工程與環(huán)境物探-第1.3節(jié)-工程地震勘察-折射波法

§1.3地震折射波法地震折射波法（Refractionsurvey）是利用折射波進行地質(zhì)勘探的方法。折射波法常用來探測低速覆蓋層的厚度、基巖起伏、斷層和古河道的分布等地質(zhì)問題。地震折射波：在界面以上為低速介質(zhì)、界面以下為高速介質(zhì)的情況下，當?shù)卣鸩ㄒ耘R界角方向入射到界面上時，透射波在下層高速介質(zhì)中沿界面?zhèn)鞑サ幕胁?，由于滑行波的存在，在上層介質(zhì)中產(chǎn)生地震折射波，折射波的傳播方向與臨界入射的反射波方向一致。1.3.1折射波的運動學(xué)特征與界面反射波雙曲線型的時距關(guān)系不同，折射波的時距關(guān)系通常表現(xiàn)為直線型；在界面入射角小于臨界角的情況下，對應(yīng)的地面點沒有折射波，因此在近源范圍通常會有折射波的盲區(qū)；在水平層狀模型條件下，各方位的盲區(qū)范圍相等，在界面傾斜的情況下，上傾方向的盲區(qū)范圍小，下傾方向的盲區(qū)范圍大，甚至可以接收不到折射波。1.二層水平模型的折射波模型參數(shù)：上層介質(zhì)波速v1，厚度h1；下層介質(zhì)波速v2>v1。在地表，盲區(qū)是以激發(fā)點O為圓心，以O(shè)M范圍為半徑的圓，盲區(qū)半徑為：v1=2000m/sh1=1500mv2=3000m/sPPPOMA二層水平模型折射波的時距方程給定二層模型的介質(zhì)波速和厚度。求折射波的t–x關(guān)系。v1=2000m/sh1=1500mv2=3000m/sPPPOMGAB水平界面折射波時距曲線的特點時距曲線為直線，斜率為界面下層介質(zhì)的波速的倒數(shù)，即：延長時距曲/直線至x=0的位置，與時間軸相交，對應(yīng)的時間稱為交叉時：v1=2000m/sh1=1500mv2=3000m/sPPPOMGAB與反射波時距曲線的關(guān)系在盲區(qū)范圍內(nèi)有反射波，無折射波；在盲區(qū)半徑點上，折射路徑等同于反射路徑，傳播路程（時間）相同，出射角（視速度）相同，兩曲線相切；在盲區(qū)半徑以外，折射波旅行時間小于反射波時間，折射波先到。v1=2000m/sh1=1500mv2=3000m/sPPPOMGAB2.多層水平模型的折射波三層模型下界面折射波的時距曲線方程為：①直線斜率：②盲區(qū)半徑：POM2txABn層水平模型的折射波可以類推，得到第n層界面上折射波的時距曲線方程，其通式為：初至波與續(xù)至波在地震記錄上，傳播到檢波點用時最少的波稱為初至波；其后陸續(xù)到達的其他波被稱為續(xù)至波。最接近震源的檢波點，直達波為初至波，為直達波的初至區(qū)；隨偏移距增大，初至波變?yōu)镽1界面的折射波；再向外又變成R2界面的初至區(qū)，其他波的續(xù)至區(qū)。POM2txABM1初至區(qū)的意義由于各層波速差異使得各層折射波時距曲線的斜率也不同，會出現(xiàn)多個界面的折射波相互干涉的情況。淺層折射波不一定總表現(xiàn)為初至，而深層折射波也不一定永遠在續(xù)至區(qū)，有時也可能某些深層折射波為初至，而淺層折射進入續(xù)至區(qū)。由于記錄上只有初至波是在平靜的背景上出現(xiàn)的，能夠較準確、清楚地判斷其時間，所以在進行折射波工作的時候，檢波器應(yīng)該布置在與勘探目的層相對應(yīng)的折射波的初至區(qū)內(nèi)，以提高工作質(zhì)量。采集工作前應(yīng)先做實驗，確定勘探目的層的最佳接收地段。3.傾斜界面的折射波形成折射波的條件是射線以臨界角入射到界面上。射線在界面的入射角，等于射線與自激自收路徑的夾角。根據(jù)虛震源原理，可以求出以臨界角入射到界面產(chǎn)生的反射波射線，即折射波的方向。然后再確定入射射線，從而確定射線路徑和旅行時間。v2=3000m/sv1=2000m/sOM1M2h0O*O’傾斜界面的折射波時距曲線上傾方向，折射波射線與地面法線夾角為：，盲區(qū)“半徑”為：下傾方向，折射波射線與地面法線夾角為：，盲區(qū)“半徑”為：v1=2000m/sOM1M2h0O*O’激發(fā)點與界面上傾方向交點太近，上傾方向有可能接收不到折射波。界面傾角太大，折射波射線有可能與地面平行，導(dǎo)致下傾方向接收不到折射波。v2=3000m/s上傾接收的情況上傾方向接收，折射波射線與地面法線夾角為：，如果，折射波視速度為：如果，折射波視速度趨近于無限大；如果，視速度為負，時距曲線倒轉(zhuǎn)，折射波先到達離激發(fā)點較遠的接收點，而較近處折射波反而到達得較晚；如果，入射角總是小于臨界角，無法形成折射波。下傾接收的情況下傾方向接收，折射波射線與地面法線夾角為：如果，折射波可以返回到測線，但是由于射線與地面法線夾角增大，視速度偏低；如果，折射波將無法返回測線，此時盲區(qū)無限大，此時上傾方向入射角總是小于臨界角，無法形成折射波。這種情況時，應(yīng)當改變測線方向，使界面視傾角與臨界角之和小于90°。傾斜界面的折射波時距方程上傾方向，時距“曲線”方程為：下傾方向，時距“曲線”方程為：v1=2000m/sOM1M2h0O*O’v2=3000m/s傾斜界面的折射波時距曲線v1=2000m/sOM1M2h0O*O’v2=3000m/s傾斜界面折射波時距曲線的特點上、下傾方向的斜率不同，分別為：上、下傾方向的盲區(qū)“半徑”不同；交叉時間相同。v1=2000m/sOM1M2h0O*O’v2=3000m/s界面傾角的計算分別根據(jù)下傾方向和上傾方向的時距曲線可得：

