工程物探折射波勘探實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書zz

1、福州大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱編寫參考格式工程物探課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱（非獨(dú)立設(shè)課）一、課程基本概況：課程名稱（中文）：工程物探（央文）： Engineering Geophysics Exploitation課程代碼：00600054課程類別：C：專業(yè)選修學(xué)時(shí)學(xué)分：課程總學(xué)時(shí)40 其中實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）4學(xué)時(shí) 2.5學(xué)分 先修課程：大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)、工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)。開課單位：環(huán)境與資源學(xué)院適用專 業(yè)勘查技術(shù)與工程資源勘查與工程開課學(xué) 期5二、課程簡(jiǎn)介工程物探是勘查技術(shù)與工程專業(yè)的主干課程，是普通工程物探部分。主要包括 地震勘探的理論基礎(chǔ)、淺層地震折射波法、淺層地震反射波法、電阻率法等勘探基本理 論和

2、方法。使學(xué)生重點(diǎn)掌握地震反射波和折射波勘探資料的數(shù)據(jù)采集、室內(nèi)資料處理和 解釋方法，掌握電阻率法和重、磁電法的基本概念，了解其它地球物理勘探的過程和處 理、解釋方法及提交最終成果的方法。三、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的與基本要求目的：通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓學(xué)生進(jìn)一步加強(qiáng)折射波法勘探理論的學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用各種勘測(cè) 資料進(jìn)行綜合分析的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際勘探的能力和計(jì)算機(jī)處理資料的技能。基本要求：設(shè)計(jì)折射波采集的相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)。選定測(cè)量區(qū)，采集地震資料。編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。四、實(shí)驗(yàn)方式與注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)方式:實(shí)驗(yàn)講解、示范及學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：嚴(yán)格按儀器操作規(guī)程操作儀器、設(shè)備。注意安全。五、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容（項(xiàng)目）及學(xué)

3、時(shí)分配序?qū)嶒?yàn)內(nèi)容提要實(shí)驗(yàn)每組實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)號(hào)名稱學(xué)時(shí)人數(shù)類型要求工程物探折射波資通過設(shè)計(jì)折射波采集的相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系45設(shè)計(jì)必修1料采集實(shí)統(tǒng)，熟練和掌握地震儀操作和地震資料軟件驗(yàn)課采集系統(tǒng)，選定測(cè)線采集折射波地震數(shù)據(jù)。從而了解折射波資料采集的全過程。注：實(shí)驗(yàn)類型指：演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)； 實(shí)驗(yàn)要求指：必修、選修。六、考試（考核）方式和成績(jī)?cè)u(píng)定辦法1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：本門課程對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求（應(yīng)包括對(duì)報(bào)告內(nèi)容的要求）。內(nèi)容：（1）掌握試驗(yàn)的基本原理和儀器設(shè)備的操作。（2）能夠布設(shè)合理的觀測(cè)系統(tǒng)和觀測(cè)參數(shù)。（3）掌握現(xiàn)場(chǎng)資料采集方法。（4）能夠初步分析地震記錄上直達(dá)波和折射波。（5）繪制相遇法時(shí)距曲線觀測(cè)

4、系統(tǒng)圖附加：（1）t0解釋法的計(jì)算書（2）采集的原始記錄圖2、考核方式實(shí)驗(yàn)部分給定成績(jī)，占期末考試成績(jī)的20%，以此考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成效。七、教材和主要參考資料教科書：1、陳仲候等編，工程與環(huán)境物探教程，地質(zhì)出版社2、黃真萍自編，工程物探折射波法勘探實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，2005，2009修訂。3、王秀明.唐煉等編著，勘探地球物理方法和原理，石油部重點(diǎn)教材，石油 工業(yè)出版社。執(zhí)筆人：黃真萍審核人：編寫時(shí)間：2009年11月25工程物探折射波法勘探實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書黃真萍編著福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 第

5、一部分折射波法基本原理和方法1 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 一、折射波法基本原理 1 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 二、折射波法觀測(cè)系統(tǒng)2 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 三、折射波分層解釋的to法2 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 第二部分折射波法實(shí)驗(yàn)說明6 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 一、 資料采集儀器設(shè)備和參數(shù)6 HYPE

