地震CT技术及其在工程地质勘探中的应用

2020-10-23邹子龙

有色金属设计 2020年3期

邹子龙

(贵州省地矿局第二工程勘察院，贵州遵义 563000)

0 引言

在城市规划建设中，对于工程项目建设标准的要求越来越高。在工程地质勘探中，可采用地震CT技术获得物体外部测量数据，通过对地震速度与地质体之间的关系进行分析，即可获得层析图像以及钻井资料，据此对地震体进行分类评价。因此，对地震CT技术在工程地质勘探中的应用进行深入研究迫在眉睫。

1 地震CT技术

对于地震CT技术，可分为2种：①为以射线理论为基础的走时成像法，具体包括直射线以及弯曲射线；②为波动方程反演的CT法。在地震波动理论CT技术的应用中，通过野外观测获得波形数据，包括走时、振幅、相位以及周期等，然后在利用Born变换近似法或者Rytov变换法。需要注意，在地震CT技术的应用中，如果地下介质速度变化比较大，则地震波的传播路径与直线的偏差也会比较大，因此还可采用弯曲射线追踪方式。

CT正演可将理论走时作为震源以及接收点路径的积分，在已知速度的基础上对射线路径以及走时进行计算。模型参数化方式比较多，具体包括分块模型、节点模型以及不规则模型等。地震射线追踪方式比较多，在工程地质勘探中，应综合考虑不同方法的应用条件、计算效率等，进而选择适宜的算法。

2 工程地质勘探中的地震CT新技术

2.1 地面地震CT技术

在传统的工程地质勘探中，一般可进行钻孔勘探，而通过应用地震CT技术，无需钻孔即可构建初始模型，地面地震CT技术通过应用初始模型，即可反映出地质体厚度以及波速。现如今，地面地震CT技术越来越完善，通过利用地质体反射剖面，即可构建所需模型，通过联合应用地震相以及射线追踪，能够有效保证勘探结果的准确性以及可靠性。通过对地面地震CT技术的成像特点和应用方式进行分析可见，通过将技术应用于结构形式简单的地质体勘探中，即可获得分层三维波速图像以及界面分布概况。

2.2 地震波速CT结合吸收系数CT

在工程地质勘探中，通过应用波速CT技术，能够合理区分岩性分布情况以及大规模断裂带，CT法可获得小规模断裂带节理带图像，并且图像分辨率比较高，通过将2种技术联合应用于地质勘探中，可充分发挥2种技术的应用优势。在获得观测记录后，即可对走时以及频谱进行研究分析，进而同时掌握波速分布图以及吸收分布图，通过对2种图像进行对比分析，即可为工程地质勘探结果分析提供可靠依据。

2.3 地震面波CT技术

表面波的传播速度以及下伏地层力学性质会对表面波的频率产生较大影响，对此，在探测过程中，如果获得不同频率面波，则应进行传播速度成像分析，进而确定不同深度地层的力学性质平均值。另外，通过结构分层分析，可大致推算出波速在不同层面的分布情况，为工程地质勘探提供可靠依据。地震面波CT技术的原理类似于面波频散原理，但是在实际操作方面更加快速便捷，只需进行地表观测就能够获得地下三维结构图。需要注意，地震面波CT技术的勘探深度比较浅，应用范围比较小，与反射法相比，勘探结果的可靠性比较低，因此还需不断改进。

3 地震CT技术在工程地质勘探中的应用

3.1 工程概况

某工区地势为北高南低，高程在14～32 m之间。通过对该勘探区域地质资料进行分析，勘探区域为第四系地层覆盖。该勘探区域北侧为低山丘陵区，而南部则为平原区。在本次地质勘探中，采用地震CT勘探技术，对勘探区域构造形式、岩性分布情况以及地层速度等进行测量。在本次勘探中，共有2个剖面，第一个剖面钻孔距为13 m，而孔深则为100 m，第二个剖面的钻孔距为20 m，而孔深则为100 m。两个剖面的成像深度均在0 m～-96 m之间。

3.2 测试方法

在该次勘探工区范围内，勘探区域地质组成包括填土、粘土、砂土以及砾石土等等，被风化破碎泥岩和水填充，低速异常特征明显，速度在800～1 500 m/s之间。另外，稳定砂和粘土互层为中高速，速度在1 000～2 500 m/s之间。由此可见，该勘探工区的波速差异性比较明显，因此，可利用井间地震CT技术进行勘探和评价分析。

在勘探中，一井激发，而另一井则可接收井间成像。在具体的勘探过程中，首先确定成像区，然后将检波器放置在成像区深度最大位置，根据适宜间距移动炮点放炮，并提升检波器串，直至完成勘探，观测系统布置形式，见图1。在该次勘探中，勘探设备为SWS-5多功能地震仪，检波器为CH3-R2型12道加速度型水听检波器串，震源为XW5 512A型大功率单次击振的电火花振源，在勘探数据处理分析中，采用地震CT处理软件以及井间地震波CT软件等。

地震CT技术有一定的应用特征，比如，通过构建地震CT勘探模型，即可对射线分布形式进行计算分析，地震CT几何图形及射线分布形式见图2。在地震CT几何图形及射线分布图中有无射线覆盖区，在模型内部，灰色区域为目标体，在模型上下边界则为边界效应，为黑色区，不利于解释分析。对此，在实际勘探中，在勘探数据采集中，在对观测系统进行规划布置时，应注意结合实际情况完善观测系统，并尽量避免无射线覆盖区。

3.3 结果分析

在该次勘探中，对第一个剖面进行勘探数据采集、处理以及分析，即可获得速度分布与地质解释图像，见图3。通过对图3进行分析可见，浅于-10 m的地表主要是由人工填土所组成的，波速比较低，另外，在填土以下，波速值比较稳定，呈水平条带状渐变形式，据此可推测，第四系覆盖层的厚度比较大，井探范围中，主要是由砂和粘土互层所组成的。下井段深度范围在-60～-96 m之间，通过下井进行勘探分析发现，有1处相对低速异常带，形状为狭长，波速在800～1 500 m/s之间，呈低速断裂特征。上断点可能处于-60 m位置，而下断点可能处于未探测深度范围。当井段范围在-15～-55 m之间时，岩性主要包括砂和粘土互层；当井段范围在-40～-44 m之间时，岩性主要为粗砂层。

在该次勘探中，对第二个剖面进行勘探数据采集、处理以及分析，即可获得速度分布与地质解释图像，通过分析可见，当地层浅于-21 m时，波速为低速，通过岩性分析可确定，该范围地层主要是由粉质粘土以及细砂段所组成的，波速相对稳定，部分区域波速值比较大，该地层为稳定砂卵石层。通过对剖面进行分析可见，探测区域地层结构稳定性比较强。