解上述二式可得：

式中和都可以通過時距曲線求出。

傾斜界面的折射波時距曲線折射界面傾斜的情況下，O1、O2兩點分別激發(fā)，在中間接收，時距曲線方程分別為：v2=3000m/sv1=2000m/sO1O2h1h2txx1x2傾斜界面的折射波時距曲線兩條時距曲/直線，上傾激發(fā)的斜率大，視速度較?。幌聝A激發(fā)的斜率小，視速度較大。兩端點上時間相等，滿足互換定理。如果O1、O2兩點距離足夠大，兩條時距曲/直線可以互相交叉，稱為相遇時距曲線。v2=3000m/sv1=2000m/sO1O2h1h2txx1x24.特殊情況下的折射波層狀介質(zhì)中的隱伏層層狀介質(zhì)中正常速度的薄層層狀介質(zhì)中的低速體直立界面的情況直立斷層的情況彎曲界面的情況變速層的情況層狀介質(zhì)中的隱伏層隱伏層是指在地面上觀測不到其界面所產(chǎn)生的折射波的巖層。只有當下部巖層的波速大于上覆蓋層的波速時才有可能產(chǎn)生能夠返回地面的折射波，但實際情況并非符合這種條件。如果出現(xiàn)低速夾層，或者下部巖層的速度是正常遞增的，但其中某層的厚度較小，那么該層所產(chǎn)生的折射波就不可能出現(xiàn)在初至區(qū)，而是隱藏在續(xù)至區(qū)中難以識別，因此稱該層為“隱伏層”。低速夾層的情況折射波法理想的模型是速度遞增的剖面。如果剖面存在低速夾層，即v1>v2<v3，且v1<v3，根據(jù)斯奈爾定律或折射波產(chǎn)生的條件可知，在v1/v2界面上不可能產(chǎn)生返回地面的折射波，從折射波的地震記錄中不能發(fā)現(xiàn)v2低速層的存在，只相當于兩層介質(zhì)，這就是存在低速層的異常情況。這時如果沒有鉆孔或波速

測井等其他相應(yīng)的資料來

檢驗及核對，就很容易將

三層介質(zhì)當作兩層介質(zhì)來

處理。界面深度計算將出

現(xiàn)較大誤差。低速夾層的情況因此在有低速層的地區(qū)進行折射波法地震勘探時，應(yīng)該有鉆孔資料、地震波速測井以及其他的地球物理資料相配合才能進行解釋，否則無法得出正確的結(jié)論。另外，在有條件的地區(qū)，或者在低速層埋深不大的情況下，可將激發(fā)點移至低速層內(nèi)進行激發(fā)，再結(jié)合鉆井資料可以進行正確的解釋。四層介質(zhì)情況的排列組合關(guān)系有24種，只有滿足各層的速度是遞增的，并且各層有一定的厚度，這樣才能在地震記錄上得到反映四層介質(zhì)的時距曲線，而其他的排列關(guān)系都不可能得到正常的四層剖面的時距曲線，均存在“異?！鼻闆r。若要得出正常的解釋，必須要有鉆孔資料和物探資料的配合，或者將激發(fā)點放在低速層內(nèi)進行激發(fā)。層狀介質(zhì)中正常波速的薄層正常速度的薄層是指各層速度的分布滿足速度遞增的關(guān)系，但其中某層的厚度不大，其頂面所產(chǎn)生的折射波可能無法在初至區(qū)出現(xiàn)。對于這種情況，除了要充分地與鉆孔以及其他的物探資料相配合以外，還必須識別和利用續(xù)至波的記錄。層狀介質(zhì)中的局部低速體在水平層狀介質(zhì)條件下進行折射波地震勘探時，如果發(fā)現(xiàn)時距曲線上有不正常的滯后段或突然“脫節(jié)”的現(xiàn)象，很可能就是存在局部低速體（或不連續(xù)帶）的一種標志。根據(jù)“滯后”時間可以

