勘查技术方法概论课件

勘查技術方法概論

緒言—主要內容1.物探及其分類2.工程與環境物探的應用範圍3.工程與環境物探的特點4.工程與環境物探的主要方法及其發展物探及其分類工程與環境物探：地球物理勘探在工程、水文及環境地質工作中的一個應用分支。地球物理勘探:

通過觀察和研究各種地球物理場的變化來解決地址問題的一種勘查方法。地球物理場:

指存在於地球內部及其周圍的、具有物理作用的物質空間。物探及其分類地球物理場:

重力場：地球內部及其周圍具有重力作用的物質空間；電（磁）場：天然或人工建立的具有電（磁）力作用的物質空間；彈性波場：質點振動傳播的物質空間。物探及其分類地球物理異常：組成地殼的不同岩土介質往往在密度、彈性、電性、磁性、放射性及導熱性方面存在差異，這差異將會引起相應的地球物理場在空間（或時間）上的局部變化。物探及其分類物探方法的特點：憑藉儀器對地質構造或岩土介質引起的地球物理異常進行觀測，而不是直接觀測地質構造或岩土介質本身，是一種間接的手段。比鑽探等其他直接的地質勘查手段具有無損、快速、經濟的優點，已被各系統各部門廣泛採用物探及其分類根據所研究的地球物理場的不同，物探方法通常可分以下幾大類：

1.地震勘探和聲波探測；

2.電法勘探；

3.重力勘探；

4.磁法勘探；

5.核地球物理勘探；

6.地熱勘探。物探及其分類地球物理場的探測範圍十分廣闊，就工作環境而言，又可將物探分為：

1.地面物探；

2.航空物探；

3.海洋物探；

4.地下物探；物探及其分類按照不同的工作目的和應用範圍，人們習慣於將物探方法歸類為：

1.金屬（及非金屬）物探；

2.石油（天然氣）物探；

3.煤田物探；

4.工程及環境物探；

5.深部物探；物探及其分類上述三種分類中的後兩種都是以第一種分類方法中的某幾種方法為主的組合，例如：航空物探主要包括磁法、電法和核物探；石油物探以地震法為主，其次是重力法、磁法和電法。物探及其分類物探的應用受到一定的地質及地球物理條件的限制，主要指：

1.探測對象與周圍岩石間必須具有明顯的，可以探測到的物理性質上的差異，或物質分佈的不均勻；

2.探測對象要有一定的規模，且埋藏不太深，足以產生儀器可以發現和圈定的地球物理異常；

3.各種干擾因素產生的干擾場相對異常應足夠弱，或具有不同的特徵，以便能夠予以分辨或消除。物探及其分類物探異常的多解性：對同一個地球物理異常的解釋可以有互不相同甚至截然相反的結論。造成多解性的原因很多，有數學上解的不穩定性、觀測誤差、干擾因素等。但最根本的原因還是地球深部的不可入性所帶來的觀測數據中“資訊量”不足，這些問題目前還沒有找到切實有效的解決辦法。工程與環境物探的應用範圍工程與環境物探主要是用於研究工程地質、水文地質及環境地質有關問題的一套勘查地球物理方法，主要應用於以下方面：（1）區域性地質調查；（2）工程地質環境調查；（3）工程施工或巷道掘進過程中的的超前預測（4）工程施工品質及工程現狀的檢測；（5）環境地質方面；（6）水資源的調查；（7）考古及文物保護方面的調查。工程與環境物探的特點工程及環境物探通常有以下特點：（1）大部分的對象是淺、小的物體，探查深度從幾十釐米到幾十米，要求探查的解析度高、定量解釋精度高；（2）不僅要求搞清探查對象的分佈規律，還往往要求探查單個對象（如溶洞）的空間位置；（3）與工程及環境地質工作結合緊密，探查資料往往用於設計或施工，時間上銜接緊，這常使得探測結論能及時得到驗證和回饋，對工作結論要高；（4）探查對象複雜。工程與環境物探的主要方法及其發展彈性波法：折射波法淺層橫波反射法反射波法連續剖面法淺地層剖面法聲波法面波勘探鑽孔透射CT

跨孔法工程與環境物探的主要方法及其發展電法：直流電法：電測深電剖面法高密度電法

激發極化法：時間域法頻率域法

電磁法：甚低頻法音頻大地電場法頻率測深多頻地面電磁法瞬變電磁法探地雷達

工程與環境物探的主要方法及其發展核物探：

γ測量

α卡法

α杯法氡氣測量其他方法：高精度磁測高精度重力測量遙感遠紅外攝影和攝像測井以及靜力觸探與物探測井技術結合第1篇地震勘探地震勘探：研究人工激發的地震（彈性）波在淺層岩、土介質中的傳播規律。

波傳播的動態特徵的兩方面：運動學特徵：波傳播的時間與空間的關係；動力學特徵：波傳播中其振幅、頻率、相位等的變化規律。1地震波動力學1.1彈性理論基礎

1.2縱波與橫波

1.3地震波的傳播

1.4地震面波

1.5地震波的繞射

1.6反射地震記錄道的形成

1.7地震勘探的地質基礎1.1彈性波理論基礎1.1.1理想介質和粘彈性介質

理想介質：完全彈性體，外力取消後，能夠立即完全地恢復為原來狀態的物體。

粘彈性介質：塑性體，外力去掉後，仍保持其受外力時的形態。1.1彈性波理論基礎1.1.1應力、應變與彈性常數

應力：法向應力，切應力1.1彈性波理論基礎1.1.1應力、應變與彈性常數

應變：線應變體應變切應變轉動1.1彈性波理論基礎彈性常數

胡克定律：f=-kx

拉梅常數：λ和μ

楊氏模量E

泊松比σ

體積壓縮模量K1.2縱波與橫波1.2.1波動方程

縱波：脹縮力作用下產生由體變係數θ決定的介質體積相對脹縮的擾動；

橫波：在旋轉外力作用下產生由向量ω決定的角度轉動的擾動

1.2縱波與橫波縱波與橫波的特點1.2縱波與橫波橫波的傳播特徵1.2縱波與橫波1.2.2振動圖和波剖面

波的相位、波的振幅、視週期、視頻率、視波長、波數1.2縱波與橫波球面波傳播與縱波傳播1.2縱波與橫波球面波的質點位移1.2縱波與橫波1.2.3地震波的頻譜

地震子波振幅譜相位譜傅立葉正變換傅立葉反變換1.2縱波與橫波1.2.4地震波的能量、吸收與衰減

地震波的能量與球面擴散

1.2縱波與橫波1.2.4地震波的能量、吸收與衰減

波的吸收衰減

1.3地震波的傳播

2．費馬原理費馬原理表明，地震波沿射線傳播的旅行時和沿其他任何路徑傳播的旅行時相比為最小，亦波是沿旅行時間最小的路徑傳播(最小時間原理)的。在時間場內，將時間相同的值連起來，組成等時面，等時面與射線成正交關係。1.3.3球面波的反射和透射以及首波的形成

折射波形成的條件:下層介質的速度大於上層介質的速度，實際工作中折射介面比反射介面少得多。

下麵根據惠更斯原理來討論折射波的傳播方向折射線和介面法線的夾角為i´，從下圖可以看出：（1.3.14）折射波的形成與傳播1.4地震面波1.4.1瑞雷面波的傳播特點

