摘 要：折射波法在淺層地震勘探中被廣泛應(yīng)用，而t0法是折射波法資料解釋的常用方法之一，本文簡單介紹了t0法的原理，并應(yīng)用Visual Basic程序開發(fā)工具，實現(xiàn)了該方法的編程設(shè)計，并應(yīng)用于實際工作中，方便的了折射波法資料的解釋。

關(guān)鍵詞：淺層地震；t0法；折射波法

中圖分類號：U452 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0213-02

前 言

淺層地震折射波法是地震探測常用方法之一，在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查中被廣泛應(yīng)用。該方法常用于巖土類型的劃分及推斷覆蓋層的厚度、基巖起伏、潛水面深度等。實際工作中，地震折射波法的資料解釋是獲得準(zhǔn)確探測效果的關(guān)鍵。而t0法是淺層地震折射波進行資料解的主要方法之一，該解釋方法具有快速簡單等優(yōu)點。本文主要介紹了t0法的原理，并采用Visual Basic程序開發(fā)工具，以雙重相遇時距曲線觀測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對二層地質(zhì)結(jié)構(gòu)覆蓋層波速V1、基巖層波速V2及折射界面深度h的自動計算。使to法更方法便捷地應(yīng)用折射波的資料解釋中。

1 方法原理

1.1 淺層地震折射法原理

淺層地震折射波法是一種研究人工震源所激發(fā)產(chǎn)生的折射波在地下巖層、土壤或其他介質(zhì)中傳播規(guī)律，以探測淺部地質(zhì)構(gòu)造或測定巖、土力學(xué)參數(shù)的地球物理方法。當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^波速不同的介質(zhì)界面時，波就會改變原來的傳播方向而產(chǎn)生折射，當(dāng)下層介質(zhì)的波速大于其上部介質(zhì)的速度時，在波的入射角等于臨界角的情況下，折射波就會沿著速度界面?zhèn)鞑?，產(chǎn)生所謂“滑行波”。這種沿著界面?zhèn)鞑サ摹盎胁ā币鸾缑嫔细髻|(zhì)點的震動，并以新的形式傳到地面，在地面上觀測其到達的旅行時間和接收點到震源的距離，就可以求出折射界面的埋深。通過折射波法可以求得界面速度，從而了解折射界面的巖石成分，進行地層對比等。

實際工程中折射波法對激發(fā)條件的要求不如反射波法嚴格，在記錄地震波時，初至折射波在平靜的背景上出現(xiàn)，不受其它地震波的干擾，信噪比高，因此能夠準(zhǔn)確判斷折射波的波至?xí)r間。這是折射波法最大的優(yōu)點之一。但折射波法近炮點位置存在盲區(qū)，必須在盲區(qū)之外才能對折射波進行有效觀測和識別。且折射波勘探的前提是要求波速在地層介質(zhì)下遞增。在實際工作中折射波存在相互干涉、置換嚴重，不宜于勘探大傾角構(gòu)造等局限。

1.2 資料解釋t0法原理

t0法是利用相遇時距曲線觀測系統(tǒng)獲得的正、反兩個方向上的數(shù)據(jù)求折射界面每個檢波點處的折射界面速度和深度。地震波傳播的介質(zhì)往往是多層的，為簡要說明to法工作原理，本文只討論二層地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型折射波的傳播特點。

如圖1（a）所示，設(shè)在O1和O2點激發(fā)，得到兩條折射波時距曲線S1和S2，對應(yīng)于測線上的點S可得到折射波傳播時間，其中t1和t2分別表示為：

t1=tO ABS

t2=tO DCS

在O1點激發(fā)的折射波沿界面?zhèn)鞑サ竭_O2點的時間與折射波從O2沿相同路徑相反方向傳播到O1點的時間相同，稱之為互換時間T：

T=tO AB+tBC+tO DC

當(dāng)折射面R的曲率半徑比埋深大得多時，可以把SBC近似地看成是等腰三角形。從檢波點S繪垂直平分線Sm，則Sm等于S點下方折射面的法線深度h。為求這一點的深度h，設(shè)計t0函數(shù)的表達式為：

t0=t1+t2-T=tBS+tCS-tBC（1）

根據(jù)圖1（a）可得到：

t =t = （2）

t =2t = = （3）

將上（3）和（2）式代入（1）式，整理后得：

t = （1-sin2i）= （4）

根據(jù)S1和S2計算出的測線上各點的t0（x）值如圖1（b）所示。根據(jù)（4）式，界面任意一點的深度可用下式計算：

h= （5）

利用（5）式可以求出界面上各點的深度，此方法稱為t0法。（5）式中的cosi值需要V2才能計算出來，折射界面每一點的速度值可用下面的方法求得。

設(shè)計差數(shù)函數(shù)θ的表達式為：

θ=t -t +T

根據(jù)S1和S2計算出的測線上各點的θ（x）值如圖1（b）所示。由于t2是反向接收的時距曲線，應(yīng)取負值。θ函數(shù)的斜率為：

= - =| |+| |= +

= = （6）

由（6）式

V =2cos？準(zhǔn) （7）

如果折射界面傾角小于15°，則，cos？準(zhǔn)≈0，（7）式為：

V =2 （8）

因此，當(dāng)折射面起伏不大時，用（8）式可以求得折射界面的速度，在V1已知的條件下，根據(jù)t0函數(shù)，即（5）式可獲得測線上各點的折射界面法線深度。繪制折射面時，以各點的h為半徑、S為圓心作弧，圓弧軌跡切面就是折射面的可能位置。同樣地，各測點相應(yīng)圓弧的包絡(luò)就是所求的折射面，如圖1（b）所示。