估算透鏡體的中心厚度：估計透鏡體埋深的公式：存在低速透鏡體的時距曲線層狀介質(zhì)中的局部低速體在水平層狀介質(zhì)條件下進行折射波地震勘探時，如果發(fā)現(xiàn)時距曲線上有不正常的滯后段或突然“脫節(jié)”的現(xiàn)象，很可能就是存在局部低速體（或不連續(xù)帶）的一種標志。根據(jù)“滯后”時間可以

估算低速體的厚度：估計低速體埋深的公式：存在間斷低速層的時距曲線直立界面情況下的折射波在下層高速介質(zhì)中存在直立界面的情況下，滑行波在不同介質(zhì)內(nèi)以不同的速度傳播，表現(xiàn)為兩個不同視速度的折射波，在分界點會產(chǎn)生繞射波，但是能量比較微弱。垂直分界面上的正折射波垂直分界面上的反折射波直立階梯構(gòu)造的折射波在剖面中存在直立階梯構(gòu)造時，斷點兩側(cè)的折射波將出現(xiàn)“脫節(jié)”。當脫節(jié)時差清晰時，可以求取斷層的垂直落差：當直立階梯構(gòu)造兩側(cè)的

速度不同時，其兩側(cè)的

時距曲線除有脫節(jié)點存

在外，還有視速度的變

化。直立階梯構(gòu)造的正反折射波彎曲界面的折射波如果折射界面是彎曲的，它的時距曲線也是彎曲的。對凹型界而，隨著炮檢距的增大，折射波在地面的出射角由大變小，使視速度從小變大，斜率由大變小，因此時距曲線是呈凸狀的。同理，對于凸界面，時距曲線是凹狀的。彎曲界面的折射波及其時距曲線彎曲界面的折射波折射界面為曲率很大的凸界面時，會發(fā)生波的穿透現(xiàn)象，其時距的線也是凹狀的，與凸界面折射波的時距線相似，這干擾了折射波的辨認。為了識別穿透現(xiàn)象，可以采取追逐遠觀測的方式，即在激發(fā)點同側(cè)的不同位置上再進行一次激發(fā)，在同一地段重復(fù)觀測，這樣可以得到二支時距曲線。如果沒有穿透，追逐時距曲線應(yīng)是互相平行的；存在穿透現(xiàn)象時追逐時距曲線不平行。變速層的折射波變速層是指介質(zhì)波速隨深度變化的層，如線性變化的情況：由于波速是空間的連續(xù)函數(shù)，可以把這種連續(xù)介質(zhì)看成是由無限個厚度為Δz的薄層組成的，而每層的波速是逐漸遞增的，那么波射線的軌跡也就由折線過渡到圓滑的曲線了。這種波稱為潛射波。潛射波形成示意圖5.折射波振幅特性影響地震波振幅的因素主要有三類：1.激發(fā)條件的影響

包括激發(fā)方式、激發(fā)強度，震源與地面的耦合狀況等。2.地震波在傳播過程中受到的影響

包括波前擴散、地層吸收、反射、透射、入射角大小以及

產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換等造成的衰減。3.接收條件的影響

包括檢波器、放大器和記錄儀頻率特性對波形的改造及檢

波器的組合效應(yīng)、檢波器與地面的耦合狀況等。巖層界面的形態(tài)和平滑程度也會對振幅造成一定的影響。

地層對波的改造作用通常稱作大地低通濾波器效應(yīng)。波前擴散引起的振幅衰減地震波在傳播過程中，由于不斷的擴散和巖石的吸收、散射等作用。其能量隨著傳播距離的增大而衰減(即振幅減小)。由擴散作用所引起的衰減規(guī)律一般遵守關(guān)系式：式中，r是震源點到觀測點的距離，A0是震源的振幅值，A(r)是觀測點的振幅值，n為擴散系數(shù)。

理論上，厚度大的均勻折射層的擴散系數(shù)近似等于2，對于傾斜或不規(guī)則起伏的折射層，足夠長的相遇時距曲線的綜合分析結(jié)果仍然接近于2。1.3.2折射波法的現(xiàn)場工作折射波法的現(xiàn)場工作大體上可分為現(xiàn)場踏勘、試驗工作和現(xiàn)場作業(yè)三個階段?，F(xiàn)場踏勘：現(xiàn)場踏勘地球物理資料，初步了解工作區(qū)的地震地質(zhì)條件，自然地理環(huán)境及社會環(huán)境等情況，估計和確定勘察的可行性及可能取得的地質(zhì)效果。試驗工作：在取得有關(guān)資料后，再進行試驗工作。試驗工作的目的是根據(jù)任務(wù)和工作區(qū)的具體環(huán)境，選擇最佳的工作方法和技術(shù)參數(shù)，保障順利完成作業(yè)任務(wù)。但若在生產(chǎn)過程中遇到問題，可再次安排試驗工作，解決生產(chǎn)中的問題?，F(xiàn)場作業(yè)：最后階段是在踏勘和試驗的基礎(chǔ)上進行的。這個階段包括野外作業(yè)和室內(nèi)工作。用合適的方法取得資料進行解釋，并得出最后成果。1.有關(guān)的概念檢波道數(shù):指地震儀所具有的地震通道數(shù)。一般工程地震儀可具有12道，24道或48道。道間距:兩個相鄰檢波道之間的距離。在等間距的工程勘察中，按工作要求道間距可能為：0.5m、1.0m、2.0m、2.5m、5.0m、7.5m、10m、15m等。接收距:一般用L來表示，它是檢波器排列在測線上的長度，與道數(shù)和道間距有關(guān)，可用下式表示:排列長度：由一個激發(fā)點與多道檢波器所組成的長度偏移距：激發(fā)點到第一個檢波器的距離最大炮檢距：激發(fā)點到最遠檢波器的距離。