6、RLINK l bookmark104 o Current Document 二、記錄儀采集的主要參數(shù)指標(biāo) 7 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 第三部分折射波法實(shí)驗(yàn)內(nèi)容9 HYPERLINK l bookmark117 o Current Document 一、現(xiàn)場(chǎng)儀器布置 9 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 二、實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)試地震數(shù)據(jù)采集軟件說明9 HYPERLINK l bookmark148 o Current Document 三、實(shí)驗(yàn)步驟 11 HYPERLINK l book

7、mark158 o Current Document 四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告 12第一部分折射波法基本原理和方法、折射波法基本原理以水平界面的兩層介質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明，假設(shè)地下深度為h,有一個(gè)水平的速度分 界面R，上、下兩層的速度分別為V1和七，且V2V1。如圖11所示。從激發(fā)點(diǎn)O全地面某一接收點(diǎn)D的距離為X，折射波旅行的路程為 OK、KE、ED之和，則它的旅行時(shí)t為：OK KE ED t +V 匕 V（11）圖1-1水平兩層介質(zhì)折射波時(shí)距曲線為了簡(jiǎn)便起見，先作如下證明:別作界面R的垂線，則0A=DG=h，從0, D兩點(diǎn)分再自A、G分別作OK，ED的垂線，幾何上不難證明ZBAK=ZEG

8、F=i，因已知sin i = ，所以:V2BK EF V =AK EG V2(12)BK AKEF EG和VVVV(13)上式說明，波以速度V1旅行BK （或EF）路程與以速度V2旅行AK （或EC）路程所 需的時(shí)間是相等的。將式（13）的關(guān)系和式（11）作等效置換，并經(jīng)變換后可得：x 2hcosi x+V2 V1V2(14)這就是水平兩層介質(zhì)的折射波時(shí)距曲線方程。它表示時(shí)距曲線是一條直線，若令x = 0，則可得時(shí)距曲線的截距時(shí)間to （時(shí)距曲線延長(zhǎng)與t軸相交處的時(shí)間值）2hcosiV2 - V 22h 1VV V(15)式（15）表示出界面深度h和截距時(shí)間t之間的關(guān)系，當(dāng)已知V和V時(shí)，可以求

9、012出界面的深度h。二、折射波法觀測(cè)系統(tǒng)根據(jù)折射波場(chǎng)形成條件和特征，折射波觀測(cè)系統(tǒng)必須避開盲區(qū)，且要把接收部分盡 量放到待測(cè)地層折射波區(qū)范圍。當(dāng)水平層狀介質(zhì)滿足折射條件的前提下，固定一個(gè)激發(fā) 點(diǎn)，將排列沿測(cè)線由近及遠(yuǎn)進(jìn)行時(shí)距觀測(cè)，將得到由淺入深各層介質(zhì)的地震波信息。在 地震記錄上可觀察到各層介質(zhì)折射波的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，從而判別層間干涉、波形置換特 征。在時(shí)距曲線上將反映出各層介質(zhì)折射波運(yùn)動(dòng)學(xué)的空間分布規(guī)律及介質(zhì)的物理力學(xué)性 質(zhì)。為了消除表層不均勻及界面起伏的影響，往往采用相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)。相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)如圖2-2所示，同一觀測(cè)地段分別在兩端O1和02點(diǎn)激發(fā)，圖2-2此觀測(cè)系統(tǒng)采集的地震

10、記錄，可得兩支方向相反的時(shí)距相遇曲線S1和S2。AE段折射，0 0接收，EA段折射，00接收。其優(yōu)點(diǎn)可彌補(bǔ)單一時(shí)距曲線的不足，可以從不 121 2同方向反映界面變化。三、折射波分層解釋的七法折射波0解釋法是常用的地震折射波解釋方法，它是針相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)采集 發(fā)展起來的解釋方法。t0法解釋的主要原理與方法如下：t0法又稱為t0差數(shù)時(shí)距曲線法，是解釋折射波相遇時(shí)距曲線最常用的方法之一。 當(dāng)折射界面的曲率半徑比其埋深大得很多的情況下，t0法通常能取得很好的效果，且具 有簡(jiǎn)便快速的優(yōu)點(diǎn)。如圖13所示，設(shè)有折射波相遇的時(shí)距曲線S1和S2,兩者的激發(fā)點(diǎn)分別是O1 和 02,9(x)= t1 -12

