彭緒洲，李進敏，陳新球

(中國電建集團 北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

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淺層地震折射資料的個性化自動解釋

彭緒洲，李進敏，陳新球

(中國電建集團 北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

淺層地震折射是工程物探最常用的經(jīng)典手段之一。對非常規(guī)模式、非標準觀測系統(tǒng)所采集的淺層地震折射數(shù)據(jù)進行個性化自動解釋，是工程物探工作者多年來孜孜以求的目標。通過某水電站橫河地震折射剖面勘探實例，根據(jù)資料解釋的流程和步驟重點介紹了數(shù)據(jù)的重建過程、資料個性化自動解釋的關鍵步驟和結果、在解釋過程中通過人機交互方式充分融合解釋人員工程經(jīng)驗的關鍵節(jié)點。展示了對非常規(guī)模式、非標準觀測系統(tǒng)的淺層地震折射數(shù)據(jù)進行個性化自動解釋的靈活性和高效性。

淺層地震折射勘探；折射波法；個性化；人機交互；自動化解釋

1 引 言

淺層地震折射波法是工程物探重要手段之一，應用最早，方法最成熟，自20世紀50年代開始，在相關領域的應用日益廣泛和深入，尤其在水利水電行業(yè)的覆蓋層厚度探測方面發(fā)揮了巨大的作用。20世紀80年代以來，隨著信號增強型數(shù)字地震儀器的普及和計算機技術的飛速發(fā)展，淺層地震折射數(shù)據(jù)分析和資料解釋逐漸由自動解釋替代手工解釋[1]。令人遺憾的是，目前的淺層地震折射資料的自動解釋[2-7]軟件只能適應于標準觀測系統(tǒng)下所采集到的、特定格式的數(shù)據(jù)，在實際工作中，數(shù)據(jù)采集的觀測系統(tǒng)是可變和可靈活擴展的，甚至是非標準的，解釋方法也是多樣可選的，解釋人員對資料的認識和理解也會因為各自的經(jīng)驗而有所不同。解釋過程中的這種個性化思想，在純手工解釋中可以表現(xiàn)得淋漓盡致，得心應手。但在傳統(tǒng)意義上的自動解釋中常常是捉襟見肘，或必須采用人工方式進行前期大量的數(shù)據(jù)整理和編輯工作，顯得十分笨拙、繁瑣和效率低下，有時甚至是無能為力。

本文介紹一種能適應多種數(shù)據(jù)格式、標準和非標準觀測系統(tǒng)的淺層地震折射數(shù)據(jù)的個性化自動解釋方法，采用更為靈活的人機交互模式，充分體現(xiàn)解釋人員的個性化認識和經(jīng)驗，表現(xiàn)出強大的靈活性和適應性，其基本架構及流程如圖1所示。

圖1 流程及架構Fig.1 Process and structure chart

2 解釋過程及方法

2.1 預處理

2.1.1 數(shù)據(jù)格式轉換

“格式轉換”是實現(xiàn)人機交互識別彈性波的第一步。在工程物探工作中，針對不同的彈性波測試方法生產(chǎn)的儀器各式各樣，各儀器采集數(shù)據(jù)的格式都不一樣，所以，首先要將各類儀器所采集的波形數(shù)據(jù)讀取出來，轉換成可以處理的統(tǒng)一的自定義格式數(shù)據(jù)[8]，以備后續(xù)處理。對源數(shù)據(jù)(如CSP、SEG1、SEG2、SEGD、SEGY等格式)進行讀取轉換，保證原始數(shù)據(jù)的準確性，并形成統(tǒng)一格式，如圖2所示。這種對多種數(shù)據(jù)格式的適應，不僅突破了傳統(tǒng)淺層地震折射資料自動解釋系統(tǒng)對數(shù)據(jù)格式專屬性的要求，而且還便于原始數(shù)據(jù)共享和交換；特別是在進行多臺不同數(shù)據(jù)格式儀器同時工作的資料解釋時，更顯高效快捷。

圖2 “格式轉換”界面Fig.2 Format conversion interface diagram

2.1.2 數(shù)據(jù)整理編輯及編輯

“數(shù)據(jù)整理及編輯”包括：折射波初至拾取、數(shù)據(jù)信息編輯、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)重建(合并、拆分、抽道)等[9-13]。它是對經(jīng)過格式轉換后的原始數(shù)據(jù)進行必要的處理，也是個性化自動解釋必不可少的準備工作。

