鄒子龍

(貴州省地礦局第二工程勘察院，貴州 遵義 563000)

0 引 言

在城市規(guī)劃建設(shè)中，對于工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高。在工程地質(zhì)勘探中，可采用地震CT技術(shù)獲得物體外部測量數(shù)據(jù)，通過對地震速度與地質(zhì)體之間的關(guān)系進(jìn)行分析，即可獲得層析圖像以及鉆井資料，據(jù)此對地震體進(jìn)行分類評價(jià)。因此，對地震CT技術(shù)在工程地質(zhì)勘探中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究迫在眉睫。

1 地震CT技術(shù)

對于地震CT技術(shù)，可分為2種：①為以射線理論為基礎(chǔ)的走時(shí)成像法，具體包括直射線以及彎曲射線；②為波動(dòng)方程反演的CT法。在地震波動(dòng)理論CT技術(shù)的應(yīng)用中，通過野外觀測獲得波形數(shù)據(jù)，包括走時(shí)、振幅、相位以及周期等，然后在利用Born變換近似法或者Rytov變換法。需要注意，在地震CT技術(shù)的應(yīng)用中，如果地下介質(zhì)速度變化比較大，則地震波的傳播路徑與直線的偏差也會(huì)比較大，因此還可采用彎曲射線追蹤方式。

CT正演可將理論走時(shí)作為震源以及接收點(diǎn)路徑的積分，在已知速度的基礎(chǔ)上對射線路徑以及走時(shí)進(jìn)行計(jì)算。模型參數(shù)化方式比較多，具體包括分塊模型、節(jié)點(diǎn)模型以及不規(guī)則模型等。地震射線追蹤方式比較多，在工程地質(zhì)勘探中，應(yīng)綜合考慮不同方法的應(yīng)用條件、計(jì)算效率等，進(jìn)而選擇適宜的算法。

2 工程地質(zhì)勘探中的地震CT新技術(shù)

2.1 地面地震CT技術(shù)

在傳統(tǒng)的工程地質(zhì)勘探中，一般可進(jìn)行鉆孔勘探，而通過應(yīng)用地震CT技術(shù)，無需鉆孔即可構(gòu)建初始模型，地面地震CT技術(shù)通過應(yīng)用初始模型，即可反映出地質(zhì)體厚度以及波速。現(xiàn)如今，地面地震CT技術(shù)越來越完善，通過利用地質(zhì)體反射剖面，即可構(gòu)建所需模型，通過聯(lián)合應(yīng)用地震相以及射線追蹤，能夠有效保證勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性以及可靠性。通過對地面地震CT技術(shù)的成像特點(diǎn)和應(yīng)用方式進(jìn)行分析可見，通過將技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)形式簡單的地質(zhì)體勘探中，即可獲得分層三維波速圖像以及界面分布概況。

2.2 地震波速CT結(jié)合吸收系數(shù)CT

在工程地質(zhì)勘探中，通過應(yīng)用波速CT技術(shù)，能夠合理區(qū)分巖性分布情況以及大規(guī)模斷裂帶，CT法可獲得小規(guī)模斷裂帶節(jié)理帶圖像，并且圖像分辨率比較高，通過將2種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于地質(zhì)勘探中，可充分發(fā)揮2種技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。在獲得觀測記錄后，即可對走時(shí)以及頻譜進(jìn)行研究分析，進(jìn)而同時(shí)掌握波速分布圖以及吸收分布圖，通過對2種圖像進(jìn)行對比分析，即可為工程地質(zhì)勘探結(jié)果分析提供可靠依據(jù)。

2.3 地震面波CT技術(shù)

表面波的傳播速度以及下伏地層力學(xué)性質(zhì)會(huì)對表面波的頻率產(chǎn)生較大影響，對此，在探測過程中，如果獲得不同頻率面波，則應(yīng)進(jìn)行傳播速度成像分析，進(jìn)而確定不同深度地層的力學(xué)性質(zhì)平均值。另外，通過結(jié)構(gòu)分層分析，可大致推算出波速在不同層面的分布情況，為工程地質(zhì)勘探提供可靠依據(jù)。地震面波CT技術(shù)的原理類似于面波頻散原理，但是在實(shí)際操作方面更加快速便捷，只需進(jìn)行地表觀測就能夠獲得地下三維結(jié)構(gòu)圖。需要注意，地震面波CT技術(shù)的勘探深度比較淺，應(yīng)用范圍比較小，與反射法相比，勘探結(jié)果的可靠性比較低，因此還需不斷改進(jìn)。

