1、工程地球物理技術的最新發(fā)展第1頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三反射地震第2頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三淺海反射地震第3頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三 造山帶地區(qū)構(gòu)造復雜，地形起伏大，巖層斷續(xù)，產(chǎn)狀陡峻。反射地震CDP方法應用時疊加困難，效果不好，難于應用。 反射地震CT是在地面或隧道內(nèi)觀測條件下，進行反射地震偏移成像的地震處理技術。該軟件系統(tǒng)是由趙永貴博士開發(fā)的，專為解決山區(qū)地震勘探和隧道超前預報而開發(fā)的。地面勘探中定名為反射地震CT成像系統(tǒng)，隧道地質(zhì)超前預報中定名為TST技術（Tunnel seismic T

2、omography)。 觀測方式類似于CDP的剖面方法，但是資料處理上采用速度掃描、深度偏移成像技術和走時反演成像技術。具有較高的速度分析精度和反射面定位精度。圖像直觀，便于復雜構(gòu)造的組合分析。避免了CDP方法在山區(qū)疊加困難的缺點，克服了TSP方法不能準確確定掌子面前方為巖波速的缺陷缺點。反射地震CT技術第4頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三隧道內(nèi)觀測系統(tǒng)可按2D和3D空間布 置，隧道兩側(cè)壁接收，每側(cè)6道，共12道；2 側(cè)壁上檢波器間距4-6m,埋入1.5-2.0m;3 激發(fā)點2- 4個,在掌子面或側(cè)壁，埋深2-3m;接收點和激發(fā)點可根據(jù)需要任意改變位置，增減數(shù)量；觀測

3、系統(tǒng)也可布置在地表，構(gòu)成地表反射CT成像系統(tǒng)。激發(fā)和接收點位置平視圖俯視圖隧道內(nèi)TST的2D-3D觀測方式第5頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三造山帶地區(qū)反射地震CT成像 造山帶地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜, 產(chǎn)狀陡峭,一般反射地震方法CDP難于疊加。地表反射地震CT（TST）技術可在地表進行觀測，實現(xiàn)山區(qū)的反射地震成像，展現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的形態(tài)分布。避免了CDP疊加的困難，對觀測系統(tǒng)的密集程度要求不高，特別適合山區(qū)應用。第6頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三隧道超前預報TST反射地震成像 隧道地震CT（TST）技術在隧道內(nèi)進行觀測，實現(xiàn)隧道內(nèi)的超前預報。下

4、圖是反射界面深度偏移成像。紅黃色代表由軟變硬的巖石的界面，蘭色、深蘭色代表由硬變軟的界面。藍紅組合表示斷裂位置。第7頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三TST隧道超前預報掌子面前方圍巖速度掃描結(jié)果 應用TST技術可對隧道掌子面前方圍巖的波速進行掃描分析。在可靠的波速分析的基礎上實現(xiàn)巖體工程類別劃分和不良地質(zhì)體定位，這與TSP相比有重大改進。TSP技術不能提供掌子面前方的波速分析，因而巖體類別劃分和反射界面定位不準確。第8頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三反射地震CT深度偏移圖像 在明珠隧道地表沿隧道軸線布置反射地震觀測，進行深度偏移成，反映地質(zhì)構(gòu)造

5、組合特征。第9頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三地震反射CT走時反演成像 利用反射波相拾取，自動進行逆波震面追蹤，完成反射面成像。圖像直觀，客觀反映復雜地質(zhì)構(gòu)造特征。第10頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三透射地震CT技術與應用 地震CT或稱地震層析成像，指的都是透射CT。其基本思想是將地質(zhì)體看成是由力學形狀各不相同的地質(zhì)單元體組成的。當?shù)卣鸩ㄍㄟ^各單元體時所耗時間不同，能量衰減不同。通過地震波走時和能量的觀測，可確定各單元體的力學性質(zhì)。為此目的趙永貴（1995年）開發(fā)了地震CT系統(tǒng)軟件，文中所列實例均為該軟件計算結(jié)果。 地震CT可進行地震波速成

6、像和衰減系數(shù)成像。完整堅硬巖體波速高、衰減小，破碎松散巖體波速低、衰減強烈。因而地震CT對于巖性和構(gòu)造分布具有很好的分辨能力。 地震CT分辨率高、可靠性好、圖像直觀，很受工程界歡迎。目前多被用于重大、疑難工程的勘察、工程與地質(zhì)病害診斷等項目。 地震CT因觀測方式不同，可分為很多種類。常見的是利用鉆孔的跨孔CT，利用隧道的有隧道CT。利用山地溝谷也可以進行地震CT觀測，在沒有這些條件時，利用地表也可以進行CT觀測，這就是地面地震CT。 地面地震CT要求的觀測場地小，可以利用直達的縱波或面波進行成像，研究近地表20米以內(nèi)場地的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)，特別適于山區(qū)松散層、風化層、基巖三層結(jié)構(gòu)的場地勘察。第11

7、頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三隧道與地表間的地震CT 這是在山東界河金礦的勘探結(jié)果。隧道與地表構(gòu)成CT觀測系統(tǒng)，圖中淺黃色是含金富礦體，深蘭色是采礦回填區(qū)，深紅色是未礦化的花崗巖。第12頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三福建核電站跨孔地震CT圖中紅色為高速區(qū)，蘭色為低速區(qū)。斷面內(nèi)淺部松散層、右側(cè)破碎構(gòu)造帶、斜向節(jié)理裂隙帶清晰可見。第13頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三地面地震CT 地面地震CT的激發(fā)與接收都布置在地表，利用直達波、面波、折射波可以形成地下淺層的CT成像，研究近地表20米以內(nèi)的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布。本項研究