1.5地震波的繞射1.5.1繞射

1.5.2橫向解析度

廣義繞射理論說明，地面上某點O（自激自收點）的能量都是地下介面上每一繞射點對它“貢獻”的結果，問題是每一個點的“貢獻”都是等量的嗎？理論和實踐證明它們不是等量的並且有一個確定的範圍。分析認為在地面O點觀測到的波的能量主要是由該範圍內的繞射點形成的繞射波對該觀測點的“貢獻”。這個帶我們稱為菲涅爾帶。影響地震波速度的因素：1．岩土介質的密度一般情況下，岩石越緻密，波速越高，

1.7地震勘探的地質基礎

不同岩石的密度與速度的關係曲線2.同樣岩性的岩土介質，當孔隙度大時，其速度值相對變小。

孔隙度和速度的關係曲線

3．地層埋深和地質年代一般情況下岩石埋藏得越深，反映它們的年代越老，承受上覆地層壓力的時間長、強度大，這就是所謂的壓實作用。因此同樣岩性的岩石，埋藏深、時代老的要比埋藏淺、時代新的岩石速度更大。

岩性和彈性常數

1.7.2淺層地震地質條件地震勘探的效果在很大程度上取決於工作地區是否具有應用地震勘探的前提，也就是工區的地震地質條件。在淺層地震勘探中，其地震地質條件主要是指淺部岩土介質的性質和地質特徵，以及地表的各種影響因素。可從以下幾個方面來討論。1．疏鬆覆蓋層2．潛水面和含水層3．地質剖面的均勻性1.疏鬆覆蓋層

疏鬆覆蓋層的特徵： 其與下伏基岩層之間存在明顯的速度分界面，是折射法探測基岩介面的前提條件； “低速帶”對反射法的影響：使反射波走時產生“滯後”現象；產生多次反射；多次波類型示意圖

2.潛水面和含水層（aquifer)

當疏鬆的覆蓋層或風化帶飽含地下水時,其波速將會明顯地增大。因此當潛水面位於疏鬆的‘低速帶’中時，則會形成明顯的波速介面，從而改變了疏鬆低速帶的性質，使淺層地震探測到的表層低速帶只是地下水面以上的疏鬆層，而不是地質岩性上的疏鬆層。一般地層含水的影響不會象疏鬆層那樣明顯。此外，實踐表明當激震點位於潛水面以下激發時，所產生的地震波頻率成份比較豐富，能量也較強，易於獲得較好的效果。因此潛水面離地表較近是淺層地震勘探的有利條件。

3.地質剖面的均勻性淺層地質剖面的縱向或橫向的不均勻性和不穩定性都將影響地震波傳播的速度或走時,給地震工作帶來困難。

4．地震介面和地質介面的差異

地震介面是指地震波傳播時與波速變化有關的波阻抗差異介面（物理介面），而地質介面是岩性不同或時代不同的介面（與波速無關，即使波速大致相同的地層，只要地質學的記述不同，也認為是屬於兩個地層）。對地震工程而言，從動力學的觀點—--按彈性波速劃分地層，應該說更為合理。

5.“地震標誌層”的確定

在較大範圍內進行地震勘探工作，或作長地震剖面時，為了連接全區的地層和查明構造形態的變化，需要在測區內確定一個易於追蹤的“地震標緻層”，以此作為對比連接全區地層的標誌。基本要求：必須在較大範圍內分佈穩定，且具有較明顯的地震波運動學和動力學特徵。一般要求其與地質層一致。2地震波運動學

地震勘探的基本任務之一是確定地下的地質構造，解決該任務主要是利用波的運動學特性，即研究地震波在傳播過程中波前的空間位置與其傳播時間之間的幾何關係，這種關係可用時間場來描述.正演問題：給定地下介面的產狀要素和速度參數等，求各種波（包括直達波、折射波和反射波等）的時間場反演問題：根據實際獲得的時間場求取地下介面的幾何形態和運動學參數等。時距曲線：測線上各接收點座標與波至時間的關係曲線2.1直達波與折射波時距曲線2.1.1直達波時距曲線直達波即是從震源點出發不經反射或折射以地表速度直接傳播到各接收點的地震波。當震源位於地表附近，並採用縱測線觀測時，其時距曲線方程為：傾斜介面折射波時距曲線（1）上傾與下傾方向時距曲線斜率不同,其視速度不同,上傾方向視速度大於下傾方向的視速度。（2）上傾與下傾方向觀測到的初至區距離和盲區大小不同，在下傾方向接收時，初至區距離和盲區較小，截距時間也要小些。在上傾方向接收時，初至區距離和盲區要大些，截距時間也要大些。據此可以判斷介面的傾向。2.傾斜折射層4.彎曲介面的折射波時距曲線時距曲線與介面的彎曲形狀成鏡象對稱為了識別穿透現象，我們可採取追逐觀測，即接收地段不變，激發點位置改變，這樣可以得到二支時距曲線，稱追逐時距曲線。對折射波來說，追逐時距曲線是彼此平行的，而存在穿透現象時追逐時距曲線則不平行。2.2.1單一傾斜介面1.繞射波地層介質中可能的繞射點：斷層的棱角點、地層尖滅點、不整合面的突起點或侵入體邊緣等岩石物性顯著變化的地方。波的旅行時繞射波的走時由兩部分組成：（1）入射波到達A點所需時間（2）繞射波從A點到達D點所需時間繞射波傳播的總時間t為：繞射波及其時距曲線2.4繞射波和多次反射波時距曲線2.多次反射波時距曲線當地下存在強波阻抗介面時（如在水域開展調查時的水底介面、淺層基岩面等),往往能夠產生多次反射波。多次反射波可分為全程多次波和層間多次波等，在地震記錄上出現得最多、也比較容易識別的是全程多次反射波。形成二次反射波1.淺層地震儀（seismograph）

地震儀是將檢波器輸出的信號進行放大、顯示並記錄下來的專門儀器，一般都具有濾波、放大、信號疊加、高精度計時以及數字記錄和微機處理等功能。我國目前常用的淺層地震儀多為12道或24道。淺層地震儀3工程地震勘探儀器設備簡介檢波器（左）實質性元件圖解（右）動圈檢波器的一半3.2.1

檢波器檢波器又稱拾震器,是安置在地面、水中或井下以拾取大地振動的地震探測器或接收器，它實質是將機械振動轉換為電信號的一種感測器。現代地震檢波器幾乎完全是動圈電磁式(用於陸地工作）和壓電式(用於海洋和沼澤工作)的。這裏只介紹接收縱波的垂直檢波器。CDJ-Z4-100赫垂直檢波器CDJ-P4-100赫水準檢波器

