北戴河地震勘探实习分析报告.doc

北戴河地震勘探实习分析报告 导读：北戴河地震勘探实习报告指导教师：张学强老师 许顺芳老师 严哲老师姓名：任慧宁 班序号：061084-13 学号： 2011 年 8 月 25 日 目录第一章 序言北戴河地震勘探实习分析报告北戴河地震勘探实习报告指导教师：张学强老师 许顺芳老师 严哲老师姓名：任慧宁 班序号：061084-13 学号： 2011 年 8 月 25 日 目录第一章 序言2 1.1 工区自然及交通状况2 1.2 工区地质、地球物理概况3 1.3 浅层地震仪原理及操作简介4 第二章 野外工作技术设计及工作准备5 2.1 工作安排5 2.2 仪器检查6 2.3 一致性检查及熟练性操作7 2.4 展开排列9 第三章 浅层折射地震野外工作方法及资料整理解释10 3.1 野外工作方法10 3.2 资料整理步骤和解释方法12 第四章 浅层反射地震野外工作方法及资料整理解释14 4.1 野外工作方法14 4.2 资料整理步骤和解释方法15 第五章 二维地震资料解释15 5.1 二维地震资料16精心整理精心整理 5.2 实习内容及要求17 5.3 二维资料解释17 第六章 结束语19第一章 序言重力勘探是一种重要的地球物理探看方法，其理论依据是地震波场理论。一般情况下，地球 介质可以看成是具有弹性或只要为弹性的介质。因此在地球内部传播的周期不特别长的波都可以 看作为弹性波或以弹性成分为主的波，这些波统称为地震波。研究地震波的激发、接收何在各种 不同类型介质中的传播、不同种类地震波的特性、地震波的数值模型和反演等是地震波场理论研 究的内容。地震勘探根据对人工激发产生的弹性波在地球中传播的研究来推断地下介质的结构和 岩石的性质，从而达到勘探的目的。1.1 测区自然及交通状况本次地震勘探是此次北戴河实习的第一轮实习，是于 8 月 2 号至 8 月 7 号的六天内进行的。 第一天主要是室内教学以及在基地操场上熟练仪器并进行一致性检查，其后两天在基地附近的铁 道旁进行，最后三天主要用于数据的整理、处理及解释，并与最后一天下午进行了工作汇报。秦皇岛地区位于河北省东北部，市区长 50km，宽 6km，是一个狭长带形滨邻渤海的旅游城 市，北倚燕山，南临渤海，东越长城，与辽宁省绥中县毗邻，地势北高南低，南部为华北平原北 端的滨海冲积平原。 秦皇岛地处华北通往东北的咽喉要道，是连接华北与东北的交通枢纽，陆海空交通极为方便，京 哈，京秦，大秦铁路横贯东西；其港口是我国北方最重要的不冻天然港口，是我国最大的能源输 出港，由秦皇岛码头乘船可直接抵达烟台，青岛，上海等我国沿海城市；高速公路，102 国道，205 国道等各级公路四通八达，乡镇之间交通也非常便利。 鸟瞰秦皇岛地区，表现为北高南低，西高东低，由山地，丘陵，平原和滨浅海四个地带组成，总 体上属于丘陵区。区内主要河流有北戴河，南戴河等入海河流，均为临海小型水系，都是明显的 季节性河流。 该区地属温带半湿润大陆性季风气候，夏无酷暑，冬无严寒，无台风，年均气温 8.9oC10.3oC，年 均降水 654.9mm，工区日照充足，风量较大。秦皇岛海港区是该市政治，经济和文化的中心，山海 关位于海港区东北 20km 处，滨邻渤海，老龙头是万里长城的东端点，天下第一关举世闻名，另外 还有姜女庙，玄阳洞，燕塞湖等名胜古迹。农业主要种植水稻，玉米，小麦和高粱等，产品丰富。 本次地震实习的工区位于基地附近大秦铁路两旁，基地附近的交通图如下所示图一：北戴河实习基地交通概况图精心整理1.2 测区地质及地球物理概况秦皇岛市境内地貌类型多样，山地、丘陵、平原、海岸带从北向南阶梯状分布。