在實際工作中，受地形地質條件限制，常常會采用非常規(guī)、非標準觀測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，在以前的手工解釋過程中，只能將一張張原始記錄排列讀數(shù)，非常煩瑣，且容易出錯。通過“數(shù)據(jù)重建”可將原來分布于各文件中的數(shù)據(jù)進行抽道重排，直接得到符合常規(guī)標準觀測系統(tǒng)模式的數(shù)據(jù)，以便于波組識別和初至波讀取。

圖3為怒江流域某水電站前期覆蓋層勘探的地震波原始記錄及抽道數(shù)據(jù)重建后的記錄對比圖。在怒江等深切河谷中，由于落差大、水流紊亂，不具備采用漂浮電纜進行順河水上淺層地震折射的工作條件，常常使用“互換法”[14]這種非常規(guī)、非標準觀測系統(tǒng)進行橫河剖面的數(shù)據(jù)采集，得到的原始記錄是如圖3(a)中所示的多張單炮記錄。從這些單炮記錄中完全識別不出哪個是有效波，但通過按剖面上的炮點順序分別對多張原始記錄的某一道進行“抽道”處理，就可以將其編輯為相應的標準觀測系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)，成為一張漂亮的、完整的、易于識別的折射波記錄，如圖3(b)所示。

圖3 單炮原始記錄及重建記錄對比Fig.3 Contrast of original and reconstructed records

2.2 個性化自動解釋

本文以地震折射勘探方法為例來說明人機交互自動化解釋過程。“建立解釋參數(shù)”是個性化自動解釋必須的過程，包括：根據(jù)所設計的觀測系統(tǒng)來選擇用于解釋的相應原始數(shù)據(jù)、剖面性質(陸域、水域、水陸混合)、在解釋過程中是否添加地形數(shù)據(jù)、炮井深度校正選擇及相應參數(shù)設置、折射盲區(qū)處理方式選擇等。

本文所說的剖面性質選擇是指勘探剖面所處的環(huán)境，對于水域或水陸混合剖面來說，工程上常常需要劃分出水底界面，在建立解釋參數(shù)時確定剖面性質后，在進行個性化自動解釋時就能根據(jù)水下地形資料劃分出水底界面，并自動計算出覆蓋層的有效速度值和底界面位置。

炮井深度校正是保證解釋精度必須進行的工作，不同的激發(fā)介質有不同的波速值。解釋人員應根據(jù)實際情況和經(jīng)驗進行合理分析，通過人機交互方式進行正確取值，從而保證資料的解釋精度。

在理論上，折射盲區(qū)是不解釋的區(qū)域，也就不存在折射盲區(qū)處理方式選擇的問題，但是在實際工作中，由于地形和折射界面的起伏的影響，折射盲區(qū)常常不易識別和判斷，因此，個性化解釋就是解釋人員根據(jù)自己的經(jīng)驗正確識別和判斷折射盲區(qū)的范圍，合理選擇其處理方式，讓解釋成果更符合實際情況。

“時距曲線”和“計算解釋”是個性化自動解釋的核心過程，時距曲線是資料解釋的基礎。在繪制出時距曲線后，解釋人員首先根據(jù)經(jīng)驗合理確定直達波與折射波的置換點及相應的表層有效速度值；然后按所設定解釋參數(shù)自動計算出相關的過程參數(shù)，如t0法中的θ值、t0值等；最后，解釋人員根據(jù)自己的經(jīng)驗分段確定折射界面的速度值，并自動計算出測點的折射界面埋深和高程。在這個過程中有大量靈活的人機交互過程，讓解釋人員的個性化思想得到充分體現(xiàn)。

表層有效速度[15]和界面速度[16]取值的正確性和合理性是解釋精度的決定性因素。在實際工程中，表層介質常常是非均勻和非連續(xù)的，折射界面也會因為巖性的橫向變化、地質構造或破碎帶的存在而呈現(xiàn)出分段性[17-20]，因此，根據(jù)經(jīng)驗合理確定表層有效速度值及折射界面的分段，不僅充分體現(xiàn)了解釋人員的個性化素質和水平，同時也能得到良好的解釋成果。

圖4 個性化解釋成果Fig.4 The personalized interpretation section

圖5 個性化解釋剖面成果Fig.5 Personalized interpretation section results

2.3 成果及輸出

完成解釋的物探成果剖面需要轉換成地質人員所需要的物探地質成果圖，解釋成果圖已包括相應的地球物理和地質信息，如：表層地震縱波速度、界面速度、覆蓋層厚度、基巖面形態(tài)，地層巖性及分界、構造帶(破碎帶)的位置及分布范圍等，但制圖比例以及一些附加的勘探布置信息不能在此生成，故采用數(shù)據(jù)接口將物探解釋部面生成DXF文件，可在CAD軟件中直接打開，按照比例尺要求，結合地質情況添加必要的綜合信息而得到的完整的物探地質成果圖，如圖5所示。

