一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法与流程

1.本发明属于应用地球物理领域，具体涉及一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法。


背景技术：

2.基底隐伏岩溶洞穴及人为坑洞的存在，会对铁路、公路的运营安全构成潜在威胁。勘察设计阶段，通过大量的勘察、测绘等工作对线路选线、重大不良地质体分布段落进行绕避，能够在宏观层面最大程度的保证工程安全。与此同时，受限于目前的勘察技术水平及工期、资金等方面的需求，想在勘察设计阶段完全查明不良地质体的分布情况还存在一些困难，所以在施工阶段必须进一步进行探测。目前，在施工过程中，对开挖已经揭示的岩溶洞穴及人为坑洞均进行了工程整治处理，但对于施工过程中未能揭示到的潜在隐伏岩溶洞穴及人为坑洞，则必须在运营前进行进一步探测，以排查是否还存在隐伏岩溶洞穴及人为坑洞的情况，为线路的运营安全保驾护航。
3.原铁道部工程管理中心工管质安电[2013]198号文《关于开展在建铁路隧道、路基基底岩溶探测工作的通知》中规定了沿线路方向的探测测线布置位置及数量，其中在单洞双线隧道中的布置方式如图1所示，检波器与激发震源需要保持在同一测线上，即隧底中线、线路右中线和线路左中线，分别探测三条测线下方的地质情况。
[0004]
在对单洞双线隧道使用现有的地震映像法勘探时，检波器和激发震源沿着线路左线、线路右线和隧底中线平行于里程方向布置，以获得线路左中线、线路右中线和隧道中线下方的地质情况；实际使用中，有些单洞双线隧道的隧底中线存在中央排水沟；因为中央排水沟内空间狭窄，常常存在积水，或者因为流水冲刷存在砂砾，小石子等杂物，使得检波器和激发震源的布置极为困难；同时因为积水、砂和小石子等杂物干扰，即使布置了检波器和激发震源，检波器采集到的地震波数据失真严重，无法用于地质分析；在对单线使用现有的地震映像法勘探，需要在线路中线沿里程方向布置检波器与激发震源；有些线路的路基上存在道砟、信号箱和电力设备等干扰源，在这些线路中线上布置检波器与激发震源极为困难；例如当路基上存在道砟时，需要将道砟清除后，再将检波器与激发震源设置在路基上。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法，包括如下步骤：
[0006]
s1.沿隧底中线左右对称设置多个检波器与激发震源，多个所述检波器之间的间距与多个所述激发震源之间的间距相等；
[0007]
s2.沿里程方向控制所述多个激发震源逐一生成地震波，检波器采集所述地震波；并将检波器采集到的地震波数据排序并经过拼接处理后，得到勘探数据剖面图。进一步的是，所述检波器采集所述地震波的方式包括：单偏移距和多偏移距；
[0008]
单偏移距：按里程顺序逐个控制激发震源生成地震波，与激发震源对应里程位置
设置的检波器采集所述地震波；
[0009]
多偏移距：按里程顺序逐个控制激发震源生成地震波，所述多个检波器同时采集所述地震波；
[0010]
进一步的是，所述检波器采用单偏移距的方式采集时，将所述地震波数据按照采集该地震波数据的检波器所处线路的里程位置排序后拼接形成勘探数据剖面图。
[0011]
进一步的是，所述检波器采用多偏移距的方式采集时，从不同偏移距的地震波数据中抽取处于同一偏移距的地震波数据；将所述地震波数据按照采集该地震波数据的检波器所处线路的里程位置排序后拼接形成不同偏移距的多个勘探数据剖面图。
[0012]
进一步的是，当所述检波器与激发震源采用左右对称方式采集成图时，应以获取隧道或路基同一里程段落隧道或路基其他测线位置的勘探数据剖面图，通过隧道或路基其他测线位置的勘探数据剖面图中的图像特征点检验所述勘探数据剖面图。
[0013]
进一步的是，所述图像特征点为破碎带或断层。
[0014]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0015]
1.本发明提出了一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法，该方法通过在隧道或路基的线路中线左右对称设置检波器布置线与激发震源布置线，并将检波器设置在检波器布置线上、激发震源设置在激发震源布置线上；避开了原本位于线路中线上的复杂环境干扰(如排水沟、道砟等)；可以得到反映线路中线下方的地质情况的勘探数据剖面图；
[0016]