地层归属冀 鲁豫地层区、燕辽地层分区，属于华北型地层，区内地层出露相对较全。处于燕山造山带东段， 造山带活跃的内力地质作用使得岩浆岩分布十分广泛，而且岩浆岩活动以多期次和多样性特点。 岩石类型丰富，以中酸性岩类，普遍是中酸性侵入岩（花岗质岩石）为主，基性、超基性岩亦有 发现。实习基地建在海港区和北戴河之间。距离海岸线仅有 500m，本区海岸线长 1264km，其中 20.5km 为基岩海岸，其余为砂质海岸。基岩海岸广泛发育了侵蚀地貌，如侵蚀崖、海蚀阶地、海蚀穴、 海蚀凹槽、海蚀柱、海蚀穹等。砂质海岸主要有台地、沙丘、海堤、泻湖、滩涂等。由于入海河 流较少，海水含盐度相比较高。实习区位于本区的主要构造柳江向斜区内，柳江向斜位于老君顶小傍水崖鸡冠山 一带，近南北延伸，长约 20km，宽约 8km。柳江向斜的地层有新元古代中生代地层组成，何 不地层主要为二叠系，大多被侏罗系不整合覆盖。两翼地层主要为寒武系、奥陶系和石炭系。 地震勘探工区区位于实习站东南边山东堡立交桥下的铁轨两侧，其所在的总体地质情况如下图所示相关地层岩 性第四系土层 石灰岩 辉绿岩 花岗岩 砂页岩表一：实习区相关岩性特征一览表密度（g/cm3）其中地震仪器的操作是十分重要的。本次实习使用的是 RAS24 数字地 震采集系统，RAS-24 数字地震仪(DigitalSeismograph)是一个模块式的 24 通道，高分辨率的地震 仪，主要用于浅层折射和反射的地震测量。 每台 RSA24 数字地震采集仪能同时接收 24 道检波器信息。采样间隔有 0.125、0.25、0.5、1、 2and4ms。在野外用该仪器进行数据采集时，首先，把 RAS24 连接到一台笔记本电脑上，构成一 个折射或反射地震仪；然后把 12 道或 24 道检波器连接到仪器面板上；接着，在电脑上设置数据 采集的各项参数，如采样间隔、记录长度、放炮次数等。因能量在浅地表低速层能量衰减大，为 了使所接收信号能量较强，采用双炮垂直叠加进行数据的采集。最后，放炮开始采集的数据。第二章 野外工作技术设计及工作准备精心整理 折射波法是在距震源较远的位置上，观测来自地下经岩层分界面上滑行后返回的折射波。对于具有多层介质的地层，地震波在地层中传播时在每层介质中的速度不一样，如果某一层的速度 大于它上一层的速度，且入射角达到临 界 角 ，则 会 产 生 折 射 波 ，二 者 的 界 面 为 折 射 面 ，此 时 折 射 波 以 临 界 角 沿 界 面 滑 行 ，以 不 变 的 角 度 返 回 地 面 。折 射 波 的 到 达 时 间 与 折 射 面 的 深 度 有 关 ， 折 射 波 的 时 距 曲 线 接 近 于 直 线 ，其 斜 率 决 定 于 折 射 层 的 波 速 。由 于 折 射 波 要 在 临 界 角 之 后 才 出 现 ，因 此 在 震 源 附 近 观 测 不 到 折 射 波 ，这 个 观 测 不 到 折 射 波 的 区 间 称 为 盲 区 。示 意 图 如 下 图 21 所示。图二：折射波示意图2.1 工作安排本次实习实习历时六天，其中室外实习在大秦铁路的上行线旁进行，在第三天时由于铁道部有关部门出面干预，得到的数据并不完整，现将每天的实习安排罗列如下：时间8月2号上午 下午8月3号上午 下午8月4号上午 下午8月5号上午 下午8月6号上午 下午8月7号上午 下午实习内容 室内教学 熟练性操作、一致性检查 浅层反射 资料整理 浅层折射 资料整理 室内教学 资料整理及解释 绘制图件、分析断层分布 折射资料的处理与解释 编写报告 工作汇报实习地点 室内 操场 铁路旁 室内 铁路旁 室内室内2.2 仪器简介一 RAS-24 数字地震仪 RAS-24 浅层地震仪是美国 Seistronnix 公司生产的全数字地震仪，其特点是：（1）使用方便：基于 WINDOWS 操作系统，点击式界面。