11、+ T(a)(b)圖1-3 %法折射界面示意圖1 O1ABD若在剖面上任意取一點(diǎn)D,則在兩條時(shí)距曲線中可以分別得到其對(duì)應(yīng)的走時(shí)t1和t2, 從圖中可以得到：（16）且在01和02點(diǎn)，時(shí)距曲線S1和S2的走時(shí)是相等的，稱之為互換時(shí)，用T表示， 則有:（17）T = OiAB + BC + 當(dāng)界面的曲率半徑遠(yuǎn)大于其埋深時(shí)，圖中的BDC可以近似地看作為等腰三角形，若自D點(diǎn)作BC的垂直平分線DM（DM即為該點(diǎn)的界面深度h），于是有:t = t = h/V cos i 和t = 2t= 2h x tgiV（18）將公式（16）中的t1和t2相加，并且減去（17）式，再將（18）式代入后可以得到:（19）

12、式（19）便是任意點(diǎn)D的t0值公式h =（t +1 - T ）x V /2 x cos i由此可得D點(diǎn)的折射界面法線深度h為:（110）令 10 = t1 + 12 - T 和 K = VJ2 X C0S Z則式(110)可以寫為:（111）因此只要從相遇時(shí)距曲線中分別求出各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的t0值和K值，就可以得出各個(gè)點(diǎn)的界面深度h。從上述的公式可以看出，只要從時(shí)距曲線上讀取tl, t2和互換時(shí)T,就可以算出各個(gè)點(diǎn)的t0值，并可以在圖上繪制相應(yīng)的t0（x）曲線（13（b）中所示）。關(guān)于K值的求?。焊鶕?jù)斯奈爾定律可將K值表達(dá)式寫成:K = Vi2 x cos i 2 x、:V 2 - V 2V 21（

13、112）由公式（112）可以看出，只要求得波速V1和V2則很容易得出K值。其中V1通?？梢愿鶕?jù)表層的直達(dá)波速度來確定，因此關(guān)鍵就是V2值的求取為此引出參數(shù)時(shí)距曲線方程:（113）對(duì)式（113）兩邊對(duì)x求導(dǎo)，可得:do (x) dt dtd (x) dx dx（114）dt dt式中dx和dx分別為上傾方向時(shí)距曲線S1和下傾方向時(shí)距曲線S2的斜率（即視速度V*的倒數(shù)）。根據(jù)公式:x x sin(-履+ 2 x h x cos i上x x sin (i +中)+ 2 x h x cos i因?yàn)槭峭瑯覱1O2內(nèi)觀測(cè)段，設(shè)上傾方向x為正，下傾方向x為負(fù)，則:x x sin(i-甲)+ 2 x h x

14、cos iO1tO2x x sin ( +中)一 2 x h x cos i它們分別對(duì)x求導(dǎo)有如下形式:dtidxsin (i 一中)dt2dxsin ( + 中)(115)將（115）代入（114）式中，經(jīng)一些變換后可得:do。2 x cos 中dx(116)于是可以求得波速V2為:dx(117)x COs睥和當(dāng)折射界面傾角小于15時(shí)，可以近似的寫成因此只要根據(jù)（113）式在相遇時(shí)距曲線圖上構(gòu)置e （x）曲線，并求取其斜率的倒A數(shù)A。G），則可以根據(jù)（113）式得出波速V2,進(jìn)而代入（112）式中求得K值。知道了 K值和各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的t0值后，可以根據(jù)（111）式計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的界面深 度h。然

15、后，以各觀測(cè)點(diǎn)為圓心，以其對(duì)應(yīng)的h為半徑畫弧，可以得出一系列的圓弧， 作這些圓弧的包絡(luò)線即為折射界面的位置。h o X 匕 X 匕 .arcsin V V )- arcsin V V )或由G)= L2+ t、2x-匕2 和1 2 21 2 計(jì)算h和i， 再用公式h插功計(jì)算得到真深度h0。第二部分折射波法實(shí)驗(yàn)說明一、資料采集儀器設(shè)備和參數(shù)儀器設(shè)備儀器設(shè)備主要包括：振源、檢波器、工程檢測(cè)儀、觸發(fā)開關(guān)、電源、大線等,具體布置見圖2-1。SWS-1A型多功能檢測(cè)儀就是陸地進(jìn)行折射波勘察的主要儀器設(shè)備之一，見圖2-2。g盹琴由能檢測(cè)儀圖2-1儀器設(shè)備布置折射波法振源類型：炸藥（或雷管），重錘和墊板。檢