在實際工作中常采用偏移距、炮間距、道間距、接收距來表示激發(fā)點與接收點間的相對位置關(guān)系，如圖所示。

觀測系統(tǒng)中幾個符號的意義

x1-偏移距；Δx-道間距；d-炮間距；L-接收距2.測線的設(shè)計為達到勘察目的，把檢波器按照一定的順序安放在地表預(yù)先測量好的一條直線上，這條直線叫做測線。下面介紹與測線概念相關(guān)的幾個方面：測線布置的基本原則測線的長度排列長度、道間距和激發(fā)點距的選擇測線布置的基本原則根據(jù)工作精度的要求，測線原則上要和探測的地質(zhì)體的走向和構(gòu)造走向大致垂直，且要有一定密度分布。由于解釋中，多數(shù)是按在水平條件下進行解釋的，因此在布置測線時盡可能滿足解釋時的要求，以提高精度。理想的測線應(yīng)是水平的直線，但并不是所有的工作區(qū)都能滿足這個條件。在地表的坡度變化時，測線若不能保持水平，則需要測量人員量出各條測線或測點間的高程變化，在解釋中把高程的影響消除掉。測線的密度可按勘察工作的精度進行設(shè)計，若所勘察的地質(zhì)體或構(gòu)造有一定的長度，則一般測線的間距和道間距不應(yīng)大于地質(zhì)體的寬度。測線的長度測線往往根據(jù)測區(qū)的地形圖來確定其長度和位置。當?shù)乇斫扑降匦螘r，地形圖上的長度與實際長度大致相等，但是當?shù)乇砻嬗幸欢ㄆ露葧r，實際測線的長度應(yīng)大于地形圖上量出的長度。此時，測線長度要根據(jù)地面的傾角進行校正。測線的設(shè)計長度和地層的埋深是密切相關(guān)的，也和波速有一定關(guān)系。3.觀測系統(tǒng)的選擇為了達到勘察的目的，確保有效波信號的接收和對目的層進行連續(xù)追蹤，需要激發(fā)點和接收點之間保持一定的相對位置關(guān)系，測線之間也應(yīng)保持一定的相對關(guān)系。我們把這種激發(fā)點和接收點之間或測線與測線之間的相對位置關(guān)系稱之為觀測系統(tǒng)。激發(fā)點和接收點同在一條直線上時，稱之為縱測線觀測系統(tǒng)，不在一條直線而呈現(xiàn)其他方式的叫非縱測線觀測系統(tǒng)。非縱測線觀測系統(tǒng)中，按激發(fā)點和接收點的位置，可分為橫測線、弧形測線等觀測系統(tǒng)。在工程勘察中，非縱測線觀測系統(tǒng)僅作為輔助測線來布置。但在某些特定情況下，它可以解決一些特殊地質(zhì)難題，以補充縱測線觀測系統(tǒng)的不足。單支時距曲線觀測系統(tǒng)O1點激發(fā)，O1O2間接收；O2點激發(fā)兩次，第一次在O1O2間接收，第二次在O2O3間接收；以此向前移動激發(fā)點和接收排列。在每個激發(fā)點處，可以利用兩支時距曲線的截距時間分別計算深度，互相校核，在一定程度上提高了勘察精度。這種觀測系統(tǒng)一般使用在地質(zhì)情況較簡單，勘察較平緩的地質(zhì)界面，其優(yōu)點是工作效率較高。但對于地層界面傾角較大或起伏的復(fù)雜界面，則誤差較大，不宜使用。單支時距曲線觀測系統(tǒng)相遇時距曲線觀測系統(tǒng)O1O2區(qū)間接收不動，O1和O2分別激發(fā)，得到兩支相對應(yīng)的時距曲線S1和S2，其中S1對應(yīng)界面上的BE段，S2對應(yīng)AC段。BC段是兩支時距曲線的相遇公共段?？梢哉fS1、S2兩條時距曲線從不同的角度反映了同一段地質(zhì)界面的情況。它得到的信息更全面，精度更高，可靠性也更高，對地質(zhì)條件較復(fù)雜的地段有較好的適應(yīng)能力。相遇時距曲線觀測系統(tǒng)使用最為廣泛。相遇時距曲線觀測系統(tǒng)追逐時距曲線觀測系統(tǒng)在h1、h2較大時，由于臨界距離xc1、xc2也較大，會導(dǎo)致S1、S2兩支時距曲線無相遇段。此時需要在距O1一定距離的O2再激發(fā)一次，得到一支時距曲線S2，以補充在O1激發(fā)時造成S1時距曲線的不足之處。也可用于了解彎曲折射界面是否產(chǎn)生了“穿透”現(xiàn)象。追逐時距曲線觀測系統(tǒng)雙重相遇時距曲線觀測系統(tǒng)在相遇觀測系統(tǒng)的激發(fā)點O1、O2兩端，進行“追逐”觀測，在距O1、O2兩激發(fā)點相當?shù)木嚯x外的O3、O4點進行激發(fā)，再得到一組相遇時距曲線。實際上，雙重相遇觀測系統(tǒng)是相遇和追逐觀測系統(tǒng)的組合。一般用于在表層

