测系统的浅层地震折射数据进行个性化自动解释的灵活性和高效性。

浅层地震折射勘探；折射波法；个性化；人机交互；自动化解释

1 引 言

浅层地震折射波法是工程物探重要手段之一，应用最早，方法最成熟，自20世纪50年代开始，在相关领域的应用日益广泛和深入，尤其在水利水电行业的覆盖层厚度探测方面发挥了巨大的作用。20世纪80年代以来，随着信号增强型数字地震仪器的普及和计算机技术的飞速发展，浅层地震折射数据分析和资料解释逐渐由自动解释替代手工解释[1]。令人遗憾的是，目前的浅层地震折射资料的自动解释[2-7]软件只能适应于标准观测系统下所采集到的、特定格式的数据，在实际工作中，数据采集的观测系统是可变和可灵活扩展的，甚至是非标准的，解释方法也是多样可选的，解释人员对资料的认识和理解也会因为各自的经验而有所不同。解释过程中的这种个性化思想，在纯手工解释中可以表现得淋漓尽致，得心应手。但在传统意义上的自动解释中常常是捉襟见肘，或必须采用人工方式进行前期大量的数据整理和编辑工作，显得十分笨拙、繁琐和效率低下，有时甚至是无能为力。

本文介绍一种能适应多种数据格式、标准和非标准观测系统的浅层地震折射数据的个性化自动解释方法，采用更为灵活的人机交互模式，充分体现解释人员的个性化认识和经验，表现出强大的灵活性和适应性，其基本架构及流程如图1所示。

图1 流程及架构Fig.1 Process and structure chart

2 解释过程及方法

2.1 预处理

2.1.1 数据格式转换

“格式转换”是实现人机交互识别弹性波的第一步。在工程物探工作中，针对不同的弹性波测试方法生产的仪器各式各样，各仪器采集数据的格式都不一样，所以，首先要将各类仪器所采集的波形数据读取出来，转换成可以处理的统一的自定义格式数据[8]，以备后续处理。对源数据(如CSP、SEG1、SEG2、SEGD、SEGY等格式)进行读取转换，保证原始数据的准确性，并形成统一格式，如图2所示。这种对多种数据格式的适应，不仅突破了传统浅层地震折射资料自动解释系统对数据格式专属性的要求，而且还便于原始数据共享和交换；特别是在进行多台不同数据格式仪器同时工作的资料解释时，更显高效快捷。

图2 “格式转换”界面Fig.2 Format conversion interface diagram

2.1.2 数据整理编辑及编辑

“数据整理及编辑”包括：折射波初至拾取、数据信息编辑、数据编辑、数据重建(合并、拆分、抽道)等[9-13]。它是对经过格式转换后的原始数据进行必要的处理，也是个性化自动解释必不可少的准备工作。

在实际工作中，受地形地质条件限制，常常会采用非常规、非标准观测系统进行数据采集，在以前的手工解释过程中，只能将一张张原始记录排列读数，非常烦琐，且容易出错。通过“数据重建”可将原来分布于各文件中的数据进行抽道重排，直接得到符合常规标准观测系统模式的数据，以便于波组识别和初至波读取。

图3为怒江流域某水电站前期覆盖层勘探的地震波原始记录及抽道数据重建后的记录对比图。在怒江等深切河谷中，由于落差大、水流紊乱，不具备采用漂浮电缆进行顺河水上浅层地震折射的工作条件，常常使用“互换法”[14]这种非常规、非标准观测系统进行横河剖面的数据采集，得到的原始记录是如图3(a)中所示的多张单炮记录。从这些单炮记录中完全识别不出哪个是有效波，但通过按剖面上的炮点顺序分别对多张原始记录的某一道进行“抽道”处理，就可以将其编辑为相应的标准观测系统下的数据，成为一张漂亮的、完整的、易于识别的折射波记录，如图3(b)所示。

图3 单炮原始记录及重建记录对比Fig.3 Contrast of original and reconstructed records

2.2 个性化自动解释

本文以地震折射勘探方法为例来说明人机交互自动化解释过程。“建立解释参数”是个性化自动解释必须的过程，包括：根据所设计的观测系统来选择用于解释的相应原始数据、剖面性质(陆域、水域、水陆混合)、在解释过程中是否添加地形数据、炮井深度校正选择及相应参数设置、折射盲区处理方式选择等。