8、是利用直達體波完成的地表10m以內(nèi)的平均速度的圖像。北京大型射電天文望遠鏡場地地面地震CT勘測結(jié)果第14頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三福建核電站海域地面地震CT觀測系統(tǒng)的射線正交性 地震CT勘測中有三個要素必須滿足：1 地震射線密度足夠大，2 射線正交性足夠好，3 射線總數(shù)大于單元體數(shù)。下圖是福建核電站海域勘測時地面地震觀測系統(tǒng)的正交性分布。表征射線正交性是用射線最大交角的正弦值，其值大于0.6足以。 第15頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三福建核電站海域地面地震CT勘測結(jié)果第1層波速分布(8m深）第16頁，共28頁，2022年，5月20日，

9、19點55分，星期三福建核電站海域地面地震CT勘測結(jié)果第2層波速(15m深)第17頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三高速公路邊坡地面地震CT勘測結(jié)果 沿坡面周邊進行激發(fā)和接收，利用直達縱波研究表層10m以內(nèi)平均波速分布，反映邊坡巖土介質(zhì)力學強度分布。這是巖土改性前的勘測結(jié)果。第18頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三清水溝2號隧道地震CT的勘測成果是3個垂直隧道軸向的波速分布圖像，從波速圖像中可以得到圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)的解釋。隧道所處的圍巖是白云質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道通過部位有斷層發(fā)育。圖中紅色區(qū)代表完整性較好圍巖，黃色區(qū)代表中等風化的巖體，蘭色代表

10、強風化的巖體，深蘭色代表松散層。其主要結(jié)論如下：1. 隧道所處的山體邊坡是穩(wěn)定的，不存在山體滑坡的問題;2. 隧道位置處于斷裂破碎帶中，開挖擾動在頂部圍巖中形成的松動區(qū)，隧道頂部圍巖存在局部不穩(wěn)定問題；3山體開裂與隧道襯砌開裂的幾何形態(tài)和位置都是分離的，屬于局部破壞，并不溝通。4 建議隧道治理以加固圍巖松動圈為主，徑向6-8m圍巖錨桿注漿加固。這些結(jié)果為隧道病害治理起了重要作用。地震CT用于清水溝2號隧道病害診斷第19頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三加拿大TEM第20頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三美國GEM5Coaxial GEM-5 De

11、velopmentGEM-5 AdvantagesImmunity to Motion-Induced Noise balanced receivers cancels noise due to sensor motion in the Earths magnetic field. Immunity to Ambient EM Noise the sensor is immune to ambient EM noise.Cart-mounted GEM-5Handheld GEM-3Handheld GEM-5GEM-5GEM-3GEM-2TXRX1RX2第21頁，共28頁，2022年，5月2

12、0日，19點55分，星期三TEM 在澳大利亞金礦勘測結(jié)果第22頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三TEM在山東金礦的勘探結(jié)果第23頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三高密度電法與應用 經(jīng)過不斷的改進，目前的高密度電法的勘探深度可以超過400m，對含水地質(zhì)體特別敏感，淺部最小分辨尺度可達0.5m，很適合山區(qū)復雜地質(zhì)條件的勘探和隧道含水性的預報。 高密度電法的供電電壓目前可達到了1100V，采用多點供電方式，有效地保證了深部探測的信噪比； 山區(qū)地形起伏，山高谷深，地形對探測的視電阻率有很大的影響。在山峰部位高密度電法探測得到的視電阻率偏低，在山谷部位偏高

13、，必須進行校正，才能真實地反映地質(zhì)對象的特征。 在地形起伏較大的條件下，視電阻率點的位置也受地形影響，深度和水平位置都明顯偏離水平表面時的位置，需要進行地形校正和變換，恢復到真實的位置，才能正確地反映地質(zhì)體特征。趙永貴（2004）開發(fā)了高密度電法校正軟件，對復雜地形的視電阻率剖面進行地形校正和電阻率校正，經(jīng)過地形與電阻率校正的視電阻率剖面，地形與觀測地形一致，圖像更直觀，更符合實際地質(zhì)體性質(zhì)與產(chǎn)狀。 高密度電法目前在高速公路的隧道含水性預報、工程與地質(zhì)病害診斷、橋基和路面巖溶勘查、邊坡勘查與治理中，廣泛應用，效果很好。第24頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三高速公路隧道含水性預報明珠隧道電阻率剖面 明珠隧道位于個舊至蒙自的高速公路上，長3.4km，探測深度420m。視電阻率剖面圖中深藍色為含水巖體，結(jié)構(gòu)破碎，施工中易坍塌涌水。紅色、黃色區(qū)為結(jié)構(gòu)完整巖體，圍巖穩(wěn)定。第25頁，共28頁，2022年，5月20日，19點55分，星期三元磨高速公路大風埡口隧道地下水探測 高密度電法探測剖面垂直隧道沿山谷布置，剖面長度1.2km，探測深度300m。探測結(jié)果表明： 左側(cè)山谷內(nèi)地下60m深處有一個60m厚的含水層，向隧道滲流。右側(cè)地表南溪河水源源不斷地滲入不給地下，向隧道方向徑流。隧道突水后在上方含水層中形成了60m深的下降漏斗