地質(zhì)條件較復(fù)雜

或?qū)τ^測的某些

數(shù)據(jù)進行檢查、

校核。雙重相遇時距曲線觀測系統(tǒng)4.激發(fā)方式的選擇爆炸源炸藥爆炸激發(fā)地震波，適用于各種工程地震儀的觀測，不受地層厚度的限制，勘測深度可根據(jù)要求加大減小，但由于在城市和郊區(qū)受到條件環(huán)境和安全限制，很少采用。沖擊源由較重的荷重物對地面沖擊而產(chǎn)生地震波。沖擊源的起動脈沖可分為三種：在一定高度向地面拋落重物；用大錘或重錘沖擊有一定重量和厚度的墊板；用打夯機沖擊。沖擊源所激發(fā)的彈性振動強度比爆破要小，在探測地層厚度上比爆炸源要差，一般不超過100m。。但由于安全和經(jīng)濟，不破壞環(huán)境，不需要特殊的組織工作，因而在城市和人口稠密的地區(qū)是常用的方法。激發(fā)方式的選擇（續(xù)）電流體、空氣動力源電流體和空氣動力源是利用強電流和高電壓在水中放電或把空氣壓縮后產(chǎn)生的沖擊的震源。這種動力源多用在淺水域中進行勘察。穩(wěn)態(tài)振動源/可控源可產(chǎn)生一個延續(xù)時間從幾秒到數(shù)十秒的頻率隨時間變化的正弦振動，掃描的頻率范圍及振動的延續(xù)長度都可以事先控制和改變。振動強度也可調(diào)節(jié)?？煽卦炊嘌b在汽車上，石油勘察中使用較普遍。