2.本方法的数据采集速度快，避免了动、静校正对地震波的拉伸、畸变影响，保留了多种地震波信息(多波勘探)及全部动力学特征；特别是在探测目标体相对单一、以线路方向地质变化为主的情况下，本方法的探测效果好，具有快速高效、成果直观，可利用多种地震波及其运动学、动力学特征实现异常体较准确的定位及性质判别的优点。
附图说明：
[0017]
图1为现有的地震映像法测线布置示意图；
[0018]
图2为本发明示例性提出的一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法观测系统布置示意图；
[0019]
图3为本发明示例性提出的一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法中图像特征点选取示意图；
[0020]
图4为本发明实施例提出的一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法探测成果图。
具体实施方式
[0021]
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
[0022]
实施例1
[0023]
一种复杂环境干扰下的地震映像探测方法，包括如下步骤：
[0024]
s1.沿隧底中线左右对称设置多个检波器与激发震源，多个所述检波器之间的间距与多个所述激发震源之间的间距相等；
[0025]
s2.沿隧道里程方向控制所述多个激发震源逐一生成地震波，检波器采集所述地震波；并将检波器采集到的地震波数据排序并经过拼接处理后，得到勘探数据剖面图。
[0026]
所述检波器采集所述地震波的方式包括：单偏移距和多偏移距；
[0027]
单偏移距：按里程顺序逐个控制激发震源生成地震波，选取与激发震源处于同一里程位置的检波器采集的地震波数据；
[0028]
多偏移距：按里程顺序逐个控制激发震源生成地震波，多个与激发震源不同偏移距的检波器同时采集地震波，得到不同偏移距的多个地震波数据；
[0029]
所述偏移距为激发震源到对应检波器的直线距离。
[0030]
其中，在步骤s2中所述对应设置可以理解为，每一个检波器均对应设置有一个激发震源，并且多个检波器布置的间距与多个激发震源布置的间距相等。
[0031]
具体如图2所示，图2示出了在某线路的单洞双线隧道下使用本发明的布置示意图；其中，检波器布置在线路左中线、激发震源布置在线路右中线；
[0032]
单偏移距的采集方式可以为“a”位置采用尼龙头力棒激发地震波，“1”位置采用检波器采集所述地震波；“b”位置采用尼龙头力棒激发地震波，“2”位置采用检波器采集所述地震波，按照里程方向依次类推，直至将所有待探测区域全部采集；
[0033]
多偏移距的采集方式可以为“a”位置采用尼龙头力棒激发地震波，“1”、“2”、“3”位置设置检波器同时采集所述地震波；“b”位置采用尼龙头力棒激发地震波，“2”“3”“4”位置设置检波器同时采集所述地震波，并按照里程方向依次类推，直至将所有待探测区域全部采集。
[0034]
同样的，也可以将检波器布置线设置在线路右中线、激发震源布置线设置在线路左中线；相应的“a”位置采用尼龙头力棒激发地震波，“2”位置采用检波器采集所述地震波，“b”位置采用尼龙头力棒激发地震波，“3”位置采用检波器采集所述地震波，依照里程方向依次类推，直至将所有待探测区域全部采集；在实际使用中，当激发震源和检波器的连线方向与线路方向呈正交关系时，检测效果最佳。
[0035]
当所述检波器采用单偏移距的方式采集时，将检波器采集到的地震波数据按检波器所处的里程顺序排序，并将其拼接形成勘探数据剖面图。
[0036]
当所述检波器采用多偏移距的方式采集时，抽取同一偏移距的地震波数据，并将其按里程顺序拼接形成勘探数据剖面图。需要说明的是，在采用多偏移距的方式采集时，可抽取激发震源同检波器连线与隧道轴向正交情况下同一偏移距的若干检波器所采集到的地震波数据，并进行拼接；例如将“a
‑
1”，“b
‑
2”，“c
‑3”……
得到的数据进行拼接；同时也可按与隧道轴向斜交情况下同一偏移距的方式进行抽道形成勘探数据剖面图。如a
‑
3、b
‑
4、c
‑5……
的模式，同时也可采用诸如a
‑
4、b
‑
5、c
‑6……
等等的其他模式进行抽道进入数据处理环节；抽取时仅需保证激发震源与检波器组成的数据道中激发震源与检波器的偏移距相等。
[0037]
同时，为保证采用激发震源及检波器沿线路中线左右对称布置情况下采集到的勘探数据的可靠性、一致性；可使用现有的地震映像探测方法分别获取线路左中线和线路右中线勘探数据剖面图；并通过线路左中线和线路右中线勘探数据剖面图中诸如一定规模的破碎带等图像特征点，对观测系统方式得到的勘探数据剖面图进行可靠性、一致性检验。具体为，在线路左中线和线路右中线勘探数据剖面图中选出若干多波同相轴下凹处(有一定