淺震儀及其野外工作佈置CFS-2A型可控震源4.1資料採集

4地震反射波法主要任務是獲取第一手實際觀測資料，為地震數據處理和解釋提供物質基礎。其採集資料的好壞將直接影響到資料處理的品質和解釋的精度，關係到地質成果的優劣，因此，它是地震勘探工作中重要的環節之一反射地震勘探資料采集現場波動傳播和界面關係示意圖4.1.1有效波與干擾波有效波：可用於解決所提出的地質任務的波干擾波：所有妨礙有效波識別和追蹤的其他波。由此可見，在反射縱波法勘探中，一般只有反射縱波是有效波，其他波屬於干擾範疇．根據各種環境、激發以及傳播因素產生的干擾的動力學和運動學特點，將干擾波分為兩類，（1）規則干擾波，（2）不規則干擾波。干擾波主要特點：1．規則干擾波規則干擾波主要有：聲波、面波、工業電干擾、多次反射波、側面波以及繞射波等。其主要特點為在時間或空間上表現出一定的規律性，能量一般較強。與有效波的差異主要表現在頻率、視速度和到達時間三個方面。2．不規則干擾波它主要包括微震（即與激發震源無關的地面擾動），低頻和高頻背景等。其主要特點是在時間和空間上表現出無規律性，即是一種隨機的能量較強、頻率不定的干擾。淺層地震波的頻率譜（a），視波長譜（b）和視速度譜（c）頻率譜視波長譜視速度譜應考慮：工作任務、探測對象、前期地質工作和物探工作。測線佈置原則：(1)測線最好為直線。其切面為一平面，所反映的構造形態較真實。(2)主測線垂直岩層或構造走向。目的：控制構造形態，利於資料分析與解釋。(3)儘量與其它物探線一致（或過鑽孔）。便於綜合分析解釋。(4)疏密程度應據地質任務、探測對象大小及複雜程度等因素確定。(5)應盡可能避開地形起伏較大和地物障礙等線路，力求以最少的工作量來解決地質問題。(6)測線佈置應盡可能遠離非地震干擾源。4.1.2測線佈置和觀測系統4.1.2.1測線佈置圖1.4.3“王”字形測線工作中：作輔助測線佈置，解決一些特殊問題（如探測洞穴、古墓、古河床等），彌補縱測線的不足。測線佈置形式1.接收點、激發點在同一直線上。工作中：多使用縱測線。處理、分析、解釋方便。2.非縱測線

幾種測線形式接收、激發點不在同一測線上。非縱測線：橫測線、側測線、弧形測線。1.道間距

定義：相鄰兩道檢波器的間距，用△X表示。

工作中：調查目的不同，△X不一樣。一般，道間距小，測量精度高，綜合確定。

淺折：5m，10m；淺反：2～5m。有時為求准表層速度：震源附近加密點，構成不等間距排列。2.排列長度

顯然，道間距大，排列長度大，工作效率高。不宜太大，相位追蹤對比困難，遠處能量衰減大。

4.1.2.2觀測系統觀測系統的概念定義：激發點與接收排列的相對位置關係。一般以縱測線觀測為主。定義：離開炮點最遠的檢波點與炮點的距離，用Xmax表示。與探測深度有密切關係。折射：目的層深度的5～7倍；反射：目的層深度的0.7～1.5倍。3.偏移距定義：炮點離最近一個檢波器的距離，用X1表示。工作中：端點不設檢波器。一般為道間距的整數倍。4.最大炮檢距1．綜合平面圖示法如圖1.4.4所示，它是目前生產中最常用的觀測系統圖示方法。它從分佈在測線上的各激發點出發，向兩側作與測線成45

角的直線座標網，將測線上對應的接收排列投影到該45

角的斜線上，並用顏色或加粗線標出對應線段。圖1.4.4用綜合平面圖表示觀測系統4．多次覆蓋觀測系統為了壓制多次反射波之類的特殊干擾波，提高地震記錄信噪比，採取有規律地同時移動激發點與接收排列，對地下介面反射點多次重複採樣的觀測形式叫多次覆蓋觀測系統。

D’DO64O58O412O316O220O1244.1.3地震波的激發與接收埋藏條件的選擇，由圖可見：1-最好耦合，埋置在挖過的地表裏；2-好的耦合，埋置在挖過的地表裏，相位畸變較小；3-較好的耦合，埋置在粗掃過的地表裏，振幅有衰減，相位畸變中等；4-壞的耦合，埋置在沒做任何處理的地表，振幅衰減和相位畸變均較大。P波（縱波）的激發，對震源的要求：①激發力要豎直向下。②激發裝置或藥包與大地耦合要好。為提高勘探的解析度，希望激發信號的頻帶寬，主頻高SH波（橫波）的激發與接收：接收：接收方式和要求基本與P波相同，唯一不同的是採用水準檢波器接收對震源的要求：1）激發力與地面水平，且垂

直於測線。2）激發裝置或藥包與大地耦

合要好。4.1.4.3最佳接收段問題最佳接收地段又稱為“最佳時窗”。在最佳時窗內接收，可避開面波和折射波的干擾，此外，其反射波振幅隨炮檢距的增大而減小，相位隨炮檢距的增大而基本保持不變。可見。最佳時窗的選取關鍵在於選取接收排列的兩個端點。即選擇偏移距和最大炮檢距。

圖1.4.15(a)相對振幅曲線(b)相位曲線圖1.4.15給出了該模型的反射波振幅和相位隨炮檢距變化的曲線圖。由圖可見，在最佳時窗內接收，可避開面波和折射波的干擾，此外，其反射波振幅隨炮檢距的增大而減小(正常變化)，相位隨炮檢距的增大而基本保持不變

淺震試驗記錄右圖為單次覆蓋的淺震試驗波形記錄,在該記錄上可以看到清晰的聲波、面波、直達波、反射波的同相軸(event)分佈。從這張記錄上能較容易地識別出反射波，說明其工作條件良好，易於選定最佳接收窗口。反射波聲波面波4.2資料處理地震資料數字處理是指用電腦對採集的原始資料進行以壓制干擾，提高信噪比和解析度，提取地震參數為目的的一整套處理方法和技術。它可為資料解釋提供反映地下結構和岩性等的地震剖面和參數。

淺層反射波資料的處理系統介紹（1）數據資料的輸入和顯示；（2）切除：頂部切除，底部切除；（3）靜校正；（4）頻譜分析；（5）抽道集、動校正和水準疊加；（6）速度分析；（7）數值濾波；（8）偏移處理；（9）時深轉換。圖1.4.19二維反射縱波多次覆蓋資料處理流程圖

T50T46XT46ZT46ST464.2.2頻譜分析

所謂頻譜(振幅譜)表示波的能量相對頻率的變化規律。頻譜分析的目的在於瞭解有效波和干擾波的頻譜分佈範圍，以便選取合適的頻率濾波器，壓制干擾波，突出有效波，提高記錄的信噪比。此外還為進行岩性岩相解釋等提供參數。1、頻譜分析公式

地震信號在頻率域和時間域中表示為:處理時,必須對數據進行離散。對X(t)按△t時間間隔採樣，共有N個離散值；對X(f)按△f頻率間隔採樣，共有M個離散值。則：

式中：m、n均為整數。m=0,1,…M-1；n=0,1,…N-1。

n△t=T為頻譜分析的時窗長度。

濾波:一個原始信號通過某一裝置後變為一個新信號的過程。原始信號――輸入;

新信號――輸出;

裝置――濾波器。4.2.3數字濾波處理1.濾波器的概念

據濾波器定義：易理解大地就相當於一個濾波器，它吸收了信號中的高頻成分，只讓低頻成分通過，對波形進行了改造，這個過程就是濾波。

就大地濾波過程來說：激發地震波――輸入信號，用X(t)表示；大地――濾波器，用H(t)表示；地表的波動――輸出信號，用Y(t)表示。(1)頻率回應：濾波器對信號頻率的影響。表示，也叫做頻率函數或傳遞函數。

(2)脈衝回應：濾波器對信號波形的影響。表示，也叫做時間函數或濾波因數。2.濾波器的回應特性定義：從輸入、輸出間關係定義出的濾波器特性。輸入為單位脈衝→濾波器→

輸入為

→濾波器→求兩個回應方法：濾器可通過兩種方式實現：時間域：可用輸入信號與濾波器的脈衝回應的褶積(2)頻率域：可用輸入信號的頻譜X(f)與濾波器的頻率回應函數H(f)的乘積