16、波器：豎向檢波器，其自振頻率約為38HZ，所測(cè)地震波主頻率的20%-25%。一般折 射波法的自振頻率較高。觸發(fā)開關(guān)：分為外觸發(fā)和內(nèi)觸發(fā)兩種。折射波勘察使用外觸發(fā)，用安置在震源附近觸發(fā) 傳感器或檢波器進(jìn)行觸發(fā)。圖2-3 SWS多功能檢測(cè)儀電源：可用12伏的直流電或12伏60安時(shí)的蓄電池。工程檢測(cè)儀：不同型號(hào)的檢測(cè)儀其功能不盡相同，但目前來看新型的檢測(cè)儀都具有如下 的基本性能和功能：性能好壞主要取決于A/D變換器和儲(chǔ)存器。A / D轉(zhuǎn)換器性能要求是轉(zhuǎn)換速率快，分 辨率高（數(shù)字化輸出的位數(shù)高）和可靠性高。存儲(chǔ)器的主要要求是存儲(chǔ)速度快、存儲(chǔ)容 量大。體積小和耗能小。功能主要實(shí)現(xiàn)：（1）多通道；（2）

17、A/D轉(zhuǎn)換；（3）記錄和顯示；（4）信號(hào)分析 功能（軟件系統(tǒng)）；（5）打印和數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)。二、記錄儀采集的主要參數(shù)指標(biāo)檢波道數(shù)（N）： 12道、24道或48道或更多，主要由有效波傳播范圍和儀器通道數(shù) 決定（采集軟件參數(shù)設(shè)置時(shí)要小于等于通道數(shù)。）。采樣間隔（/t）:由采樣定理確定。采樣總數(shù)（n）:由有效波的傳播時(shí)間和采樣間隔決定。采樣長(zhǎng)度：（N-1） */t數(shù)字輸出位數(shù)：8bit、16bit或32bit?？偞鎯?chǔ)容量：道頭字+n*N*數(shù)字輸出位數(shù)/8第三部分折射波法實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、現(xiàn)場(chǎng)儀器布置振源和一組檢波器布置在一條直線上（縱測(cè)線），排列相對(duì)較長(zhǎng)；采用相遇法觀測(cè)系統(tǒng)接收；檢波器用大線與儀器相接，檢波

18、器個(gè)數(shù)與通道數(shù)和大線類型有關(guān)，如SZ-24-10。振源激振時(shí)通過觸發(fā)開關(guān)控制檢測(cè)儀開始記錄。二、實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)試地震數(shù)據(jù)采集軟件說明儀器打開后，進(jìn)入DOS系統(tǒng)，鍵入SWS，進(jìn)入多功能檢測(cè)儀采集系統(tǒng)主界面，在系 統(tǒng)主界面下，通過f-移動(dòng)光標(biāo)，選擇“地震數(shù)據(jù)采集”回車，即進(jìn)入“地震數(shù) 據(jù)采集”界面（見下圖）。地震數(shù)據(jù)采集采集文件名：d:zsa001.dat文件名序號(hào)步進(jìn)+1/-1記錄道數(shù)24每道采樣數(shù)1024采集時(shí)間間隔0.500ms道步進(jìn)距（+/-）5.00m偏移距（+/-）10.00m采集濾波off采集擊發(fā)、疊加、存盤.0顯示當(dāng)前記錄當(dāng)前記錄存盤.存盤記錄回放操作方法:采集文件名輸入光標(biāo)在此項(xiàng)按