3 地震CT技術(shù)在工程地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

3.1 工程概況

某工區(qū)地勢為北高南低，高程在14～32 m之間。通過對該勘探區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行分析，勘探區(qū)域?yàn)榈谒南档貙痈采w。該勘探區(qū)域北側(cè)為低山丘陵區(qū)，而南部則為平原區(qū)。在本次地質(zhì)勘探中，采用地震CT勘探技術(shù)，對勘探區(qū)域構(gòu)造形式、巖性分布情況以及地層速度等進(jìn)行測量。在本次勘探中，共有2個(gè)剖面，第一個(gè)剖面鉆孔距為13 m，而孔深則為100 m，第二個(gè)剖面的鉆孔距為20 m，而孔深則為100 m。兩個(gè)剖面的成像深度均在0 m～-96 m之間。

3.2 測試方法

在該次勘探工區(qū)范圍內(nèi)，勘探區(qū)域地質(zhì)組成包括填土、粘土、砂土以及礫石土等等，被風(fēng)化破碎泥巖和水填充，低速異常特征明顯，速度在800～1 500 m/s之間。另外，穩(wěn)定砂和粘土互層為中高速，速度在1 000～2 500 m/s之間。由此可見，該勘探工區(qū)的波速差異性比較明顯，因此，可利用井間地震CT技術(shù)進(jìn)行勘探和評價(jià)分析。

在勘探中，一井激發(fā)，而另一井則可接收井間成像。在具體的勘探過程中，首先確定成像區(qū)，然后將檢波器放置在成像區(qū)深度最大位置，根據(jù)適宜間距移動(dòng)炮點(diǎn)放炮，并提升檢波器串，直至完成勘探，觀測系統(tǒng)布置形式，見圖1。在該次勘探中，勘探設(shè)備為SWS-5多功能地震儀，檢波器為CH3-R2型12道加速度型水聽檢波器串，震源為XW5 512A型大功率單次擊振的電火花振源，在勘探數(shù)據(jù)處理分析中，采用地震CT處理軟件以及井間地震波CT軟件等。

地震CT技術(shù)有一定的應(yīng)用特征，比如，通過構(gòu)建地震CT勘探模型，即可對射線分布形式進(jìn)行計(jì)算分析，地震CT幾何圖形及射線分布形式見圖2。在地震CT幾何圖形及射線分布圖中有無射線覆蓋區(qū)，在模型內(nèi)部，灰色區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)體，在模型上下邊界則為邊界效應(yīng)，為黑色區(qū)，不利于解釋分析。對此，在實(shí)際勘探中，在勘探數(shù)據(jù)采集中，在對觀測系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃布置時(shí)，應(yīng)注意結(jié)合實(shí)際情況完善觀測系統(tǒng)，并盡量避免無射線覆蓋區(qū)。

3.3 結(jié)果分析

在該次勘探中，對第一個(gè)剖面進(jìn)行勘探數(shù)據(jù)采集、處理以及分析，即可獲得速度分布與地質(zhì)解釋圖像，見圖3。通過對圖3進(jìn)行分析可見，淺于-10 m的地表主要是由人工填土所組成的，波速比較低，另外，在填土以下，波速值比較穩(wěn)定，呈水平條帶狀漸變形式，據(jù)此可推測，第四系覆蓋層的厚度比較大，井探范圍中，主要是由砂和粘土互層所組成的。下井段深度范圍在-60～-96 m之間，通過下井進(jìn)行勘探分析發(fā)現(xiàn)，有1處相對低速異常帶，形狀為狹長，波速在800～1 500 m/s之間，呈低速斷裂特征。上斷點(diǎn)可能處于-60 m位置，而下斷點(diǎn)可能處于未探測深度范圍。當(dāng)井段范圍在-15～-55 m之間時(shí)，巖性主要包括砂和粘土互層；當(dāng)井段范圍在-40～-44 m之間時(shí)，巖性主要為粗砂層。

在該次勘探中，對第二個(gè)剖面進(jìn)行勘探數(shù)據(jù)采集、處理以及分析，即可獲得速度分布與地質(zhì)解釋圖像，通過分析可見，當(dāng)?shù)貙訙\于-21 m時(shí)，波速為低速，通過巖性分析可確定，該范圍地層主要是由粉質(zhì)粘土以及細(xì)砂段所組成的，波速相對穩(wěn)定，部分區(qū)域波速值比較大，該地層為穩(wěn)定砂卵石層。通過對剖面進(jìn)行分析可見，探測區(qū)域地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較強(qiáng)。

4 結(jié) 語

綜上所述，文章針對地震CT技術(shù)在工程地質(zhì)勘探中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)探究。在工程地質(zhì)勘探中，地震CT技術(shù)的定位準(zhǔn)確，成像清晰，與傳統(tǒng)的地質(zhì)勘探技術(shù)相比優(yōu)勢明顯。