本文所说的剖面性质选择是指勘探剖面所处的环境，对于水域或水陆混合剖面来说，工程上常常需要划分出水底界面，在建立解释参数时确定剖面性质后，在进行个性化自动解释时就能根据水下地形资料划分出水底界面，并自动计算出覆盖层的有效速度值和底界面位置。

炮井深度校正是保证解释精度必须进行的工作，不同的激发介质有不同的波速值。解释人员应根据实际情况和经验进行合理分析，通过人机交互方式进行正确取值，从而保证资料的解释精度。

在理论上，折射盲区是不解释的区域，也就不存在折射盲区处理方式选择的问题，但是在实际工作中，由于地形和折射界面的起伏的影响，折射盲区常常不易识别和判断，因此，个性化解释就是解释人员根据自己的经验正确识别和判断折射盲区的范围，合理选择其处理方式，让解释成果更符合实际情况。

“时距曲线”和“计算解释”是个性化自动解释的核心过程，时距曲线是资料解释的基础。在绘制出时距曲线后，解释人员首先根据经验合理确定直达波与折射波的置换点及相应的表层有效速度值；然后按所设定解释参数自动计算出相关的过程参数，如t0法中的θ值、t0值等；最后，解释人员根据自己的经验分段确定折射界面的速度值，并自动计算出测点的折射界面埋深和高程。在这个过程中有大量灵活的人机交互过程，让解释人员的个性化思想得到充分体现。

表层有效速度[15]和界面速度[16]取值的正确性和合理性是解释精度的决定性因素。在实际工程中，表层介质常常是非均匀和非连续的，折射界面也会因为岩性的横向变化、地质构造或破碎带的存在而呈现出分段性[17-20]，因此，根据经验合理确定表层有效速度值及折射界面的分段，不仅充分体现了解释人员的个性化素质和水平，同时也能得到良好的解释成果。

图4 个性化解释成果Fig.4 The personalized interpretation section

图5 个性化解释剖面成果Fig.5 Personalized interpretation section results

2.3 成果及输出

完成解释的物探成果剖面需要转换成地质人员所需要的物探地质成果图，解释成果图已包括相应的地球物理和地质信息，如：表层地震纵波速度、界面速度、覆盖层厚度、基岩面形态，地层岩性及分界、构造带(破碎带)的位置及分布范围等，但制图比例以及一些附加的勘探布置信息不能在此生成，故采用数据接口将物探解释部面生成DXF文件，可在CAD软件中直接打开，按照比例尺要求，结合地质情况添加必要的综合信息而得到的完整的物探地质成果图，如图5所示。

3 结 语

浅层地震折射资料个性化自动解释成功实现了人机交互，充分体现了解释人员的个性化思想和经验，得到合理的、反映真实地质情况的物探成果，大大提高了物探资料解释的效率及准确性，其特点和优势主要表现以下几个方面：

1)可处理多种数据格式的原始地震数据，尤其是在同一工程中使用多种不同型号(数据记录格式不同)仪器进行数据采集时，适应性更强。

2)对非常规模式、非标准观测系统下的浅层地震折射资料进行解释。

3)自动提取炮井深度校正速度和表层有效速度，解释人员也可根据工程经验进行赋值，让解译结果更真实地反映实际地质情况。

4)可根据经验分段求取折射界速度、划分岩性横向变化范围、确定断层和破碎带等地质构造的位置和规模。

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Automatic and Personalized Interpretation of Shallow Seismic Refraction Data

Peng Xuzhou,Li Jinmin,Chen Xinqiu

(BeijingEngineeringCorporationLtd.,PowerChina,Beijing100024,China)

Shallow seismic refraction is one of the most common methods of engineering geophysical exploration. Personalized interpretation of data collected by unconventional or nonstandard data acquisition system is the ultimate aim of geophysical engineers. Taken a cross river seismic refraction exploration of a hydropower station as an example,this paper illustrates the process and methods of data reconstruction and human-computer interaction processing and interpretation with personalized experience of engineers. This method of personalized automatic interpretation of refraction is flexible and high efficient for unconventional or nonstandard shallow seismic refraction data.

shallow seismic refraction exploration; refraction; personalized interpretation; human-computer interaction; automatic interpretation of refraction

1672—7940(2016)06—0712—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.005

彭绪洲(1967-)，女，高级工程师，主要从事水利水电工程物探工作。E-mail:pengxuzhou@126.com

P631.4

A

2016-06-22