规模的破碎带处)，并标记其出现的里程位置；在通过多偏移距采集方式得到的勘探数据剖面图中与被标记里程位置相近点，寻找是否存在多波同相轴下凹的特征；若存在则认为该勘探数据剖面图可靠性、一致性得到了保证，如不存在则认为该勘探数据剖面图质量存疑；需要重新抽取同一偏移距的地震波数据，并将其按里程顺序拼接形成勘探数据剖面图，并再次验证新形成的勘探数据剖面图的一致性、可靠性。其中，观测系统指，检波器与激发震源布置后形成的整体系统。其中本发明中的“左”和“右”可以指沿隧道的小里程至大里程的方向为里程方向，里程方向的左侧和里程方向的右侧。
[0038]
需要说明的是，在勘探数据剖面图中，多波同相轴下凹处通常表示该处存在破碎带；地质学研究表明，断层等具有一定规模的破碎带的存在，在空间展布上是连续性的，又因勘测现场相邻测线(即线路左中线、线路右中线和隧底中线)在平面位置上间距不大(一般小于5m)，足以被破碎带的规模覆盖三条测线平面范围，因此如若在线路左中线出现破碎带，那么线路右中线、隧底中测线上均应有破碎带的异常反映，不可能破碎带只在左或右某一侧的线路中线上有所反映而其他测线上没有异常信息反映。同理，当不存在破碎带时，各剖面资料应均无多波同相轴明显下凹的特征出现；但岩溶类异常则有可能在某一测线位置出现，而其他测线上则没有异常反映的情况出现。因此可以通过对比现有地震映像法得到的线路左中线和右中线勘探数据剖面图与本发明所提出方法得到的新观测系统下环境干扰源下方的勘探数据剖面图，验证新方法得到的勘探数据剖面图的资料一致性并控制勘探质量，进一步提升本发明所提出的方法在处理复杂地质情况下的可靠性。
[0039]
如图3所示，图3展示了某隧道工程采用传统地震映像法在左右测线位置上不同偏移距的勘探数据剖面图；图中(a)为偏移距为13m时左中线勘探数据剖面，图(b)为偏移距为13m时右中线勘探数据剖面图；图中(c)为偏移距为14m时左中线勘探数据剖面图，图中(d)为偏移距为14m时右中线勘探数据剖面图；(e)为偏移距为15m时左中线勘探数据剖面图，(f)为偏移距为15m时右中线勘探数据剖面图；图中箭头标记处为多波同相轴下凹处，即为破碎带反映处，可通过上述剖面资料中该破碎带的特征点标记处，检验采用本发明所提出方法得到的新观测系统下环境干扰源下方的勘探数据剖面图的一致性，进行质量控制。
[0040]
通常在已有左、右线路中线剖面探测资料进行勘探质量控制的基础上，使用本方法进行隧道中线位置的地质探测时，仅采用单偏移距即可；在地质情况极其复杂的段落，可采用多偏移距；多偏移距测量相当于增加对地质异常体的观测覆盖次数，可以进一步提高勘探精细化程度和探测质量。
[0041]
综上，本领域技术人员在获取了环境干扰源下方的勘探剖面数据后，可以通过剖面资料所反映的信息，判断是否存在岩溶及人为空洞类异常，并据此决定是否需要进行钻探验证。如需要钻探验证则进一步确定好钻探验证的孔位位置及孔深，并基于钻探验证的结果明确是否需要进行整治处理。
[0042]
实施例2
[0043]
在实施例1的基础上，本实施例具体针对济莱高铁某20m长的一段路基对本发明进行进一步说明。
[0044]
该段路堑施工过程中，已经揭示了一竖向发育的岩溶洞穴(该溶洞从洞口的目测可见深度约3.5m，地表揭示洞口宽度仅0.7m)。在溶洞发育位置已知的情况下，只需反过来证明新观测系统下，采集形成的数据剖面资料对该溶洞有所反映即可验证本发明所提出方
法的有效性。
[0045]
溶洞与测线位置的平面位置关系为：在平面位置上，该溶洞处于线路左、右中线测线位置的中间，故根据波的几何传播及最短路径原理，当使用传统地震映像法得到的勘探数据剖面图在左、右中线位置的测线位置上并不会反映该溶洞的存在；采用本发明所提出的新方法，因该溶洞此时在波的传播路径上，故得到的新观测系统下的勘探数据剖面图则会反映该溶洞的存在。
[0046]
该段左、中、右位置的勘探剖面图如图4所示；采用现有的地震映像法得到的左中线勘探数据剖面图如图4(a)所示；采用现有的地震映像法得到的右中线勘探数据剖面图如图4(c)所示；从图中可以看出两图中的首波波形同相轴较为顺直，未见明显异常。因此可以认为线路左、右中线下方不存在地质异常体，即不存在溶洞类异常。采用本发明提出的方法得到的反映路基中线的勘探数据剖面图如图4(b)所示，从图中可见波形同相轴出现较为明显的下凹，在箭头标注的位置即为溶洞异常体的反映。
[0047]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。