在兩個域中表示的濾波機理可歸結為：時間域：頻率域：

3.濾波機理

用電腦處理地震資料時，對連續信號要離散取樣，對連續信號濾波處理也可以通過對離散信號的濾波來實現。

定義：利用有效波和干擾波在頻率上的差異來壓制干擾波、突出有效波的方法。由於其信號以及濾波因數都是單變數的函數，因此頻率濾波又稱一維濾波。4.2.3.2一維頻率濾波(1)理想低通濾波器記錄頻譜中：低頻有效波，高頻干擾波。數學模型：

1.理想濾波器

地震記錄中：干擾波出現在頻譜兩端，有效波位於頻譜中間。數學模型：(2)理想帶通濾波器圖1.4.25理想帶通濾波器的頻率回應

根據S△(f)和N△(f)的特點設計頻率濾波器的頻率回應，據有效波與干擾波的頻譜差異設計濾波器的頻率回應函數。

（1）

確定有效波和干擾波的頻譜範圍，對地震記錄X(n△t)進行傅氏變換，求出地震記錄的頻譜X△(f),確定有效波和干擾波的頻譜S△(f)和N△(f)範圍(2)設計頻率濾波器(3)進行濾波計算

對地震記錄道X(n△t)進行濾波，相當於令X(n△t)的譜X△(f)同濾波器的頻率函數相乘，相乘後可得到期望的輸出信號△(f)2.頻率濾波的實現

在對實際的淺震資料進行頻率濾波時，一般應按以下幾個步驟進行：顯然，經相乘運算後，得到的輸出信號壓制了高、低頻的干擾。(4)輸出濾波後的地震記錄

對輸出信號的頻譜進行傅氏反變換，便得到濾波後的地震記錄。頻率濾波的整個過程可以歸結為下麵的數學運算：→→五、靜校正地震勘探的基本理論前提：以地面為水平面、近地表介質均勻。實際情況：地形起伏不平、地表介質不均，速度變化大，震源深度不一。地震資料處理技術要求：地形水準，炮點、接收點在同一水準面上，低速帶均勻。表層因素的校正，即靜校正。靜校正一般分為野外(一次)靜校正和剩餘靜校正等.

利用野外實測的表層資料直接進行的靜校正。又稱基準面校正。1、野外(一次)靜校正定義：基本思想：

人為選定一個靜校正基準面，一般在地表與低速帶底介面的中部。將所有炮點和檢波點都校正到該基準面上，用低速帶層以下的速度代替低速帶的速度，從而去掉表層因素的影響，以滿足地表水平、表層介質均勻的假設條件。井深校正、地形校正、低速帶校正。包括：(1)井深校正定義：將井中炮點的位置校正到地面Oj點，校正量為：

野外(一次)靜校正量計算示意圖

1.基準面；2.地形線3.基岩頂面

4.反射介面O—炮點Sj—接收點因為井深校正總是向時間增大的方向校正，故此式前面取負號。

影響地震時間剖面的品質；影響層速度及平均速度的計算精度。

4.2.5速度分析

速度參數在反射法數據處理至關重要。最終影響到地質解釋的精度目的：第一：為水準疊加、偏移等提供處理的速度參數；第二：為時深轉換提供平均速度。速度分析常採用：速度譜分析，速度掃描。獲得地震波速度的途經通常有以下幾種：（1）地震測井或聲波測井；（2）折射法求取；（3）利用地震反射資料作速度分析。4.2.5.3各種速度的概念及相互關係1．各種速度的概念及計算1）真速度：是無限小體積岩石所固有的性質，波以該速度走過無限小體積的岩石。其定義可用微分式2）層速度：地下介質由若干個平行的地震層所組成。此時，將每一個地震層看作為一種均勻介質，取其中各分層真速度的平均

3）平均速度：在水準層狀介質中，取垂直於層理的射線段長度與該長度內波傳播時間之比為平均速度4）均方根速度：在水準層狀介質中，取各層層速度對垂直傳播時間的均方根值就是均方根速度5）射線速度：在水準層狀介質中，波沿某一條射線傳播時，它傳播的總路徑與總時間之比就是射線速度時深轉換由於通過水準疊加或偏移等處理得出的地震剖面，其縱坐標是以時間來表示的，所以稱之為時間剖面。可以定性地反映出反射介面的輪廓，但介面的確切深度和產狀還和速度參數密切相關。為此，必須輸入相應的速度參數，並逐次計算出各反射介面的深度，將時間剖面轉換為深度剖面，以便更好地進行地質解釋。4.3資料解釋及應用地震時間剖面實例4.3.1層位標定1.反射波的識別（1）同相性：在地震記錄上，相同相位的連線叫做同相軸，來自同一界面的反射波相同波峰相位的連線與相應的反射介面段的形態相似（2）強振幅特性：來自反射介面的反射波具有顯著增強的特徵（3）波形相似性：同一介面的反射波在相鄰地震道上波形相似（包括視週期、相位個數、振幅等）2.標準反射層地質屬性的確定：（1）利用連井地震剖面（2）利用層速度資料，（3）利用鑽井和測井資料，（4）利用鄰區鑽井資料或已知地震層位對比，（5）利用區域地質資料和其他物探資料推斷

層位的閉合測線閉合圈對比

1．背斜在水準疊加剖面上的幾何形態特徵。

①平緩背斜，深度剖面與水準疊加時間剖面上相似，範圍稍寬，背斜頂部位置一致（圖a）。

②曲率大的背斜，水準疊加時間剖面比實際範圍寬得多(圖b）。

③對寬度與曲率相同但深度不同的平行背斜，水準疊加剖面上，隨深度加大，隆起範圍加大（圖c）。4.3.3各種地質現象在地震剖面上的特徵及解釋

對於曲率相同，深度不同的凹介面，隨著深度的加大將出現不同的反射特徵：淺層為平緩收縮型；中層為聚焦型；深層為回轉型；如圖2-8向斜在時間剖面上的特徵4.3.3.2斷層的特徵和解釋1．水準地層中的斷層圖1.4.68（a）是水準地層出現的斷面直立的斷層，這時水準疊加剖面的形態與實際模型基本一致，只是斷棱處可能出現繞射波。當斷面傾斜時，斷面反射要向其下傾方向偏移（圖1.4.68(b)、(c)）。4.3.5地層構造的剖面解釋

三維地震資料解釋一.三維顯示經過三維偏移的數據體，沒有繞射波、側面波等干擾，信噪比、可信度及解析度都很高；已基本上與地質體近於等價。將三維數據體輸入電腦內建立資料庫，有多種顯示方案。顯示可分為兩大類：穿過數據體的二維切片顯示和數據體本身的立體顯示。

（1）切片顯示三維數據體可被垂直地或水準地切割出各種二維剖面。a．任意方向的垂直切片剖面LINE868地震剖面（解釋後）LINE868地震解釋剖面中斷點LINE8685地震折射波法