19、enter 鍵，光標(biāo)停留在第一個(gè)字母，輸入驅(qū)動(dòng)器、路徑和文件名，用 一-鍵移動(dòng)光標(biāo)，更改、插入或重新鍵入文件名，寫好后按enter 鍵。文件名序號(hào)步進(jìn)該條供用戶在記錄文件名采用自動(dòng)登記方式時(shí)，確認(rèn)記錄文件名中的數(shù)字部分，選 用+1是連續(xù)自動(dòng)遞增，選用-1是連續(xù)自動(dòng)遞減。文件名采用連序自動(dòng)有利于后處理自 動(dòng)化。記錄道數(shù)該條供用戶確定使用的儀器道數(shù)：SWS-1A型儀器的使用道數(shù)是可以改變的，一般 有12道、24道等選擇檔，連續(xù)按enter鍵則可實(shí)現(xiàn)道選設(shè)置。每道采樣數(shù)該條供用戶輸入折射波采集時(shí)的采樣點(diǎn)數(shù)。本儀器的采樣點(diǎn)數(shù)最少為512樣點(diǎn)，依 次為：1024、2048、4096、8192樣點(diǎn)，但必須

20、選擇2n個(gè)。采集時(shí)間間隔該條供用戶輸入地震采集時(shí)的采樣間隔，即樣點(diǎn)率SWS-1A型儀器的采樣間隔是與 采集的道數(shù)有關(guān)的參數(shù)，最小采樣間隔為0.030ms/1道，最大間隔為8ms/24道。中間有： 0.050、0.100、0.200、0.250、0.500、1.00、2.00、4.00、8.00ms，共 11 個(gè)檔供用戶選擇。道步進(jìn)距該條供用戶輸入折射波采集時(shí)的道間距離，按enter鍵，輸入道間距參數(shù)，折射波 道間距參數(shù)一般為5m或10m，按enter鍵.偏移距該條供用戶輸入地震采集時(shí)的偏移距離。偏移距離的定義為炮點(diǎn)（激發(fā)點(diǎn)）至第一 道檢波器的距離，炮點(diǎn)（激發(fā)點(diǎn)）在第一道檢波器上，偏移距離為0m

21、，+/-”號(hào)的規(guī)定 是炮點(diǎn)（激發(fā)點(diǎn)）在排列的小道號(hào)端以外，偏移距離為+”，炮點(diǎn)（激發(fā)點(diǎn)）在排列內(nèi)， 或大道號(hào)端以外，偏移距離為“-”號(hào)。采集濾波該條供用戶采集地震記錄時(shí)是否采用濾波設(shè)計(jì)。SWS-1A型儀器的濾波器檔設(shè)計(jì) 為全通（off）、低通（LP=20Hz）、高通 1（HP1=70Hz）、高通 2（HP2=150Hz）等四個(gè) 檔。采集擊發(fā)、疊加、存盤該條供用戶進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集擊發(fā)、疊加、存盤。顯示當(dāng)前記錄該條供用戶顯示所采集的地震記錄。當(dāng)前記錄存盤存盤時(shí)具有文件名保護(hù)措施，當(dāng)用戶確認(rèn)可以覆蓋時(shí)，鍵入“ Y”，按enter鍵，存 儲(chǔ)完成；當(dāng)用戶需要保留該文件時(shí)，鍵入“N”，按enter鍵，重新鍵入

22、文件名存儲(chǔ)。該 設(shè)計(jì)可以確保野外存盤操作的安全性。存盤記錄回放進(jìn)入該功能后，將欲回放的地震記錄文件名，按照存儲(chǔ)路徑。文件名及擴(kuò)展名的格 式鍵入，回放記錄顯示在屏幕上。該設(shè)計(jì)可以方便野外進(jìn)行地震記錄的對(duì)比。對(duì)及時(shí)發(fā) 現(xiàn)異常幫助工作都是有益的。三、實(shí)驗(yàn)步驟利用實(shí)測(cè)場(chǎng)地或鄰區(qū)現(xiàn)有地質(zhì)資料建立初始模型，估算折射波勘察場(chǎng)地的直達(dá) 波和折射波在地面接收時(shí)激發(fā)點(diǎn)到接收點(diǎn)的距離和出現(xiàn)初全的時(shí)間范圍，以及估算折射 波盲區(qū)。利用上述估算的結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)有的一些勘測(cè)資料(如鄰區(qū)進(jìn)行了折射波勘測(cè)， 也可參考。)，設(shè)計(jì)折射波觀測(cè)系統(tǒng)類型、觀測(cè)參數(shù)及直達(dá)波和折射波接收范圍內(nèi)檢波器 的布置數(shù)量。(以相遇時(shí)距觀測(cè)系統(tǒng)為例。參數(shù)包括：偏移距XI、道數(shù)N、道間距