施工中選擇那種激發(fā)方式，要根據(jù)工程要求精度、地質(zhì)條件、環(huán)境等方面綜合考慮，選擇既經(jīng)濟又安全，即便于組織施工又能達到勘察精度的振動源。可控震源5.接收條件的選擇接收條件的選擇就是在完成了剖面布置和激發(fā)方式選擇等工作后，再選擇最佳的接收技術(shù)，提高信噪比，以得到清晰可靠的記錄。這里僅從接收條件的角度考慮有效波及干擾波的區(qū)別，對儀器工作條件的選定，檢波器的頻率、方向特性的選定及組合檢波等方面簡單加以介紹。有效波和干擾波隨著工作方法的不同，有效波和干擾波的范疇也有所不同，當工作方法改變時，有效及干擾波的關(guān)系也是可以產(chǎn)生相對變化的。折射波法中，只有折射波才是有效波，反射波和面波都是干擾波。反之，當進行反射波法工作時，折射和面波又成為干擾波。在干擾波中只有面波還有應(yīng)用價值，而聲波和多次波及隨機干擾，在地震記錄上形成了干擾帶，嚴重的影響了地震記錄的質(zhì)量和有效波的利用。各種不同類型的地震波的頻譜和視速度等都有其各自的特點，因此可以采用不同的方法來削弱干擾波，突出有效波，以達到提高信噪比的目的。這項工作幾乎要貫穿現(xiàn)場工作的全過程。地震波的頻譜與波長譜頻率域中，不同波的頻譜有差異、有重疊；視波長譜的區(qū)分度相對更高些。儀器工作條件的選擇現(xiàn)在使用的第三代工程地震儀的增益很高，通頻帶很寬，而且都裝有較完善的濾波系統(tǒng)，因此對于和有效波在頻率上有區(qū)別的干擾波都可使用濾波裝置來壓制它。如面波的主頻段一般為15~20Hz，聲波在120Hz以上，與折射波的頻段有區(qū)別，使用濾波系統(tǒng)，可以提高信噪比。對于一個工作區(qū)，是否需要使用濾波器或使用什么波段的濾波器，都要通過前期的試驗工作來確定。在處理資料中，仍然可以改善接收時濾波不足而造成的信噪比低的地震記錄。檢波器的選擇和布置每一種檢波器都有其本身的頻率特性和方向性。如面波的頻率一般在10~30Hz，中頻地震勘查所記錄的有效波的主頻為30~70Hz。對于淺層工程地震勘察來說，有效波的主頻范圍主要在80~300Hz。因此在工程勘察中，選用合適頻率的檢波器是很重要的。關(guān)于方向特征，主要是考慮檢波器的振動方向應(yīng)與波傳播過程質(zhì)點的振動方向相同，使接收的信號最強。例如在接收縱波時，檢波器的最靈敏的接收方向應(yīng)與波的傳播方向相同。而對于橫波來說，可以使用水平方向振動的檢波器，使檢波器的振動最靈敏方向垂直于波的傳播方向。組合檢波器的接收為了提高信噪比，實際工作中還采用兩個或多個檢波器組合接收。組合接收是椐據(jù)視速度定理，利用不同入射方向的波具有不同的視速度的原理進行工作的。如果測線布置在一個檢波器的位置上，按一定的方向和間距布置兩個或多個檢波器，并把它們并聯(lián)或串聯(lián)起來，接到同一個記錄道上，作為該道的輸出信號，這就是“組合檢波器”。“組合檢波”可有線性和面積組合，工程地震勘察多用線性組合。工程地震儀地震儀是將檢波器輸出的信號放大、顯示并記錄下來的專門儀器，一般都具有濾波、放大、信號疊加、高精度計時以及數(shù)字記錄和微機處理等功能。我國目前常用的工程地震儀多為24道。四個主要部分：檢波器、放大器、震源同步系統(tǒng)和記錄顯示裝置。檢波器檢波器又稱拾震器，是把地震波到達所引起的地面微弱震動轉(zhuǎn)換成電信號的換能裝置。當?shù)卣鸩ㄒ鸬乇斫橘|(zhì)振動時，檢波器外殼連同磁鋼隨介質(zhì)質(zhì)點一起振動，而線圈由于慣性不隨外殼同時運動，于是便產(chǎn)生了線圈與磁鋼的相對運動，線圈切割磁力線便產(chǎn)生感生電流。其作用相當于微型“發(fā)電機”，將機械振動轉(zhuǎn)變成電振動。工程地震儀及其野外工作儀器的其他功能放大器：自動增益控制(AGC)：使放大器的放大倍數(shù)能隨反射信號能量的強弱而自動調(diào)節(jié)。可將淺、中、深層能量懸殊的反射信號同時出現(xiàn)在波形記錄上。放大倍數(shù)可達幾十萬倍以上。記錄顯示裝置：一般用計算機記錄和顯示。震源同步系統(tǒng)：一是激發(fā)地震波，二是與激發(fā)時間同步產(chǎn)生觸發(fā)信號，使主機開始記時。錘擊：用兩個彈簧片與導(dǎo)線連接作觸發(fā)器；炸藥：爆炸使捆在炸藥包上的導(dǎo)線炸斷，產(chǎn)生觸發(fā)信號。動態(tài)范圍定義：測量信號振幅極大值與系統(tǒng)噪音水平的比值，用分貝表示：分貝dB：用對數(shù)值表示放大倍數(shù)A0和A分別為放大前、后的數(shù)值大小。20dB表示放大10倍，100分貝表示放大105倍。數(shù)字地震儀的特點全數(shù)字化：就是利用微機控制儀器來完成數(shù)據(jù)采集和信息處理。微機處理是中心，而采集系統(tǒng)則屬于外圍設(shè)備。通過對計算機的操作就可實現(xiàn)對地震儀的操作。這樣可使地震儀的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。同時，儀器具有操作簡單、重量輕、體積小的優(yōu)點。動態(tài)范圍大：采用浮點放大，動態(tài)范圍可達130dB左右，幾乎可把全部能量范圍的地震信號記錄下來。模擬地震儀：40～50dB。頻帶寬：數(shù)字地震儀：20Hz～300Hz；模擬地震儀：20～120Hz。因此，數(shù)字地震儀分辨率大大提高。地震數(shù)據(jù)的記錄格式在模擬記錄時代，野外地震記錄