地震折射波法是一種簡便經濟的勘探方法，在精度要求不高的情況下，它可為工程地質提供

1.淺層地層起伏變化

2.速度橫向變化資料

3.潛水面的變化資料，

4.表層速度和低速帶起伏變化資料（用於反射波法勘探靜校正）。5.1資料採集5.1.1折射波法的觀測系統1.折射波法完整對比觀測系統追蹤單一介面；追蹤多層介面2.不完整對比觀測系統圖1.5.4扇形觀測系統3．非縱測線觀測系統鹽丘的波速高於圍岩，凡經過鹽丘的折射波到達地面觀測點的正常時間都比沒有經過鹽丘的折射波要早，即超前，根據重疊的扇形排列觀測系統發現的超前，可以圈出高速波的地質體5.1.2激發與接收1．激發折射波的激發方式與反射波法基本一致，對於工程地震勘探而言，最常用的就是錘擊和炸藥震源兩種2．接收折射波的接收與反射波法相比，略有不同。主要有：①觀測系統。應取得直達波資料；考慮到折射波的盲區，炮點與接收排列之間有一定的偏移距（經驗公式：目的層深度的兩倍）。②道和道距：折射波法勘探中一般採用單個檢波器作為一道接收，而不搞組合檢波，其主要原因就是它不需要考慮壓制面波干擾問題，因為目前所考慮的折射波僅僅只是首波，即是最先到達的波。5.2資料處理解釋資料處理和解釋（1）地震記錄進行波的對比分析，從中識別並提取有效波的初至時間、繪製相應的時距曲線；（2）選取相應的方法進行解釋工作。定性解釋根據已知的地質情況和時距曲線特徵，判別地下折射介面的數量及其大致產狀，是否有斷層或其他局部地質體存在等，為選定定量解釋方法提供依據。定量解釋：根據定性解釋的結果選用相應的數學方法或作圖方法求取各折射面的埋深和形態參數。定性與定量解釋是一相互交替和重複的過程。根據最終的解釋結果構制推斷地質圖等成果圖件，並編寫成果報告。

折射波法資料處理解釋系統流程框圖折射波時距曲線的繪製要進行定量解釋，必須先繪製時距曲線。時距曲線的檢查(1)互換時間的相等性如圖(a)所示。(2)時距曲線的平行性如圖(b)所示。(3)動力學標誌根據振幅、頻率及波形的變化是判斷一個新波到達的重要判據。5.2.2.1常見地質構造現象的時距曲線1．透鏡體和尖滅層的折射波時距曲線2．直立構造的折射波時距曲線2．直立構造的折射波時距曲線當兩側時距曲線的“脫節”時間∆t清晰時，可求出階梯的高∆h。5.2.2.2單支時距曲線的解釋t0

法求折射界面示意圖（1.5.7）定義互換時為T：(1.5.8)2.相遇時距曲線的t0法

方法原理：剖面上任取一點D，則在兩條時距曲線上可分別得到其對應的走時t1

和t2

t0(x)=t1+t2-T=t1-△t(x)=t1–t2+T=t1+△t如何構制

（x）曲線？由t0(x)及

（x）的運算式得:由此可知:t0(x)與

（x）曲線關於t1

對稱。實測折射波時距曲線及其解釋結果應用實例介紹1：地劃分出潛水面和基岩介面圖為青海某地的一個實測剖面，採用多重相遇觀測系統，道間距10m，經時距曲線繪製和常規解釋後，較好地劃分出潛水面和基岩介面。圖為福建省福寧高速公路某隧道折射波法地震剖面解釋圖。縱測線折射波法地震剖面解釋圖應用實例介紹2：探測風化層厚度及隱伏地質構造該工區地表為凝灰岩強風化或全風化產物，波速V3≤3000m/s；基岩為凝灰岩，波速V3≥3800m/s。風化層與基岩之間存在著較大的波速差異，其介面是一個良好的折射面，有利於折射波法工作的開展。工作時採用追逐相遇觀測系統，道間距△X=2m，偏移距Xmin=46m，排列長度L=46m；定量解釋採用t0差數時距曲線法，有效速度Ve用交點法求得。從解釋圖上可看出，採用折射波法能較好地解決隧道風化層厚度及隱伏地質構造探測等地質問題。地震解釋圖剖面圖

此區表層江水波速為V1=1450-1500m/s；水下砂礫石層波速V2=1500-2500m/s；基岩為白堊系礫岩或砂岩，砂岩波速V3≥2900m/s，礫岩波速V3=5000-5800m/s。由於基岩面是一個良好的折射面且起伏不大，地震地質條件較好。由圖中明顯看出，測線中部基岩隆起，右側有深槽，後經鑽孔和全線施工開挖證明，精度較好。應用實例介紹3：測定覆蓋層厚度及基岩面高程圖為葛洲壩水利樞紐圍堰測區的一條地震解釋剖面圖。應用實例介紹4：探測構造破碎帶

由於構造破碎帶內的物質膠結較鬆散，波速低，因此，地質上的破碎帶往往都是地震上的低速帶。低速帶會使波傳播在時間上產生滯後，且使能量衰減、頻率變低。因此，可據記錄上折射波能量的衰減及頻率的變化情況與時距曲線上波速特徵來判斷破碎帶的存在和位置。由圖中可見：測線中段樁號45-70m範圍內的基岩波速(2000m/s)與兩側的基岩波速(4000m/s)有明顯差異，此範圍的低速異常與波形記錄上樁號70m附近有效波振幅的明顯衰減一致，因而推斷出這一段為構造破碎帶的位置。圖為某水庫選擇壩址進行淺層折射勘探的一個實例。6地震透射波法

工程地震勘探中，透射波法主要用於

1.地震測井（地面與井之間的透射）

2.地面與地面之間凸起介質體的勘查

3.井與井之間地層介質體的勘查。地質目的不同，所採用的方法手段也不同。但從原理上講，均是採用透射波理論，利用波傳播的初至時間，反演表徵岩土介質的岩性、物性等特性以及差異的速度場，為工程地質以及地震工程等提供基礎資料或直接解決其問題。6.1地面與井的透射井口附近激發，井中不同深度上接收透射波或反之的地震工作稱為地震測井。6.1.1透射波垂直時距曲線

圖1.6.1地震測井6.1.2資料採集1．儀器設備圖1.6.4地震測井的各種方法激發：（1）地面激發：常用的激發方式包括：錘擊落重叩板（橫向擊板）炸藥等方式（2）井中激發：激發震源主要為：炸藥震源電火花震源機械振動震源圖1.6.3鑽孔橫波錘結構圖3接收1．井下檢波器井下檢波器的功能：拾取地震波引起的井壁振動，並轉換為電信號，通過電纜送給地面記錄系統。為了使井下檢波器與井壁耦合效果好，常在檢波器上設計一推靠裝置。常見的推靠裝置有氣囊式，固定的弓形彈簧式，可收縮的液壓或電動式（單臂或雙臂）圖1.6.4地震PS測井示意圖6.1.3資料的處理解釋1）初至拾取2）井源距校正

