1、1地面地震地面地震CT在淺層勘探中的應用在淺層勘探中的應用靳洪曉賈廷富徐晉生宋繼信楊玉廷(建設部綜合勘察研究設計院北京100007)趙永貴(中國科學院地質研究所北京100029)引言地震CT技術是近年來發(fā)展起來的一種新的物探手段，它利用地震波穿過地質體后走時及能量的改變等物理信息，在計算機上重建地質體內(nèi)部圖像，從而得到所研究地質體的巖性及構造分布。地震CT方法圖像直觀、分辨率高、信息量大、可靠性好，一經(jīng)應用，就受到地球物理學家和地質學家

2、的廣泛重視JWRect稱目前沒有其他技術可以勝過井間地震CT的潛在分辨率[4]。井間地震CT技術在短短幾年中已經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展，由最初的直射線追蹤發(fā)展到現(xiàn)在的曲射線追蹤，反演方法由線性反演發(fā)展到非線性反演，由投影算法發(fā)展到SIRT、SVD等多種算法，所利用的地震資料也由單一的直達波發(fā)展到各種震相綜合利用的全波形分析。目前，井間地震CT技術在國內(nèi)已成功地應用于礦山遠景評價，以及核電、水電等大型工程場地的勘探選址中，并可以進行鉆孔間、巷道間

3、及巷道與地表間的聯(lián)合觀測[1]。地震CT成像的物理量也由單一的波速成像發(fā)展到與衰減成像聯(lián)合反演，二者相互補充，進行更為準確、可靠、合理的地質解釋[2]。實踐中，多數(shù)研究區(qū)域沒有鉆孔或巷道可以利用，地震CT技術的推廣應用因此受到限制。我們嘗試在地表面進行地震CT探測，并在河北興隆天文觀測站LAMOST觀測室場址勘探中取得成功。1研究區(qū)的地質問題LAMOST大型天文望遠鏡觀測室是中國科學院北京天文臺擬建的世界最大的天文觀測系統(tǒng)。場址選在興隆

4、天文觀測站內(nèi)，位于河北省興隆縣城東南12.5km的燕山山脈東段，馬蘭峪大背斜的北翼。擬建的天文望遠鏡場區(qū)由灰?guī)r山梁挖高填平而成(圖1)。場區(qū)分東西兩部分，西部主要出露震旦系灰?guī)r，東部為第四系坡積土。建筑基礎在場區(qū)中部，長55m，寬16m，走向南北，坐落在平整后的灰?guī)r出露區(qū)，南北兩端已接近邊坡回填區(qū)?；靥畹暮穸燃霸吰滦逗蓭У陌l(fā)育情況尚不清楚，這是基礎穩(wěn)定性評價和基礎處理十分關心的問題。前期的勘探發(fā)現(xiàn)建筑基礎范圍內(nèi)有3條節(jié)理槽，走向近東西

5、，寬4～6m，內(nèi)充填粘土，各裂隙槽的深度及深部連通情況需要進一步查清，基礎東側有一南北走向的第四系粘土充填槽，需要查明是節(jié)理帶還是斷裂帶。由該區(qū)的區(qū)域地質資料推測，建筑基礎東側可能發(fā)育有一條近北東向的斷裂，位置和傾向尚不清楚，對場地的穩(wěn)3CT反演時，根據(jù)初始模型，做射線追蹤，求出由激發(fā)點到接收點的射線路徑。如果測區(qū)范圍不大，可以簡單的用直線來代替。把CT掃描區(qū)進行網(wǎng)格離散化，式(1)每一項可以寫成為：T=???iiilS?cos這里Si

6、為為第i個網(wǎng)格的慢度為第i個網(wǎng)格中該射線在地面投影的長度，cos?為恒定值。對于il每一條折射波射線路徑，都存在這樣一個方程，所有這樣的方程組成一個大型矩陣方程。求解該矩陣方程，就得到了每一個網(wǎng)格的慢度分布，從而就求得了該區(qū)域的地震波速度分布。3野外地震觀測設計為了查清LAMOST天文望遠鏡場區(qū)破碎巖體分層、卸荷帶及覆蓋層厚度、斷裂和裂隙槽分布特點，在測區(qū)內(nèi)布設了5條高分辨反射地震剖面，其中東西向的橫剖面3條，南北向的縱剖面2條。均以建

7、筑基礎為中心，交叉布設。這樣，從常規(guī)反射剖面就可以得到測區(qū)的CT反演初始模型。對于基礎東側第四系及回填較厚的區(qū)域，為進一步了解該區(qū)的基底巖石力學性質的差異與斷層發(fā)育情況，以及連通與否，進行了地面地震CT掃描。掃描區(qū)為40m50m的四邊形。測線布置如圖l所示。觀測中采用了美國Geometrics公司ES—2401X增強型48道高分辨數(shù)字地震儀，錘擊震源。采樣間隔為100?s，記錄長度為2048樣點。檢波器間距1m，炮點間距大部分為1m，對

8、于距離檢波器較近的炮點，考慮到射線過于密集，但并沒有提高射線的正交性，炮點間距改為2m?？傆?2個激發(fā)點，48個接收點。從地震原始記錄剖面上，可以清楚地識別折射波、聲波以及面波等震相，并且該觀測系統(tǒng)有較好的射線密度和正交性(圖3)，可以得到測區(qū)內(nèi)構造和巖石力學性質的分布圖像。4地震勘探結果及地質解釋地面地震CT反演所得到的波速圖像，反映了場區(qū)內(nèi)基底風化層波速的分布特征。由圖4可以看出，整個場區(qū)基底波速偏低，最高為840ms1；場區(qū)的四角