應(yīng)用于城市地質(zhì)調(diào)查的高壓氣體沖擊震源研究與應(yīng)用

1、熱烈歡迎各位領(lǐng)導(dǎo)專(zhuān)家蒞臨指導(dǎo)二一三年一月1應(yīng)用于城市地質(zhì)調(diào)查的高壓氣體沖擊震源研究與應(yīng)用21 研究背景與意義1.1 研究背景 地質(zhì)環(huán)境是城市建設(shè)的基礎(chǔ)，地質(zhì)環(huán)境的組成要素往往是城市建設(shè)與發(fā)展的制約因素。3上海松江工業(yè)園區(qū)塌陷成“水世界”現(xiàn)50米長(zhǎng)深坑上海浦東新區(qū)唐陸公路路面突然塌陷 出現(xiàn)6米深坑4山西省太原市并州路與并州西街交叉路口拍攝的塌陷現(xiàn)場(chǎng)。路面出現(xiàn)深約5米、直徑約15米的大洞。5 1999年我國(guó)開(kāi)始的國(guó)土資源大調(diào)查，將城市地質(zhì)調(diào)查列為一項(xiàng)主要任務(wù)。正在或即將開(kāi)展的海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展示范區(qū)城市群地質(zhì)調(diào)查，將全面提升地質(zhì)工作調(diào)查精度和研究水平。“長(zhǎng)江三角洲重點(diǎn)地區(qū)三維地質(zhì)填圖”項(xiàng)目，以地質(zhì)地球物

2、理聯(lián)合技術(shù)為主要手段。6地震勘探作為一種重要的三維地質(zhì)填圖地質(zhì)地球物理聯(lián)合技術(shù)，是不可或缺的。a b過(guò)HQB7標(biāo)準(zhǔn)孔測(cè)線(xiàn)地震反射時(shí)間剖面（a）其他地質(zhì)解釋圖（b）71.2 研究意義 由于城市建筑和公共設(shè)施制約了地震勘探工作的設(shè)計(jì)和施工，工業(yè)生產(chǎn)、公共交通和居民生活對(duì)地震勘探工作產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾。所以，研制一種應(yīng)用于城市地質(zhì)調(diào)查的非爆炸型、非電磁式新型沖擊震源勢(shì)在必行。82 工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1 工作原理 利用一種蓄能裝置將經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的錘體蓄聚較大能量，并由一種鎖具將錘體鎖住。鎖具釋放時(shí)，使錘體迅速向設(shè)置在地面的鐵質(zhì)砧板進(jìn)行瞬間撞擊，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，從而激發(fā)大能量彈性波。910112.3

3、技術(shù)思路與技術(shù)路線(xiàn) （1）技術(shù)思路 新型震源研究的技術(shù)思路是：新的能量蓄聚和釋放機(jī)理及機(jī)制；新的指令控制、傳遞元器件和零部件系統(tǒng)構(gòu)成。 12 （1）蓄能釋能裝置 由鎖具、頂板、拉桿、高壓氣包、錘頭、油缸、底板、小車(chē)平面、車(chē)輪、固定螺母、導(dǎo)柱以及砧板等零部件組成。其中，關(guān)鍵部件有：由高壓氣包、油缸組成的能量轉(zhuǎn)換裝置；機(jī)械鎖定裝置。 （2）控制裝置 由電瓶、電瓶電源線(xiàn)、直流電動(dòng)油泵、油管、電路控制電線(xiàn)、電路控制按鈕等元器件、部件組成。13 （2）技術(shù)路線(xiàn)無(wú)干擾鏈接蓄能、釋能裝置自動(dòng)操作系統(tǒng)能量蓄聚鎖具能量釋放指令控制零件設(shè)計(jì)部件設(shè)計(jì)專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)部件設(shè)計(jì)元器件設(shè)計(jì)高壓氣體沖擊震源總裝電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)

4、元器件設(shè)計(jì)電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)產(chǎn)品定型科技鑒定改進(jìn)與完善對(duì)比試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)指令傳遞技術(shù)路線(xiàn)框圖142.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 由兩部分組成：蓄能、釋能裝置；控制裝置。15 然而，地震波激發(fā)震源的研究也是必不可少的。163 新型震源的特點(diǎn) 具有以下主要特點(diǎn)： （1）輕便多用，不受施工場(chǎng)地和環(huán)境限制。17 （2）輸出能量可控且穩(wěn)定，每個(gè)物理點(diǎn)的激發(fā)能量最大程度保持一致。 a b c d 折射波勘探單次激發(fā)（b、c、d、）和3次疊加（a）記錄a b c縱波反射勘探單次激發(fā)（b,c）和兩次疊加（a）記錄 18（3）彈性波激發(fā)能量強(qiáng)、頻譜范圍寬、高頻成分豐富。地震反射時(shí)間剖面頻譜分析特征（左為炸藥震源譜；右為高壓氣體沖擊震

