地球物理学进展  2015, Vol. 30 Issue (1): 425-428   PDF    
引用本文
李启成, 张晶, 刘晓丹, 闫颖川. 利用倾斜截面的反射波测定覆盖层的波速[J]. 地球物理学进展, 2015, 30(1): 425-428, doi: 10.6038/pg20150162  
LI Qi-cheng, ZHANG Jing, LIU Xiao-dan, YAN Ying-chuan. Measurement of superstratum wave velocity with reflection wave on dip section. Progress in Geophysics, 2015, 30(1): 425-428, doi: 10.6038/pg20150162   
利用倾斜截面的反射波测定覆盖层的波速
李启成, 张晶, 刘晓丹, 闫颖川    
辽宁工程技术大学地质系, 阜新 123000
收稿日期: 2014-09-10 修回日期: 2014-12-10 .
基金项目：黑龙江省教育厅2011年科研项目(12513082)和博士启动基金(13-1027)资助.
作者简介：李启成, 男, 1963年生, 辽宁人, 副教授,博士, 主要从事地球物理学研究. (E-mail:731732866@QQ.com)
摘要：波速测量得到的是一段地层中的平均速度, 由于地震波初至时刻难于准确确定等原因, 测量结果存在较大误差.采用共反射点的多次覆盖技术能更准确地测定地震波的传播速度, 但必须准确掌握反射面的深度.在不准确掌握反射面厚度的情况下, 提出利用倾斜截面测定波速.这种技术要求掌握反射截面的倾角, 特别适合有断层出露和基岩出露的地区.把上述技术应用于龙门山断层区, 测得了该区地震波传播速度, 说明利用倾斜反射截面测定波速是有价值的尝试.
关键词： 波速     地震波     倾斜截面     地震    
Measurement of superstratum wave velocity with reflection wave on dip section
LI Qi-cheng, ZHANG Jing, LIU Xiao-dan, YAN Ying-chuan    
Department of Geology, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China
Abstract: The measurement result of wave velocity is earthquake wave average velocity in stratum, because original reach time of earthquake wave is difficult to be decided, measurement result has more deviation. Earthquake wave velocity can be computed more accurately with common reflection point multiple cover technique, but, the deep of reflection section needs to be know accurately. In the condition of the deep of reflection section is not known accurately, it is put forward to measure wave velocity by mean of reflection wave on dip section. This technique need to know the dip angle of reflection section, so, It is more useful in the areas that the fault or exposure expose. We use above technique to Longmenshan fault areas, earthquake wave velocity is obtained, it is valuable to measure wave velocity by mean of reflection wave on dip section.
Key words: wave velocity     earthquake wave     dip section     earthquake    
0 引 言

浅层地震波波速的测量，通常指纵波和横波波速的测量.地震波速的测量是地球物理勘探中的一项十分重要的技术，波速测量的准确程度对地震波测深的结果有十分重要的影响(侯兴民等，2004；陈旭庚等，2007)；此外，工程场地覆盖层厚度对场地分类、地基土的动力学参数的测定、地基土承载力的计算、地层沉积年代的确定、饱和砂土液化判别和工程场地卓越周期的估算有具有一定的意义(赵平，1995；刘明军等，2008).

目前工程场地波速测量方法可以分为沿水平地表的测量和在钻孔中的测量.在钻孔中的测量又分为单孔测量和跨孔测量，以单孔测量最为常用(马麦宁等，2002；张维等，2013).上述方法测量的是地震波在一段地层中的平均速度，由于地震波初至时刻难于准确确定等原因，使得上述测量结果有较大的误差.值得庆幸的是，人们发现了用共反射点的多次覆盖技术更准确地计算地震波的传播速度，多次覆盖测定技术的发现是地震勘探野外工作方法的一次重大进步.采用多次覆盖技术测定地震波速，要求准确掌握反射面的深度，如果不能准确掌握反射面的深度，应探索新的办法. 1 多次覆盖等技术 1.1 利用反射波的走时曲线计算波速

如图 1，在地面下深度为h处有一反射界面R，界面上覆盖层的波速为V.在O点激发的地震波传播到界面R后，部分能量反射回地面，在地面的D1、D2等点接收到反射波.O点发出的地震波可以认为是从镜面对称点O’点发出，于是可以得出反射波的走时曲线方程为(陆基孟，2001)：