可进行折射、带覆盖的二维反射或三维反射；（2） 数据质量的一致性好；（3）减少野外设置时间：利用检波器阻抗、脉冲相似性和电缆漏电测试， 能够很容易的查找到有问题的检波器和断续不通的电缆位置，最大限度的提高效率，避免采集到 不合格数据；（4）可扩展：把 RAS-24 连接到一台笔记本电脑上，就是一台非常轻便的 24 道折 射或反射地震仪，将多台连成，即为一台多道带覆盖的二维分布地震仪；（5）高级系统软件： 可以很清楚的看到爆炸点，覆盖方向，在线的接收道总数和工作道的位置等显示；（6）RAS-24 采用三种接口：包括连接电脑和单个 RAS-24 的接口、连接两个以上的 RAS-24 的 USB 接口和 USB-200 型 USB 接口。RAS-24 数字地震仪如下图所示精心整理 图二：RAS-24 数字地震仪二 Geode 地震仪 GEOMETRICS 公司生产的 Goede96 浅层地震仪相当于四套独立的 24 道浅层地震仪，能满足折、反射地震勘探、井间勘探、面波调查等地震监测需要。应用 Crystal 公司的 A/D 转换器和高速 过采样技术达到了 24 位地震仪的精度。频带从 1.75Hz 到 20,000Hz，采样间隔可以从 20 微秒到 16 毫秒。采集的数据保存在 32 位的叠加器中，然后传回到主机的硬盘上或其他介质上。Geode 包装坚固、防水、防震，有提手，重 4.1 公斤，用 12V 的外接电池可以持续工作 10 个小时。 三 操作流程1. 拉测线，在工区内选择一条测线，将测绳固定在测线上； 2. 布置检波器，检波距均为 1m； 3. 将 24 道检波器与大线连接好，接上电源与铁锤，最后将输出端用网线连接到计算机，便可进行数据采集工作； 4. 启动 geode 的采集控制软件，在计算机中设置采集参数。Acquisition-sampleinterval中设置采样率 0.25ms，记录长度 0.5s。stackoption 中设置叠加方式和叠加次数， preampgains 中设置增益，System-triggeroptions 调节出发灵敏度按数字快捷键 4， 噪声检测窗口，数字快捷键 5 炮点激发窗口，按 1 便可以准备触发（仪器栏为绿色）和 锁定触发（仪器栏为红色）2.3 一致性检查及熟练性操作一 一致性检查用于接收地震波的检波器，必须要保证它们的工作情况良好，检波器出了问题，所有的数据都 是作废的数据。因此在出野外施工之前，必须要检查它们的工作性能，检查是否每个都处于正常 工作状态。仪器一致性检查目的有两点： 1、检波器是否对地震波有明显的反应，若信号强度非常弱、没有信号或噪声信号非常大，工 作中不应该再使用； 2、每个检波器的起跳要达到没有延迟或者延迟达到一致。 进行一致性检验的过程是将 24 个 100HZ 检波器密集地按 6*4 的排列插在操场的硬土上，并按顺序 接在输入仪器的线上（要保证放在地上的接线口没有短路），方便核实检错。然后用绑定有触发 开关的铁锤在约 20m 的地方敲击后在笔记本电脑上的控制软件上采集到地震波数据观察每个检波 器的波形。精心整理 若有不满足条件的检波器，应该立即换一个备用检波器再次重复上述步骤，直到每个检波器起跳时间和波形基本一致为止。