基于孔内落重震源的桥位区隐蔽地质异常体勘探方法与流程

本发明涉及公路工程地球物理勘察领域，具体涉及一种基于孔内落重震源的桥位区隐蔽地质异常体勘探方法。

背景技术：

1、公路工程勘察时，常用钻孔对地下岩土层介质变化情况进行探查，在桥位区的勘察往往是选择部分桩位设计施工钻孔，通过取芯结果对地下岩土层的深度划分，但受到钻探离散点的“一维”勘探结果特性限制，孔与孔间地层划分直接取决于两侧钻孔地层结构、为推测结果，对稳定沉积地层较为适用。当桥位处于岩溶区或存在不均匀风化体的花岗岩区域时，钻探对以上隐蔽地质异常体的勘察效果较差，往往需要使用“逐桩施钻”的方式，成本较高且施工效率低下、部分区域因地形或地表环境因素制约钻机无法进场。

2、传统勘察中针对以上情况需过钻孔布设测线，额外使用地质雷达或浅层地震勘探等方法进行勘探，但地质雷达勘探深度有限，地震勘探的震源获取是一大难点，炸药震源获取困难且施工难度大、机械震源受便携性影响部分场地无法进场、人工锤击震源能量弱。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于孔内落重震源的桥位区隐蔽地质异常体勘探方法，具体是适用于岩溶区或花岗岩区域的公路桥梁地下隐蔽地质异常体的地震勘探方法，可节省钻探成本，有效解决钻孔孔位间的探测空白。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于孔内落重震源的桥位区隐蔽地质异常体勘探方法，包括以下步骤：

4、步骤一：根据勘察需要，在保证接收有效震动信号的前提下，过桥梁设计纵轴线或桩基设计横轴线位置布设三分量检波器，数量为n，且检波器测线内存在一个正在施工的钻孔，检波器道间距与测线长度根据现场需要，覆盖测区范围，所有检波器连接至地震采集仪器；

5、步骤二：钻机于稳定土层内进行标准贯入试验/圆锥动力触探前，于钻杆位置布设地震触发记录仪，记录重锤下落激发产生地震波的时间，此时地表布设的检波器开始采集地震信号，标准贯入试验/圆锥动力触探探头接触岩土层位置产生震动，为震源；

6、步骤三：整合地震采集仪器接收到的地震信号，形成单炮地震记录，判别地震记录中地震波的类别，分为以下两种类型：1)地震记录中无明显绕射波同相轴，判定为测线覆盖范围下方初至波最大旅行路径深度范围内无明显地震波速突变的异常区域；2)地震记录中有明显绕射波同相轴，利用时频变换提取绕射波同相轴；

7、步骤四：在以上步骤三2)中，对单检波器三分量信号进行时频变换，根据时频特性提取绕射波后根据三个分量构建协方差矩阵，计算绕射波信号协方差矩阵的特征值和特征向量，获取绕射波信号的极化主轴，即绕射波传播方向；对地震记录中所有地震道均作上述操作，直至获取所有地震道数据的绕射波传播方向；

8、步骤五：构建空间直角坐标系，根据各道检波器在坐标系中的坐标位置和各检波器接收地震记录中绕射波的传播向量，确定各绕射波的空间传播路径li,i＝1,2,3,…,n，其中n为检波器数目；

9、步骤六：对检波器覆盖区域下方探测范围即反演剖面范围划定，根据检波器排列顺序选两直线l1、l2匹配，求解两直线在空间中最近点的坐标，最近点坐标即可视为绕射波产生的位置，对所有向量进行组合并重复以上操作，将所有最近点汇入相应网格内形成点数热图，剔除个别突变离散网格后所有空间最近点的集合，即视为地下介质中的波速突变异常区域；

10、对以上步骤六中，具体有：

11、1)反演剖面范围的划定分为水平方向和竖直方向，水平方向尺寸为地面检波器测线覆盖范围，竖直方向尺寸为2倍的绕射波最大旅行距离；

12、2)确定反演剖面范围后，网格化剖面空间，设λ为绕射波波长，为保证计算精度，网格尺寸δd选取且δdx不宜过小，保证计算效率；

13、3)两直线l1、l2求解空间中最近点算法(空间直线投影法)如下：设两向量的单位向量分别为直线上分别有点p1、p2，则点p2到直线l1的最近距离为垂线距离，垂足为p3，有p3位于直线l1上；

14、则：

15、

16、在直线l1上有一点np，则点np与点p3距离可表示为：

17、

18、其中，θ为⊿npp2p3中∠p2npp3，又有：

19、

20、根据三角函数换算公式，有：

21、

22、又因p3位于直线l2上，有：

23、

24、又因：

25、

26、则：

27、

28、因前式(4)中三角函数的解存在两个，故np存在两个可能的点位于p3两侧，则式(7)中可写为：

29、

30、此时求解小者对应的点np，即为两直线l1、l2在空间中的最近点。

31、4)确定最近点坐标后，将其全部归位至剖面的网格中，即共有个点，设单一网格尺寸内存在的点数最大值为m、最小值为n、共有a个网格内存在np点，根据点数绘制网格内点数热图，极个别离散点距离主区域较远的予以人工剔除。

32、步骤七：根据点数热图确定反演剖面，解释地质异常体。

33、本发明有益效果：

34、钻探原位测试中的标准贯入试验/圆锥动力触探探头夯击岩土层形成的震动能量强，激发点位于稳定土层中排除地表浅部松散层干扰、距离异常位置近，作为地震勘探震源优势明显，利用此孔内落重震源，在桥位勘探区配合地面接收三分量检波器，可填补钻探的孔与孔之间勘探空白；

35、采用绕射波极化分析的方法确定地质异常体地下空间位置，分辨率高、抗干扰能力强、异常点位明显，可用于岩溶区桥梁或花岗岩区域桥梁勘探；

36、节省“逐桩施钻”的成本，可控制地下隐蔽岩溶发育情况或周边桩位地下界面起伏情况。

技术特征：

1.基于孔内落重震源的桥位区隐蔽地质异常体勘探方法，其特征在，包括以下步骤：

2.根据权利要求2中所述的基于孔内落重震源的桥位区隐蔽地质异常体勘探方法，其特征在，步骤六中，具体有：

技术总结
本发明公开了基于孔内落重震源的桥位区隐蔽地质异常体勘探方法，在桥梁钻孔施工测区布设接收测线，利用钻孔原位测试中标准贯入试验或圆锥动力触探探头夯击岩土层产生震动作为地震勘探震源，在钻孔所在桥梁纵断面或横断面轴线布设若干三分量地震检波器并接收震动信号，整理形成单炮地震记录，识别隐蔽地质异常体产生的绕射波同相轴，利用时频变换提取绕射波并求取极化参数，基于直角坐标构建绕射波传播空间线条，通过空间直线投影法确定检波器对的绕射波传播路径最近点坐标，并基于离散网格点数统计热图形成反演结果剖面，识别绕射波发生位置，解释隐蔽地质异常体。

技术研发人员：丁昕,孙茂锐,赵华宏,张志峰,陈超,刘路,李星,石川,张志鹏,胡荣耀,王祥祥,王双六
受保护的技术使用者：安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11