经整理后得到：

上式为双曲线方程，其渐近线的倒数为波速V，所以根据走时曲线的斜率可以求出地震波的覆盖层中的传播速度.期缺点是发现一个范围较大的水平发射面有一定难度.
图 1 反射面Fig. 1 Reflction surface
1.2 利用反射波的共反点计算波速

如图 2，从不同的反射点O3、O2、O1发射地震波，经过共同的发射点A发射，在相应的对称点D3、D2、D1接收地震波.其反射波的走时曲线方程为

该方程与反射波的走时曲线具有相同的形式，把上式用泰勒公式展开，略去高次项得：

采用动校正，则地震波到达接收点的时间都为自激自收的时间，即：

如果已知发射界面的深度h，用上述自激自收时间t0可以计算出地震波的波速V(陈仲侯等，1993).这种方法的优点是反射面的范围不用很大，缺点是必须准确知道发射面的深度，如果不准确掌握反射面的深度，用自激自收时间确定地震波传播速度是不准确的.
图 2 用反射波的共反点计算地震波速Fig. 2 Earthquake wave velocity calculation with reflection point
2 利用倾斜反射截面测定波速

如图 3，倾斜截面的反射波时距曲线方程为

可见，倾斜截面的反射波时距曲线是一条双曲线，其极小值的坐标为

从上面公式可以得出：

从上面公式可以看出，如果能得到一个反射面上的时距曲线，再测得发射面的倾角，就可以得到地震波的传播速度.这种方法的特点是无需知道反射点的深度，只需要知道反射面的倾角.在某些地质界限露头区域，精确测定反射面的倾角比测定某一反射点的深度更方便.这就是我们提出的用倾斜反射截面计算波速的优势.

图 3 倾斜截面的反射波时距曲线Fig. 3 Reflection wave curve of time-distance on dip section
3 利用倾斜反射截面测定波速实例

测量区位于龙门山构造带上，该区有早震旦世火山喷发和岩浆侵入，同时龙门山一带的地壳发生裂陷、伸展形成一系列断块，并发育褶曲和断层.

取北川-映秀大断裂中的陈家坪-白云山大断层，如图 4.图中的F1断层走向近东西，倾向几乎正北，经坑探测得该 断层倾角57.3°. 测线布置方向与断层F1垂直，炸药震源布置在侧线的南端，以该断层面作为反射面测量上盘地震波的速度.

图 4 测线布置图Fig. 4 Arrangements for measure thread

本次波速测量采用重庆地质仪器厂DZQ-48型地震仪，DZPS-60纵波检测器，采用锤击方法产生地震波.正式进行地震波速测量前，做了道一致性检验，结果如图 5，表明仪器的道一致性很好且稳定.

图 5 地震仪道一致性检验Fig. 5 Inspection of seismograph channel consistence

如图 6，是在垂直于断层F1方向的测线上得到的反射波记录.据此得到倾斜截面上反射波的时距曲线，如图 7.

图 6 倾斜截面的单炮反射试验结果Fig. 6 Reflection result of single explosive point on dip section

在图 7上可以得到tm=16 ms，xm=25.6米，又已知断层倾角的余弦和正弦值cosA=0.769、sinA=0.64，根据公式(7)，可以计算得到地震波的传播波速为V=1923 m/s.

图 7 实测斜截面上反射波的时距曲线Fig. 7 Reflection wave curve of time-distance on reality dip section
4 讨 论

用共反射点的多次覆盖方法更准确地计算地震波的传播速度是地震勘探野外工作方法的一次重大进步，但由于该方法要求准确掌握反射面的深度，使得该方法在应用范围上受到限制.我们提出在已知倾斜截面倾角的条件下，用倾斜截面的走时曲线测定浅层地震波的传播速度.在龙门山地区有断层出露，便于测定倾角，在该地区布置了地震测线，并计算得到了该区浅层的地震波传播速度.

在反射面深度不掌握，即在不能用用共反射点多次覆盖方法准确地计算地震波传播速度的条件下，利用倾斜截面的反射波测定覆盖层的波速，这在便于测定反射面倾角的情况下不失为有价值的尝试.应加强用上述方法测定测定地震波的传播速度，使得该方法趋于完善.

致 谢    感谢审稿专家和编辑部的支持.
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