整个过程中我们共检查出了两个检波器有问题，并换上了工作状 况正常的检波器。仪器的一致性检验当时保存有数据，但是由于后来仪器操作练习时，文件路径没有更改，故一致 性检验的数据被覆盖，此处无法给出一致性检验的示意图。二 熟练性操作第一天下午，为帮助同学们熟悉地震仪的操作步骤、注意事项及熟练掌握软件应用方法等，两 个大组分别在操场上进行了 RSA-24 和 Geode 两台浅层地震仪器的操作练习。我组使用 Geode 地震仪进行了一致性检验，除了两个检波器出现问题之外，其它检波器均有较 好的一致性。地震勘探的野外工作在方法技术的选择上较为复杂，这是因为地震记录的好坏受多种因素的影 响，随着工区或测线的不同，地震地质条件都将会有很大的变化，因此每到一新工区，在正式生 产之前必须花一定时间进行一些试验性工作。当天下午使用 RSA-24 进行折射波法勘探的实验工作，排列使用 24 道检波器，道间距为 1m， 为第二天铁轨旁的实习做好充分准备。试验结果如下图所示 从图中可以发现前面两幅图中 18 道检波器出现问题，实习过程中多次更换了检波器，结果一样， 故我们推测试由于缆线在 18 道处出现问题。这个问题在接下来两天实习过程中也遇到过，但并 不影响解释工作的进行。2.4 展开排列为了有效地避开面波、声波、直达波和折射波对有效反射波的干扰，可把接收地段选择在尽可 能不受或少受各种干扰波影响的地段，这种最佳接收地段又称为“最佳时窗”。，在最佳时窗内 接收，可避开面波和折射波的干扰，此外，其反射波振幅随炮检距的增大而减小（正常变化）， 相位随炮检距的增大而基本保持不变。可见，最佳时窗的选取关键在于选取接收排列的两个端点， 即选择偏移距和最大炮检距。一般情况下，可通过展开排列法观测试验确定。第二天我组在所有的工作开始之前，在实习站东南面立交桥下铁轨南侧进行了展开排列工作。 两台 Geode 地震仪使用 48 道检波器道间距 1m，使用绑有触发开关的铁锤敲击，炮点在第一个检波 器附近。主要的目的是获得地区整体地质信息，粗略估计盲区半径为 11m 左右。展开小排列采集数据如下图所示： A 为折射波，B 为反射波，C 为声波，中部的大面积扫把形状分布为面波。精心整理05101520253035404500A5050B100100C150150200200250250300300350350400400051015202530354045需要指出的是，当勘探深度较浅，地震地质条件比较单一的情况下，我们可以按最佳时窗技术去考虑观测参数的设计等问题；当勘探深度较大，地震地质条件较复杂时，最好按组合检波和多次覆盖技术去考虑压制干扰以及观测参数选择问题。因为此时目的层深浅相差较大，很难选取甚至不可能选取最佳时窗。展开排列示意图NE65铁轨48-37 道 12m+-电源36-25 道 12mGeod e24-13 道 12m 数据连 接 黄线12-1 道12m 橙线Geode +-电源第三章 浅层折射地震野外工作方法及资料整理解释 3.1 野外工作方法在 本 次 地 震 实 习 过 程 中 ，我 们 采 用 了 追 逐 相 遇 的 观 测 系 统 ，对 折 射 波 进 行 多 次 叠 加 ，震 源 采 用 人 工 震 源 ，同 时 保 证 野 外 的 工 作 人 员 同 意 听 从 操 作 人 员 的 ，这 样 就 保 证 了 地 震 勘 探 快 速高效的进行。精心整理 1测线布置 地震测线的布置主要根据工区地下地质结构以及工区地形而布设。一般测线布置应尽量为直线， 且主测线的方向应垂直地层和构造的走向。