2 程序的實現(xiàn)

通過對t0法原理推理可知，覆蓋層的波速V1與直達波的時距曲線的斜率有關(guān)，折射界面的速度V2是由差數(shù)時距曲線的斜率決定的，根據(jù)t0函數(shù)，可以計算出折射界面的深度h。t0法程序的設(shè)計正是基于上述思路，采用Visual Basic語言編寫的。

主要程序代碼如下：

Dim sjl As String

Dim n， a（）， Q（）， v2（）， k（）， h（）， t0（） As Double

Private Sub Command1_Click（）

On Error GoTo ErrHandler

CommonDialog1.ShowOpen

CommonDialog1.Filter = \"Metafile （*.txt）|*.txt\"

Open CommonDialog1.FileName For Input As #1

Do Until EOF（1）

Line Input #1， sjl

n = n + 1

Loop

ReDim a（n， 6）， Q（n）， v2（n）， k（n）， h（n）， t0（n）

Seek #1， 1

For i = 1 To n

For j = 1 To 6

Input #1， a（i，j）

Next j

Next i

ErrHandler：

End Sub

Private Sub Command2_Click（）

On Error GoTo ErrHandler

CommonDialog1.ShowOpen

CommonDialog1.Filter = \"Metafile （*.txt）|*.txt\"

Open CommonDialog1.FileName For Output As #2

v1=（5 *1000/（a（2，3）-a（1，3））+5*1000/（a（n- 1，4）-a（n，4）））/2

For i=Int（n/2） To n

S1=S1+a（i，3）-a（i，5）

w1=S1/（n-Int（n/2）+1）

Next i

For i=1 To Int（n/2）

S2=S2+a（i，6）-a（i，4）

w2=S2/Int（n/2）

Next i

If （a（n，5）-w1）>（a（1，6）-w2）Then

T=a（n，5）-w1

Else

T=a（1，6）-w2

End If

For i=1To n-1

t0（i）=（a（i，5）-w1）/1000+（a（i，6）-w2）/1000-T/1000

Q（i）=（（a（i+ 1，5）- w1）-（a（i，5）- w1））-（（（a（i+1，6）-w2）-（a（i，6）- w2）））

v2（i）=2*5*1000/Q（i）

k（i）=v1*v2（i）/（2*（Sqr（v2（i）*v2（i）-v1*v1）））

h（i）= k（i）* t0（i）

Print #2，a（i，2），-h（i），v1，v2（i）

Next i

Close 2

ErrHandler：

End Sub

上述程序是采用t0法對提取初至?xí)r間后的txt文件進行處理，該文件是一個n行，六列的數(shù)據(jù)格式，各列分別是通道號、距離X（m）、正向端點時間、反向端點時間、正向追逐時間、反向追逐時間。

3 結(jié) 語

地震淺層折射波法的資料解釋方法有截距時間法、t0法、廣義互換時法、射線追蹤法等。在實際應(yīng)用中，只要V1準(zhǔn)確，t0、θ函數(shù)法可以不要求進行地形校正，而且無論是對水平界面或曲率不太大的彎曲界面，此法都能適用。這些優(yōu)點使它成為折射波法資料解釋中常用的一種方法。上述折射波法資料的處理解釋程序是基于二層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，針對t0法所設(shè)計的，數(shù)據(jù)采集采用相遇追逐時距曲線觀測系統(tǒng)。實際工作中，應(yīng)該根據(jù)場區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點與實際記錄情況，在資料解釋時按二層介質(zhì)結(jié)構(gòu)進行解釋。若是三層，則以上二層的平均速度作為第一層速度，按二結(jié)構(gòu)解釋。根據(jù)地質(zhì)情況和探測目的的不同，所使用的觀測系統(tǒng)的也不同，上述程序應(yīng)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但基本的原理和指導(dǎo)思想是一致的，即通過時距曲線的斜率求出覆蓋層波速V1，基巖層波速V2，通過V1、V2計算出折射界面深度h。在折射界面的曲率半徑比其埋深大得多的情況下，采用t0法進行資料解釋是比較準(zhǔn)確的。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-14

作者簡介：黃錦捷（1983-），男，壯族，廣西南寧人，中級工程師，碩士研究生，主要從事地球物理勘察及地質(zhì)相關(guān)工作。