一般是采用SEG-D格式，按時間

先后優(yōu)先、而后按道順序記錄地

震樣點數(shù)據(jù)；室內(nèi)處理時解編，

重排成SEG-Y格式，即按照地震

道順序優(yōu)先、然后是每道的時間

先后順序記錄地震樣點數(shù)據(jù)。在當前數(shù)字地震儀器的時代，原

始數(shù)據(jù)可以直接記錄成SEG-Y格

式。工程地震儀器也有其他數(shù)據(jù)格式。工程地震地震炮集可控震源淺震炮集記錄，各種波的時距關(guān)系清楚，有明顯的折射波1.3.3折射資料的整理與解釋折射波資料的整理與解釋主要有三方面的工作：1.資料的初步整理及波形對比2.進行必要的校正和繪制時距曲線3.折射地震剖面的解釋。1.資料的初步整理隨著近年來地震儀的更新?lián)Q代，野外作業(yè)工作方法也得到了不斷發(fā)展，資料整理的要求和方法亦產(chǎn)生相應(yīng)的變化。雖然解釋工作中有很多可以用計算機來完成，但資料初步整理方法沒有變化，仍須認真進行。先對野外作業(yè)工作獲取的原始記錄經(jīng)過認真檢查評價，然后才能對合格的資料進行必要的校正。原始資料的檢查和評價波形的對比和分析原始資料的檢查和評價在外業(yè)取得資料之后，要對所取得的資料質(zhì)量按淺層地震勘察技術(shù)要求進行初步檢查和評價。主要內(nèi)容有：1、磁盤（帶）記錄粘貼標簽，寫明盤（帶）號、測線號、文件號及日期，以上內(nèi)容必須與班報相吻合。2、每張記錄的點線號、激發(fā)點的位置、方式、觀測系統(tǒng)類型應(yīng)與班報吻合。3、儀器工作條件，如放大器的增益檔及濾波器的選用，各道工作是否正常，干擾波出現(xiàn)是否影響了有效波的追蹤等。

在檢查上述三項工作的基礎(chǔ)上初步判斷能否完成預(yù)期工作任務(wù)。并找出不足，指導(dǎo)下步工作。2.校正和繪制時距曲線在地震記錄上，各個有效波是來自不同的分界面上，而來自同一分界面的地震波受這一界面的空間分布狀態(tài)，包括埋深、巖性、產(chǎn)狀、覆蓋層的性質(zhì)等因素的影響，在頻率、振幅等方面應(yīng)有一定的特點。但這些因素在較小一段界面上若沒有突出的變化，一般認為介質(zhì)的性質(zhì)是相同的，因此，同一界面上的有效波組在相鄰各道上其波形特點應(yīng)是極相似的，這就是波對比的主要依據(jù)。利用有效波初至進行對比叫做初至對比，但有效波一般是在有波動背景上記錄下來的(不是初至波)，因此，有效波的初至往往不易識別，甚至無法進行初至對比，這時需要通過比較各相鄰道的極值相位來識別和追蹤有效波，叫做相位對比，通常定義來自同一界面的有效波的相同極值相位的連線叫做同相軸。波形對比的主要標志對于同一張記錄，波形對比的主要標志包括：1、每個記錄道的波形、振幅及振動延續(xù)度的相似性特征。主要反映在視周期、相位數(shù)、振動強弱及振動延續(xù)時間長短等方面的變化。2、相位一致性和同相軸延伸長度特征。由于同一界面的有效波到達相鄰二個接收點的路徑是相近的，因而有效波的相同相位到達相鄰道的時間差很小，所以在記錄上，相同相位的連線應(yīng)該是平滑的而且有一定的長度。相鄰相位的同相軸應(yīng)是平行的。3、追逐觀測記錄同相軸平行性特征。由于追逐觀測系統(tǒng)中兩張記錄的排列位置不變而激發(fā)點不同，因此對于同一界面，地震波的同相軸只是在時間軸上平移了一段距離，否則，追蹤的不是同一界面。波形對比的注意事項在實際工作中，在對整條測線每個排列的全部記錄連續(xù)追蹤有效波時，還應(yīng)注意確定波的“互換”和“連接”，此時應(yīng)注意以下三個方面：(1)視速度發(fā)生變化的情況。(2)波形、振幅是否突然發(fā)生變化。(3)兩組波相交后波形的疊加特征。地震記錄特征的變化實際情況往往比較復(fù)雜。由于巖性、構(gòu)造等條件的差異，激發(fā)和接收條件的不同，干擾的變化以及儀器等因素的影響，會使有效波的相位、波形、振幅等發(fā)生變化。因此在進行波形對比時，要全面地認真分析研究各種條件的影響，弄清記錄變化的原因。一般來說若與儀器和地表起伏的因素有關(guān)，則會使各道的記錄從開始到結(jié)束的波或同相軸都發(fā)生同樣的畸變；若個別記錄變化不相同，則往往是地下介質(zhì)變化所引起的。拾取初至2.校正和繪制時距曲線地震資料的解釋是假定震源與各接收點高程一致的條件下進行的。但在實際工作中，有時同一條測線上有若干個激發(fā)點往往高程都不相等，在同一排列上各檢波點的高程由于地形的起伏也不盡相等。因此就產(chǎn)生了誤差。為了減少這類誤差，就要進行相應(yīng)的校正，它包括檢波點的地形校正、震源深度校正及相位校正。除非地形高差變化很大，一般很少作這類校正。因為高差變化較小，由震源深度和檢波點不同所引起的時間差，由于時距曲線比例尺的關(guān)系，都人為的用手工將其抵消了。因此，如果不是地形起伏變化很大，一般地形校正都可以不作。繪制時距曲線圖經(jīng)過檢查、校正、對比分析的地震記錄上讀出各道有效波到達的旅行時，然后以震源點為坐標原點，以縱坐標表示時間，以橫坐標表示距離，在直角坐標系中繪制出相應(yīng)的時距曲線圖。一般比例尺為：縱坐標1cm相當