此次折射法实习只设置了一条主测线，是沿着大秦铁 路上行方向铺设，走向约为北东 65o。 2观测系统折射波法的观测系统主要有单边观测系统、相遇观测系统、追逐观测系统以及相遇追逐观测 系统等。 此次地震勘探实习中，采用的是相遇追逐观测系统。其示意图如图 22 所示。其优点是可以利用 追逐时距曲线的平行性延长解释区间，判定有无穿透，能较准确的确定时深转换波速。 图 22 相遇追逐观测系统示意图 3激发和接收在激发和接受的过程中有几个主意事项： 首先要保证电极垂直深入土中； 电极和电缆的接法要正确； 敲锤子的时间应当注意不要把导线砸断，同时敲的要有力，以便于得到清晰的折射波； 敲锤子的过程中，电缆旁边的人不应走动和大声喧哗，以防止干扰。4.资料采集 测线和仪器都准备好后设置参数，采样率 0.25ms、记录长度 0.5s、道间距距 1m，边炮叠加次 数为 5，追逐炮叠加次数为 8。 1、放置左边炮，偏移距 0m，5 次叠加后，观察初至折射波和直达波刚好分开时所要求的偏移 距，确定为 11m 左右，为保证接收的第一炮为折射波和保证达到能量强度，确定为 12m，并保存数 据文件。 2、放置左追逐炮，偏移距为 12m，叠加 8 次后，保存数据文件。 3、将炮点移至另一端，和上面步骤类似，放置右边炮，偏移距为 0m，叠加 5 次，确定追逐炮 偏移距为 12m，并保存数据文件。 4、放置右追逐炮，偏移距为 12m，叠加 8 次后，保存数据文件。 5、重新布置检波器，做下一个排列，重复以上步骤。 实习中我们预期做 4 个排列，由于铁道部相关部门人员干预，完成 3 个排列的 70m 距离。回到 实习基地，老师将数据处理后成图如下（一下仅列出 023m 的炮点折射图）左追逐炮左边炮精心整理右边炮右追逐炮3.2 资料整理步骤和解释方法资料的处理由指导老师完成，由于我们所做的折射波资料互换时间 T 相差很大，资料不理想，故进行折射波资料整理与图示时使用的是由老师给出的操场上的折射波图。组内每人做了一个24道排列的处理和解释，利用两个边炮信息和两个追逐炮的波形，我做的是G37、G38、G39、G40点的数据，提取有用信息并计算，过程如下：1、在室内分别读取边炮和追逐炮24道检波器的初至时间；2、时距曲线绘制。在方格纸中绘制 t1t2和追逐跑曲线；3、判断交点，交点到原点的直线斜率的导数为 V1，求取等效速度 Ve1、Ve2,；4、定量解释。计算折射层速度 V2 采用 t0 差数时距曲线法，求取折射面的法线深度 h 和折射 层的波速 V2：1）T 为转换时间；图中读取为 35ms；2）利用 t0(x)=t1(x)+t2(x)T，求取了 t0(x)； 3）利用 (x)=t1(x)t2(x)+T,求取了 (x)； 时距曲线如下 4）将地下反射层面当做水平层来处理，则当 5）利用 h = V 1t0 /1000 = V 1V 2t0 /1000，最终得到深度信息 h(x)。2 cosiV V 22- 221成果图绘于方格纸上，详见附录经查表可得：砂质粘土的地震波速度在250m/s 至900m/s 的范围内，花岗岩的地震波速度约为4500m/s6500m/s。从上图中可以求得出：覆盖层波速度 V1 为 540m/s600m/s。下伏基岩面的速度分为三段从1600m/s 变化到 2800m/s。表明工区上覆表层含细砂质成分居多，含少量粘土，故表层地震波速度较小，位于砂质粘土表层下的折射界面可能是风化了的花岗岩。从 h 图可以看出折射界面有较大的起伏，从 4.5m 变化到 6.5m。