折射波法在某矿山治理中的应用

朱 辉，高铎文

（中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710054）

1 折射波法勘探原理

折射波法是利用人工震源激发的地震波在介质中传播，当穿过波速不同的分界面时，波改变了原来的传播方向而产生了透射，当下层大于上层介质的波速时，在入射角等于临界角的条件下，透射波将会沿着分界面以下层速度“滑行”，这种“滑行波”也将引起界面上层质点的振动，并以折射波的形式传至地面，若用地震仪测量其到达地面观测点的时间和震源距，并找出其之间的函数关系，就可以求出折射界面的空间分布形态。折射波法多用于探测覆盖层（或低速带）厚度、基岩起伏、断层产状及有关地下水分布等工程地质问题[1]。

折射波勘探主要利用地震波的折射初至时间，绘制时距曲线，进而对地下构造进行推断解释。

2 资料解释方法

利用时距曲线和速度资料，即可绘制反映折射界面的埋深、产状和构造形态的地震剖面图。求取折射界面的埋深和产状的解释方法有很多，如截距时间法、t0差数时距曲线法、延迟时间法、时间场法和共轭点法[2]。折射资料处理解释流程如图1所示。下面通过工程实例来介绍工作中最常用的截距时间法和t0差数时距曲线法。

图1 折射处理流程图

3 应用实例

实际资料来源于汉中市某矿山治理项目。本次勘探的主要任务为探测基岩埋深及其起伏形态，测线长570m。根据现场踏勘及前人资料所知，工区上部为矿渣，下部基岩岩性为泥质砂岩[3]。物探工作开展前在工区基岩露头处做岩体波速测试，测得波速为1400～1600m/s。使用的仪器为SWS-7型工程勘探与工程检测仪，选用38HZ检波器，根据工程勘探目的和现场试验结果，观测系统采用道间距12m，48道接收，采样长度为1024ms，采样间隔0.5ms。共在坐标0、288、576处3个点位上放炮，震源为TNT炸药。图2为三炮的时距曲线图。

图2 时距曲线图

从时距曲线可以看出，地层为两层结构，除近炮点的直达波外，折射波震相稳定[4,5]。依据线性回归方程，可分别得到直达波和折射波的速度，见表1。

表1 各炮直达波、折射波速度

取速度的平均值，得到：V1=542m/s，V2=1584m/s。

下面分别用截距时间法和t0差数时距曲线法来求取上述资料采集处的折射界面深度。

3.1 截距时间法求界面

根据：

可以计算出对应三个炮点处的深度，见表2，相应的折射界面深度图见图3。

表2 各炮折射界面深度

图3 折射界面深度图

3.2 t0差数时距曲线法求界面

根据：

我们得到了第一炮和第三炮的折射震相数据（10-38接收道）及折射界面深度的计算值，见表3，相应的折射界面深度图见图3。

表3 深度计算值

为了验证上述两种方法反演出的折射界面深度是否恰当，在第1、10、15、20、25、30、35道对应的位置上布设了七个钻孔，得到的土石分界界面见图3。

为了检验截距时间法和t0差数时距曲线法在反演地下不同波阻抗界面时的差异，我们分别用这两种方法反演的深度与钻探的结果对比分析，得到的结果见表4。

表4 两种方法对比

4 结论

（1）从两种方法与钻探的结果的对比可以看出，截距时间法在炮点处（第1和25道）求出的深度与钻探结果误差不大，因此，当界面是平界面时，此种方法简便且能得到较精确的结果；而当界面是任意界面时，t0差数时距曲线法由于可以得到折射段多点的深度，其解释精度明显要高于截距时间法。

（2）t0差数时距曲线法用于反演地层时，只能得到两炮折射波交叉部分的深度，故在资料采集时应选择合适的观测系统，以便取得完整的资料。

（3）相比钻探方法，折射波法可较完整的显示出基岩面的起伏状态，因此在矿山治理中，可以用物探资料补充钻探，完善勘察资料，用钻探验证物探，提高物探的解释精度，最终取得满意的勘察结果。