于5~20ms；橫坐際1cm相當

于2.5~

20m。3.資料解釋利用時距曲線和地震波速度資料，繪制反映折射界面的埋深、產(chǎn)狀和構(gòu)造形態(tài)的地震剖面圖和構(gòu)造圖。由于計算機的普及，現(xiàn)在有人把解釋方法編成計算機程序，但仍需要手工輸入各種參數(shù)，如利用波速測井或折射彼時距曲線求取相應(yīng)的層速度，然后再利用計算機采用各種方法進行折射界面的解釋。求折射界面的埋深和產(chǎn)狀的資料解釋方法很多，僅就目前工作中最常用的幾種方法予以介紹。定性解釋與定量解釋定性解釋：定性解釋主要是根據(jù)已知的地質(zhì)情況和時距曲線特征，判別地下折射界面的數(shù)量及其大致產(chǎn)狀，是否有斷層或其它局部地質(zhì)體存在等，為選取定量解釋方法提供依據(jù)。定量解釋：定量解釋則是根據(jù)定性解釋的結(jié)果選用相應(yīng)的數(shù)學(xué)方法或作圖方法求取各折射面的埋深和形態(tài)參數(shù)。定性與定量解釋是一相互交替和重復(fù)的過程。根據(jù)最終的解釋結(jié)果構(gòu)制推斷地質(zhì)圖等成果圖件，并編寫成果報告。折射波法資料處理流程折射波法資料處理流程框圖1.截距時間法求界面當界面為單層傾斜平界面時，所得的時距曲線為直線段，而且當界面埋深不大時所得的精度很高。但埋深較大或有夾層時，將會造成較大的誤差。如圖所示，在單層傾斜平界面作相遇時距平面觀測。設(shè)O1和O2為兩個激發(fā)點，得到兩條相遇時距曲線S1和S2。由于S1和S2為直線，可延長之使其分別與t軸交于t01和t02。截距時間法求界面根據(jù)折射波的時距方程的截距公式：可以得出震源點O1和O2處折射界面的法線深度h1和h2分別為：

截距時間法求界面求出h1和h2之后，分別以O(shè)1和O2為圓心，以h1和h2為半徑作圓，然后作這兩個圓的公共切線，便可得到所求的折射界面。若是水平界面（h1=h2），則情況更加簡單了。截距時間法求界面若為三層或更多層介質(zhì)情況時，則需要用交點法求綜合層速度，然后仍按兩層介質(zhì)的方法處理。設(shè)有三層水平層狀介質(zhì)，各層的速度值分別為v1、v2、v3，相對應(yīng)的時距曲線為S1、S2、S3。如若求v2/v3界面的埋深，只要把v2/v3界面以上的介質(zhì)看作一層綜合層介質(zhì)。其綜合層速度v12的求取方法是：找出S2、S3時距曲線的交點，把交點和坐標原點連線，此直線斜率的倒數(shù)便是該綜合層的速度，然后把v2/v3界面以上的v1、v2介質(zhì)作為第一層介質(zhì)，用v12代替和v3介質(zhì)構(gòu)成一個界面，則把三層介質(zhì)的問題變成了二層的問題去處理。當多層平界面的斜傾角不大時，綜合層速度用上下傾的平均速度代替，精度仍然很高。2.t0差數(shù)時距曲線法求界面當折射界面不是平面，時距曲線不是直線，不能采用截距時間法，這時可采用差數(shù)法求界面。t0差數(shù)時距曲線法又稱t0法，其應(yīng)用條件為：折射界面的曲率半徑比埋藏深度大得多，波沿界面滑行時沒有發(fā)生穿透現(xiàn)象。在相遇時距觀測系統(tǒng)下，由激

發(fā)點O1、O2得到兩條相遇折射

波時距曲線S1、S2。如圖所示，

取排列上任一點D，在相遇時距

曲線可以得出t1、t2的旅行時間

分別為：t0差數(shù)時距曲線法求界面而激發(fā)點O1、O2的互換時間T為：t0時間定義為地面任一觀測點上兩條相遇時距曲線上對應(yīng)的折射初至?xí)r間的和減去互換時間T：ΔDBC可近似認為是等腰三角

形，從D點作BC的垂直平分線

，得DM=h，于是有：t0差數(shù)時距曲線法求界面由以上的關(guān)系式可以得：t0差數(shù)時距曲線法求界面因此D點到折射界面的法線深度h為：

令則上式可以寫為：只要分別求出沒一點對應(yīng)

的K和t0值，就能求得折射

界面的法線深度h。繪制t0曲線根據(jù)t0的定義可知：具體作法：可以在時距曲線圖上任一點處量得Δt，然后在時距曲線上減去而求得，對各觀測點求得不同的值可以連成曲線。確定K值由于：所以，當v1已知的情況下，關(guān)鍵是求v2值。為求v2值，再引入時距曲線的另一個差數(shù)：求出每點的θ(x)可成曲線，

對θ(