3）成圖把垂直時距曲線、層速度曲線（和平均速度曲線）繪在一張圖上，這種圖叫做綜合速度柱狀剖面圖。1.跨孔法

跨孔法可以用來測量鑽孔之間岩體縱、橫波的傳播速度、彈性模量及衰減係數等，這些參數可用於岩體質量的評價。

6.2井間的透射圖1.6.10跨孔法示意圖2．透射CT成像技術

鑽孔CT測量布置示意圖m.跨孔CT成像的實例成果

某電站壩基CT測量速度等值線圖等值線間隔為200米/秒，該圖表示了橫穿河床底部斷面的基岩速度分佈情況。混凝土澆鑄質量超聲CT檢測結果6.3地面凸起介質的透射對於地面凸起介質的勘查思路與井間透射法思路基本一致，但激發和接收所需的儀器設備完全採用地面地震勘探所用的儀器設備。檢波器一般採用單分量的縱波或橫波檢波器。對於不規則形體的凸起介質，如坡度較大的岩土山梁等，一般採用透射CT技術進行速度成像圖1.6.15陝北某隧道折射和反射綜合解釋深度剖面1-地形線；2-可靠分界線；3-推測分界線；4-斷層圖1.6.14陝北某隧道透射CT速度等值線剖面6.4速度的應用6.4.1動彈性參數的計算根據本篇第一章給出的完全彈性體的動彈性參數計算公式，可計算出近似的岩土介質的動彈性參數，其中工程中最常用的參數為楊氏模量E，剪切模量和泊松比6.4.2岩土性質和岩體質量分類根據有關資料認為可以利用縱波和橫波兩者的速度比(VP/VS)來粗略的劃分岩土的特性。如圖1.6.17所示。6.4.3判別地基砂土的“液化”所謂“液化”是指砂土在一定條件下由原來的狀態轉變為液態的物理作用過程。如飽和水狀態下的砂層受到振動力的作用之後，它的結構會發生變化，固體顆粒間接觸點的應力要降低，而其中孔隙水的壓力會上升，也就是說固體顆粒間的應力轉移到孔隙水的壓力中去了。當孔隙水壓力上升到與觀測點上方覆蓋層的應力相等時，其固體顆粒將處於懸浮狀態，此時，砂土層的抗剪強度為零，一般稱它為“液化”。“液化”作用使砂土變成了粘滯流體，造成建築物的下沉或傾斜，橋臺偏移，岸坡滑動等災害。基本原理是將地基在地層力作用下產生的剪應變和抗液化的臨界剪應變作對比。6.4.4其他岩土特性參數1．標準貫入錘擊數N63.5實測N63.5值的主要原理是利用鑽具鑽至試驗土層標高以上15cm處，放入標準貫入器，用重量為63.5kg的穿心錘，提升高度76cm，自由下落將貫入器豎直打入土層中15cm，以後再打入30cm的錘擊數即是實測標準貫入擊數N63.5的值。標準貫入擊數N63.5值的大小主要用來判定土層的軟硬程度。7瑞雷波法

瑞雷波法勘探實質上是根據瑞雷面波傳播的頻散特性，利用人工震源激發產生多種頻率成分的瑞雷面波，尋找出波速隨頻率的變化關係，從而最終確定出地表岩土的瑞雷波速度隨場點座標的變化關係，以解決淺層工程地質和地基岩土的地震工程等問題。

均勻半空間瑞利面波的傳播特徵1.瑞利面波的速度與泊松比有關，約為橫波速度的0.91-0.95倍；2.瑞利面波的質點振動軌跡質點振動軌跡為橢圓；3.瑞利面波穿透深度與波長的關係穿透深度為一個波長，勘探深度約半個波長；4.瑞利面波的衰減沿深度方向衰減快，沿水準方向衰減慢；瑞利面波法與其它地震方法比較有以下2方面的特點：1.不受地層速度差異的影響：折射波法和反射波法對於波阻抗差異較小的地質體介面反映較弱，不易分辨，尤其是折射波法要求下覆層速度大於上覆層速度，否則為其勘探中的盲層，瑞雷波法則不存在這類問題。2.縱橫向解析度高。瑞雷波法根據其激發震源的不同，可分為（1）穩態法（2）瞬態法7.2資料採集

1.穩態法

資料採集中使用一套幅值和頻率可控的非炸藥震源進行激發，通過改變震源的頻率來調節探測深度。道間距：

2.瞬態法

該方法採用錘擊或炸藥震源激發瑞雷波，在地面按一定方式用垂直速度檢波器接收，並根據波場的頻散特性，求取VR速度分佈場。7.3資料的處理與解釋7.3.1穩態法1．前期處理穩態法勘探中，由於面波記錄時常被隨機雜訊干擾，從而影響波至時間的拾取，因此，對原始記錄一般要作適當的濾波或園滑處理。處理方法參見反射波法勘探。2．速度的計算1）時差法7.3.3綜合解釋7.3.3.1各種波速和能量與介質特性的關係瑞利面波與橫波速度和泊松比的關係1．波速和介質特性2．瑞雷波能量與介質特性7.3.3.2層速度與厚度解釋1．解釋步驟1）頻散曲線的繪製在以土體為勘探對象的工作中，以實測VR為橫坐標，以H=0.8λR

為縱坐標繪製VR

-0.8λR曲線，這樣繪製的頻散曲線，縱坐標可近似代表勘探深度2）定性解釋分析頻散曲線的形態和變化規律，初步確定可能的層數以及各層厚度和速度可能的範圍3）定量解釋利用多種分析計算層速度和厚度的方法，綜合解釋出各層的速度和層厚度。此外，還可利用初步解釋結果，進行正演擬合計算，從而反演出最佳結果。2．層厚度與速度的解釋1）層段的劃分層段的劃分主要有兩種方式一次導數極值點法拐點法2）層速度的計算①漸近線法②近似計算法7.4實際應用7.4.1岩土物理力學參數計算1．地基剛度係數2．土層容許承載力和變形模量7.4.2地基勘察7.4.3路面檢測瑞雷波法用於公路品質無損檢測，可以解決如下幾方面的問題：1．確定層狀結構各層的厚度；2．計算路面的抗壓，抗折強度；3．評價路基的載荷能力；4．探測路面中的裂隙；5．計算各層介質的動彈性模量（結合縱波資料）。已知在圖中0.8~1.2m間有一寬度為1cm的裂隙，其中充填了砂土。在裂隙處形成“U”字形7.4.4地下空洞和掩埋物探測圖1.7.15是舊煤礦礦井的探測實例，圖中（a）是工作佈置圖，（b）是實測的6個間距的頻散曲線利用70Hz和23Hz的速度值分別確定管道的上下邊界，利用50Hz曲線確定管道的水準位置。兩處解釋推斷的管道位置如圖1.7.16所示，已知該處管道埋深0.9m，直徑約1m，底坐厚度不詳，解釋的管道頂部埋深為0.8m，與實際情況誤差0.1m。圖1.7.17是在山西安太堡露天煤礦的開挖平臺上，採用落重震源和瞬態面波法取得的工作成果。左圖為隨深度變化的面波速度曲線，右圖為鑽孔柱狀圖，由於介面兩側介質的速度參數差異較大，煤層與速度變化曲線的對應情況較好。7.4.5淺層煤田勘探滑坡調查8樁基無損檢測

8.1樁基的類型和品質問題目前採用的樁基主要有鑽孔灌注樁、成管灌注樁、挖孔樁、打入預製樁、旋噴樁

樁基品質檢測包括兩方面的內容：（1）樁基品質評價（2）樁基的承載力確定。8.1.1灌注樁的品質問題1．樁身混凝土（砼）強度低於設計要求。2．樁身結構不完整常見的問題有夾泥、空洞、漏筋、斷裂、縮頸等。3．樁底虛土、沉渣太厚；樁壁附著泥漿層太厚8.1.2鋼筋混凝土預製樁的品質問題1．樁身折斷、開裂，樁入土深度達不到設計要求2．密集樁群施工流向不合理，土體側移造成樁大量斷裂破損。3．相鄰工序處理不當，造成基樁大量側移8.2錘擊法錘擊法是一種瞬態動測法。嵌入土中的樁基相當於一根在阻尼介質中上端自由而下端彈性連結的彈性杆。當在樁頂或樁側施加瞬間外力F時，樁體內相鄰質點間的應力發生變化，引起應變的傳遞，產生彈性波。可定量確定出樁體的品質以及估算出承載力的大小。