3 結 語

淺層地震折射資料個性化自動解釋成功實現(xiàn)了人機交互，充分體現(xiàn)了解釋人員的個性化思想和經(jīng)驗，得到合理的、反映真實地質情況的物探成果，大大提高了物探資料解釋的效率及準確性，其特點和優(yōu)勢主要表現(xiàn)以下幾個方面：

1)可處理多種數(shù)據(jù)格式的原始地震數(shù)據(jù)，尤其是在同一工程中使用多種不同型號(數(shù)據(jù)記錄格式不同)儀器進行數(shù)據(jù)采集時，適應性更強。

2)對非常規(guī)模式、非標準觀測系統(tǒng)下的淺層地震折射資料進行解釋。

3)自動提取炮井深度校正速度和表層有效速度，解釋人員也可根據(jù)工程經(jīng)驗進行賦值，讓解譯結果更真實地反映實際地質情況。

4)可根據(jù)經(jīng)驗分段求取折射界速度、劃分巖性橫向變化范圍、確定斷層和破碎帶等地質構造的位置和規(guī)模。

[1]趙德亨,田鋼,王幫兵.淺層地震折射波法綜述[J].世界地質,2005,24(2):188-193.

[2]劉晶.折射波法地震勘探資料的計算機處理[J].勘察科學技術,1991(5):58-59.

[3]劉國華,梁志強,肖梅.淺層折射地震處理解釋軟件研制及可視化編程技術[C]//中國地球物理學會.中國地球物理學會第二十一屆年會論文集.2005:631-632.

[4]彭驍,王鵬.淺層地震折射波法在候家梁隧道地質勘查中的應用[J].工程地球物理學報,2013,10(5):631-636.

[5]韓永琦,李來喜,昌彥君.地震折射層析法在隧洞圍巖松動圈測試中的應用[J].工程地球物理學報,2004,1(5):412-417.

[6]高建榮,張曉培,牛建軍.淺層折射波數(shù)據(jù)處理軟件的開發(fā)[J].上海國土資源,2005(2):41-45.

[7]畢明霞，史新華，黃漢明，等.各種格式的地震數(shù)據(jù)查詢與讀取[J].廣西物理，2010,13(3): 51-54.

[8]羅福龍.地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)綜述和展望[J].中國石油勘探,2007,12(2):41-46.

[9]楊宇山,李媛媛.地震初至波拾取的三重相關法[C]//中國地球物理學會.中國地球物理第二十一屆年會論文集.2005:236-238.

[10]馮蔚.基于相關的多重分形地震初至檢測分析[C]//中國地球物理學會.中國地球物理2010——中國地球物理學會第二十六屆年會、中國地震學會第十三次學術大會論文集[C].2010:334-336.

[11]倪宇東,祖云飛,李海翔,等.可控震源地震數(shù)據(jù)初至時間拾取方法[J].石油地球物理勘探,2010,45(6):793-796.

[12]顧漢明,周鴻秋.折射波初至時間的自動拾取[C]//中國地球物理學會.1990年中國地球物理學會第六屆學術年會論文集.1990:735-737.

[13]羅省賢,李錄明.地面地震初至波層析反演復雜表層速度結構方法[J].地球科學進展,2004，19(S1):30-34.

[14]陳新球,趙黨軍,彭緒洲,等.水上地震折射互換法誤差分析[J].工程地球物理學報,2008，5(1)：14-18.

[15]唐湘蓉,彭緒洲,陳新球.淺析淺層折射地震資料解釋中檢波距選擇的合理性[J].物探化探計算技術,2010,32(4):341-344.

[16]單娜琳,程志平.起伏界面折射波射時距曲線及其解釋[J].桂林工學院學報,1996(1):52-57.

[17]林孝城.水域地震反射波法在巖土工程勘察中的應用[J].工程地球物理學報,2015,12(2):240-245.

[18]季天愚,李澈.黃土塬非縱地震資料處理技術研究[J].工程地球物理學報,2014,11(2):218-223.

[19]李永銘,譚天元,黃易.地震勘探技術在碎裂結構巖體探測中的應用研究[J].工程地球物理學報,2015,12(4):508-513.

[20]熊昌盛,顧漢明,陳毅敏,等.提高淺層地震折射波法在隧道勘察效果的舉措[J].工程地球物理學報,2004,1(5):452-456.

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

彭緒洲(1967-)，女，高級工程師，主要從事水利水電工程物探工作。E-mail:pengxuzhou@126.com

P631.4

A

2016-06-22