第四章 浅层反射地震野外工作方法及资料整理解释反射波法是在靠近震源的不同位置上，观测地震波从震源到不同弹性分界面上反射回地面的 地震波动，研究由不同界面反回来的反射波场，可以解决地下岩层的产状、结构、构造，甚至于 岩性等问题。精心整理4.1 野外工作方法一 测线布置 本轮实习的第三天，我组进行了浅层反射勘探的数据采集，仍然在大秦铁路西北侧做反射波勘探，和前一天测线起点一样，故将测线起点选在和铁轨相同的相对位置，侧线与铁轨平行，走向为 NE65。二 观测系统此次地震勘探实习中，采用的是多次覆盖观测系统。实习中道间距 1m，前 12m 采用 6 次覆盖， 根据公式 s = N （其中 N 为总道数，n 为覆盖次数），可得每激发一次，炮点前移 1m。后 36m 由2n 于受时间限制采用 3 次覆盖，每激发一次炮点前移 2m。三 数据采集测线和仪器都准备好后设置参数，采样率 0.25ms、记录长度 0.5s。由于采用检波器触发，每次激发延迟不相同，故采用自动叠加效果不好，实习中我们采用了 1 个炮点叠加一次做多次观测（一般选 5 次），保存所采集的数据到室内手动叠加，去除了因为延迟而导致的不同相位叠加的影响。1、放置炮点，偏移距 10m，完成 1 次叠加采集后，保存数据文件。2、炮点位置不动，重复 5 次观测，保存数据文件。3、将炮点前移 1m，重复上面步骤并保存各点各次记录的数据文件，做好记录。4、做完 12m 处的反射点后，每次炮点前移 2m，重复以上观测步骤并保存各点各次记录的数据文件，做好记录。5、做完 48m 排列后，更换小组人员进行下一个排列的勘探工作。由于各种原因，我组只进行了 70m 长度的勘探工作，经过老师室内处理，成图如下：铁轨右线反射波勘探时间剖面图铁轨右线反射波勘探深度剖面图4.2 资料整理步骤和解释方法由于我们没有资料处理的软件，这一过程由老师代为完成，我们拿到的是处理过后的资料， 然后对其作出定性的解释。从反射的深度剖面资料我们可以看到在地下存在 3 个较明显的波阻抗分界面，分别在 10m、14m、 17m，界面起伏不大。第五章 二维地震资料解释构造解释主要利用地震波的运动学信息，主要指地震波的反射时间、同相性以及速度等。地 震剖面的对比是反射地震资料解释中的一项重要的基础性工作，对比工作的正确与否将直接影响精心整理 地质成果的可靠程度。 在地震时间剖面或深度剖面上反射层位表现为同相轴的形式，所以在地震 剖面上对反射波的追踪实际上就变为对同相轴的对比。5.1 二维地震资料实习中我们所拿到的是一个二维地震资料，东西、南北走向各 7 条，共 14 条测线。测网布置如下图所示。在测线 N90 和测线E60 的交点处有钻孔资料如下：5.2 实习内容及要求二维资料解释的内 1、波的对比，进踪，分别为 T2、T3、 2、绘制 t0 时间层做出合理的地质 3、绘制构造图。 要求闭合误差5.3 二维资料容如下： 行 4 个层位同相轴的标定与追 T6、T7。 等值性图，对追踪后的层位及断 解释。解释不同时期构造运动之间出现地层的不整合接触，这些不整合面是划分不同构造层的标志，在地 震剖面上根据纵向出现的不整合接触关系，划分出几个构造层。解释方法是利用连井地震剖面。工区在测线 N90 和测线 E60 的交点处有钻井，可做连井测线。 然后依据钻井提供的地质分层资料，由已知速度参数，把深度转换成时间（t0 时间数据已给出）， 与井旁测线的地震时间剖面对比，确定反射层位所对应的地质层位。实习中我组分为两个小队，在对比完有钻井资料的测线 N90 和测线 E60 后，一个小队用测线 E60 的剖面数据追踪 SN 向的各条测