8.2.1方法原理1．樁體缺陷檢測在樁頂部豎直向下施加一瞬間力F，並在震源點附近接收時，其斷裂面和樁底面上將產生反射和透射的P波。由於為近法線入射，轉換橫波可不考慮。

8.2.2資料採集1．儀器設備簡介數據採集設備一般為工程地震儀或（數字）工程檢測儀，固有頻率為10~100Hz的縱橫波速度（或加速度）檢波器，以及3~15磅重的手錘和重約50公斤的落錘。圖1.8.4各種類型模型樁的典型波形曲線8.2.3資料的處理和解釋1．資料處理由於數據量少，資料處理工作在一般微機上即可完成。主要的處理專案有模型正演、頻譜分析、一維濾波、反濾波等。2．資料解釋1）波形判斷準則一般，若接收到的反射波波形對稱園滑，無畸變，且呈指數衰減形態，則認為是完整樁特徵波形，反之，則認為是缺陷樁波形。圖1.8.5模型缺陷樁波形記錄（a）擴頸；(b)縮頸；（c）斷裂2）速度準則一般彈性波在樁體中傳播的速度越高，表明樁體混凝土強度越大，反之越低。此外，當樁體中存在離析等缺陷時，往往也造成波速降低。但也有波速高，樁基品質不一定良好的特殊現象。3）頻譜解釋當樁體中存在不均勻介面時，該介面產生的反射波的頻率一般比樁底反射波頻率高。若樁體質量完好，則其振幅譜中只有一個主峰值，譜線對稱穩定，若樁體存在結構缺陷或離析層等，則其振幅譜一般表現為兩個以上的峰值圖1.8.6完整樁波形及頻譜圖有關樁體質量的綜合評價分類標準如下：①A類：結構完整，混凝土品質優良。②B類：結構完整，樁徑有變化或混凝土質量基本正常。③C類：局部斷裂或混凝土有嚴重離析層或混凝土品質較差。④D類：結構破壞，混凝土品質極差。8.2.4應用實例採用淺層數字地震儀和38Hz（1、2道）以及100Hz（3道）垂直檢波器接收，3.6kg小錘激發。由圖可見，波形記錄中樁底反射t=5.2ms，樁間反射為3.0ms，此外，振幅譜中峰值較多，其最大值對應的頻率380Hz根據計算結果和波形特徵分析認為，該樁在距樁頭約4m處存在樁徑變小或夾層。經驗證，該樁在4m左右處的混凝土中夾有大量的土，樁體質量較差。圖1.8.8原始記錄及振幅譜圖9地震社區劃中的物探方法在區域地殼穩定性評價的基礎上，按天然地震作用強度和特徵對居民區、工業區、單獨大型建築場地進行（預測天然地震對於結構物的影響程度）的分區，這種分區稱為地震社區劃分，簡稱地震社區劃。地震效應的詳細分區，即依據強震時的破壞效應與土層條件、地下水位、彈性波傳播速度的關係以及與層狀結構有關的地面波譜特徵的關係進行分區。

地震社區劃工作的定量方法有多種，與應用地球物理有關的方法主要有綜合物探法，平均剪切模量法、地震剛度法、常時微動法和一維反應分析法。9.1地震剛度法“地震剛度”是地震時抵抗岩石內形變傳播的特徵指標。在某種意義上，“剛度”可解釋為抵抗“鬆散”。

地震剛度愈大的岩石，則地震震級增量較小；地震剛度愈小的鬆散、飽和水堆積土，則地震剛度增量較大。如果地震震級增量用花崗岩作為標準，地震剛度不同的岩土，其震級增量差可達1—3級（表1.9.1）。地震剛度r用彈性波傳播速度V與岩土密度

的乘積表示，即。

表1.9.1不同類型岩土的地震震級增量9.2常時微動法

地球表層任何地點、任何建築物的地基，都在以微小的振幅不停地振動著，其振幅通常不超過數微米，振動週期一般為0.5秒至數秒，這種不停的微小振動被稱為常時微動。微動的發生源可分為自然因素和人文因素兩大類，前者如風、雨、海浪、火山活動等，後者如工廠生產、交通運輸、建築施工等。通常將有特定振源的微動稱作振動，而將無特定振源且週期較長（長於5秒）的微動稱作脈動。

對於無特定振源、週期又比較短（小於5秒）的微動稱作常時微動。

因為各種振源的綜合作用產生的波動在傳播過程中必然要攜帶途中介質（地基）特性的某些資訊，所以觀測研究地基（地表或地下）的常時微動，可以推斷地基的彈性（速度）構造和振動特性。

1．測量方法測量常時微動，一般在地下、地表和建築物中進行圖1.9.7實測常時微動記錄（a）和功率譜（b）第2篇

電法勘探

電法勘探是以岩、礦石之間電學性質的差異為基礎，通過觀測和研究與這些差異有關的電場或電磁場在空間或時間上的分佈特點和變化規律，來查明地下地質構造和尋找地下電性不均勻體（岩溶、風化層、滑坡體等）的一類勘查地球物理方法。第一章電阻率法

1.1電阻率法基礎知識1.1.1岩土介質的電阻率1．電阻率岩（礦）石的電阻率差異是電阻率法的物理前提。當電流沿著一段導體的延伸方向流過時，導體的電阻R與其長度L成正比，與垂直於電流方向的導體的橫截面積S成反比，即式中比例係數稱為該導體的電阻率，改寫成圖2.1.1幾種岩石電阻率的分佈範圍曲線2．影響岩土介質電阻率的因素自然狀態下，岩土介質的電阻率除與介質組分有關外，還與岩石的結構、構造、孔隙度、濕度、礦化度及溫度等因素有關。表2.1.1常見浮土和水的電阻率圖2.1.3水準均勻層狀介質模型3．層狀介質的電阻率1）縱向電阻率與橫向電阻率橫向電阻率：電流垂直於層理方向流過時測得的電阻率，縱向電阻率：電流平行於層理方向流過時測得的電阻率2）橫向電阻為了研究層狀介質的導電特性，在層狀介質中取底面積為1m2、厚度為h的六面岩柱體第i層的橫向電阻等於該電性層的厚度與電阻率的乘積，即當六面岩柱體由厚度和電性不同的n+1個岩層組成時，按串聯電路原理，其總橫向電阻為1.1.2均勻介質中的穩定電流場1.1.2.1穩定電流場的基本規律將直流電源通過電極向地下供電，便形成了人工電流場，由於直流電場中電荷的分佈不隨時間改變，故稱為穩定電流場。1．微分形式的歐姆定律穩定電流場滿足於歐姆定律，其微分形式為穩定電流場中任一點的電流密度與該點的電場強度成正比，與介質的電阻率成反比1.1.2.2均勻介質中的點電流源電場1．一個點電流源的電場為建立地下電場，總是需要兩個（或兩組）接地的電極A和B。電流由A輸入地下，又通過B極從地下流出，構成閉合迴路。這兩個電極稱為供電電極。當兩電極的尺寸比它們離觀測點的距離小得多時，可以把這兩個電極當作兩個點（狀）電流源看待。2．兩個異性點電流源的電場利用（2.1-15）式可求得A、B兩點電源在M點的電位1.1.3非均勻介質中的穩定電流場1.1.2.3大地電阻率的測定對於地面點電源測量，如採用右圖的電極佈置方式進行供電和測量。圖中A，B為供電電極；M，N為測量電極。當在地面上A，B點供以電流強度為的電流時，地面任意兩點M，N之間會產生電位差，當地面以下介質的電阻率為均質各向同性時，則可得到地下介質的電阻率：式中：———為電極MN間的電壓；

———供電回路的電流強度；———裝置係數

圖2

電極分佈與測量示意圖1.1.5電阻率法的儀器設備1．對電測儀器的一般要求：

1）較高的靈敏度

2）較強的抗干擾能力

3）較高的穩定性2．電阻率法的重要裝備智慧型數字電阻率儀電阻率法的其他設備還有：供電電極測量電極導線線架供電電源（乾電池或小型發電機）等1.2電剖面法電剖面法的特點是：採用固定極距的電極排列，沿剖面線逐點供電和測量，獲得視電阻率剖面曲線，通過分析對比，瞭解地下勘探深度以上沿測線水準方向上岩石的電性變化。在水文地質和工程地質調查中能有效地解決問題：（1）劃分不同岩性的陡立接觸帶、岩脈；（2）追蹤構造破碎帶、地下暗河等；（3）發現淺部的局部不均勻體（溶洞、古窯等）。電阻率剖面法簡稱電剖面法，根據電極排列的不同，主要有（1）聯合三極裝置剖面法，簡稱聯合剖面法；（2）對稱四極裝置剖面法，簡稱對稱剖面法；（3）偶極剖面法；（4）中間梯度法等幾種類型。

二、電剖面法的測網佈置

根據地質任務、工作比例尺，常用的比例尺和測網密度（線距×點距）見下表。待測工區所佈置的測線應相互平行，並垂直主要構造走向。

比例尺線距（米）點距（米）1：250002501001：10000100~20050~801：500050~10020~401：200020~4010~20三、電剖面法測量

首先根據設計及野外試驗，確定裝置類型和極距後，計算相應的裝置係數K值（單位為米）；測量及I，按視電阻率公式計算

s值：

點號KIUMN

s備註測區：——測線：——日期：———裝置：——AB：———MN：———

s常用電阻率法測量裝置

(a）二極裝置（AM）

(b)三極裝置（AMN）

(c)聯合三極裝置（AMN

MNB）

(d)對稱四極裝置（AMNB）

(e)偶極裝置（ABMN）

(f)中間梯度裝置（AMNB）

二極裝置（AM）將供電電極B和測量電極N置於“無窮遠”，即遠離測量區域的地方（一般埋於距離垂直AM連線10倍AM長度處）。二極裝置通常取記錄點在AM的中點，它的優點在於跑極方便、所測電位信號大，缺點是需要跑兩個無窮遠極。

三極裝置（AMN）

將B極置於“無窮遠”，取MN的中點為記錄點。聯合三極裝置（AMN

MNB）由兩個對稱的三極裝置組成，其中電源負極接到置於“無窮遠”的C極，正極可分別接至A極或B極。

聯合三極裝置的記錄點仍取MN的中點。它由於比其他裝置多了一個視電阻率，因此，所反映的地下資訊也比其他裝置多。

對稱四極裝置（AMNB）

這種裝置的特點是rAM=rNB，記錄點取在MN的中點

當AM=MN=NB=a時，這種對稱等距排列稱為溫納（Wenner）裝置。其裝置係數可簡化為。對稱四極剖面裝置是AMNB的排列形式。即供電電極AB和測量電極MN對稱於MN中點（記錄點O）。選擇適當極距，並保持極距不變，沿剖面線逐點測量UMN和I，後根據視電阻率公式計算每點的值。一、對稱剖面法與聯剖的關係根據場的疊加原理，對稱四極剖面法的視電阻率和極距相同的聯合剖面法（三極對稱裝置）視電阻率和值存在如下簡單關係：所有裝置的視電阻率都可用兩極裝置獲得。

二、對稱剖面法的解釋圖件測網佈置圖和綜合成果圖剖面圖

視電阻率剖面平面圖等直線剖面圖

岩溶區的對稱四極剖面法ρsAB剖面圖1—粘土；2—灰岩古河道在地面的投影

偶極裝置（ABMN）

供電電極AB和測量電極MN均採用偶極，並在一條直線上，故又稱軸向偶極。通常取偶極長度AB=MN=

a，偶極間隔BN=na，其中n為正整數稱偶極間隔常數。偶極裝置的記錄點取在BN的中點。

偶極剖面法

偶極剖面法的優點是裝置輕便和異常明顯，測得的曲線能靈敏地發現電阻率差異較小的地電體，所以它的解析度較高，同聯合剖面法差不多。然而，地表不均勻所造成的干擾也較其他電剖面法大。另外，不同極距的偶極剖面曲線形狀完全不一樣。因此一般不用於單純的剖面法中，而是採用多種電極距工作，用於測深剖面中。中間梯度法的裝置的兩個供電極距的距離AB選取很大，通常AB距離等於70－80倍的浮土厚度。並讓AB固定不動，測量電極MN在AB中部二分之一至三分之一的區間內逐點測量。由於AB很大，在供電電極連線中間部分的電場可認為平行的均勻電場，因此異常解釋簡單；且由於AB固定，工作效率高。主要用來追索高阻陡傾斜岩脈，中間梯度裝置（AMNB）

中間梯度法為提供工作效率，該裝置還可以在主測線供電，在平行該主測線的相鄰測量的相應中間測區進行測量。這樣，做到了在一條測線上供電，可在3~5條測線上的測區同時進行測量，既省電，又省工。

AB電場可視為均勻AB/6AB/6AB/3—AB/2MN一、直立脈上的中間梯度法異常易發現高阻脈，不容易找低阻脈二、中間梯度法的應用半極值寬度q來估計脈頂埋深

尋找高阻偉晶岩脈

1—偉晶岩脈；2—矽線石石榴子石片麻岩；3—黑雲母片麻岩

1.2.1聯合剖面法

聯合剖面法是由兩組三極裝置聯合進行探測的一種視電阻率測量方法，具有分辨能力高。異常明顯的優點，但也有裝置較笨重、地形影響大等缺點。它在水文地質和工程地質調查中獲得廣泛的應用，是山區找水常用的、效果顯著的方法。

無窮遠極C通常設在測區基線方向離測區最邊緣的測線大於五倍AO的距離處。如果因為地形或地物障礙無法在基線方法布極，那麼C極在平行測線方法佈置，距測區邊緣點的距離應大於十倍AO。

聯合剖面法的紀錄及作圖點號KIBUMN

sB備註點號KIAUMN

sA備註測區：——測線：——日期：——裝置：——AB/2：——MN：——

s

sA

sB測點正交點反交點（二）良導薄脈和厚脈上的曲線

直立低阻脈上

SA和

SB兩支曲線呈對稱狀，

SA和

SB兩支曲線在低阻脈頂相交，脈左側

SA

>

SB

，脈右側

SA

<

SB

，且交點處視電阻率值小於圍岩的電阻率，因此在良導薄脈上聯剖視電阻率曲線出現低阻正交點。

（三）高阻脈上的曲線

1、高阻脈頂端有一個不太明顯的高阻反交點。2、在脈頂，

SA和

SB同步上升，在兩側同步下降。脈上呈現高阻異常，在脈兩側出現極小值。和曲線間畸離幅度較小。3、對於傾斜高阻薄脈和厚脈的聯合剖面曲線特點：曲線呈不對稱狀，在脈頂上出現極大值，傾向上出現極小值，且出現反交點。

(a)α=90o;(b)α=60oρ1=1歐姆·米；ρ2=0.14歐姆·米（四）球體上的曲線

SA和

SB曲線在良導球上形