5、源譜）19河北省、滄州、海興核電項(xiàng)目，3米道距，18米偏移，震源采集與炸藥（250g成型炸藥）采集的原始數(shù)據(jù)對(duì)比20圖a是炸藥震源激震的記錄，圖b是高壓氣體沖擊震源錘激震采集的記錄，可見(jiàn)使用炸藥震源在最大炮檢距355m時(shí)首波起跳清晰，而高壓氣體沖擊震源在最大炮檢距320m時(shí)首波也都起跳（5m道距，65道接收） ab21 （4）無(wú)二次沖擊a b 新型沖擊震源（b）和美制沖擊震源（a）的同一排列地震記錄對(duì)比22可控震源 經(jīng)濾波后炮集記錄（蘇州）23高壓氣體沖擊震源 濾波后炮集記錄（蘇州）24 經(jīng)中國(guó)科學(xué)院上?？萍疾樾伦稍?xún)中心分析，該項(xiàng)目綜合技術(shù)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。2526274 震源探測(cè)

6、深度試驗(yàn) 不同的地震地質(zhì)背景、不同的彈性波激發(fā)條件，表征介質(zhì)界面埋深的反射波組響應(yīng)雙回程反射時(shí)間亦不相同。284.1 上海地區(qū) （1）青浦朱家角剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)120ms。上海朱家角縱波地震反射時(shí)間剖面圖29上海朱家角地震勘探折射時(shí)距曲線(xiàn)和T0解釋成果圖30 （2）青浦鳳溪華徐公路剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)380ms。 地震反射時(shí)間剖面（a.新型沖擊震源b.炸藥震源）a b31 （3）虹橋商務(wù)區(qū)虹橋機(jī)場(chǎng)剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)380ms。 a b縱波（a）、橫波（b）地震勘探32 （4）寶山羅店施曹公路剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)380ms（3

7、30ms為基巖面）。上海嘉定區(qū)施曹公路采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)33 不同震源地震勘探縱波反射時(shí)間剖面（a、中型沖擊震源（3t）；b、震源彈（40g）a b34 （5）滬浙交接惠民鎮(zhèn)某村剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)300ms以下（250ms為基巖面）。地震縱波反射波勘探時(shí)間剖面354.2 江蘇省域 （1）蘇州城區(qū)郭巷剖面 中型震源探測(cè)深度通常達(dá)雙回程反射時(shí)400ms，最深可為500ms。地震縱波反射時(shí)間剖面36 （2）無(wú)錫城區(qū)錫洛路剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)280ms。地震反射時(shí)間剖面37 （3）常州城區(qū)某地剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)320ms。地震反射時(shí)間剖面38 （4）徐州

8、城區(qū)某地剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)540ms。橫波地震勘探時(shí)間剖面39 （5）江蘇省、海安城區(qū)某地剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)450ms。地震反射時(shí)間剖面40 （6）鹽城城區(qū)某地剖面 中型震源探測(cè)深度達(dá)雙回程反射時(shí)900ms。江蘇鹽城工地地震反射時(shí)間剖面415 新型震源數(shù)據(jù)采集、處理和解釋中某些問(wèn)題的分析5.1 成像分辨率 工程地震勘探實(shí)踐表明，據(jù)1/4波長(zhǎng)和地層縱波速度2500m/s計(jì)算，成像分辨率理論計(jì)算值可達(dá)4m。42新型沖擊震源的地震頻譜特征a b新型沖擊震源（a）和可控震源（b）經(jīng)濾波后炮集記錄435.2 數(shù)據(jù)采集效率 中型（重300kg，瞬間沖擊力大于3t）震源：

9、250炮300炮/臺(tái)班。 大型（重1200kg，瞬間沖擊力10t）震源：120炮150炮/臺(tái)班。a bc新型沖擊震源（b，中型；c，大型）和美制電落錘震源（a）地震記錄對(duì)比 445.3 與震源彈數(shù)據(jù)閉合 新型震源是一種脈沖型震源，與炸藥震源之間的數(shù)據(jù)閉合不突出。a b新型沖擊震源（a）和大型沖擊震源彈（40g，b）地震反射記錄455.4 初至拾取 新型震源地震記錄初至起跳十分清晰，初至拾取便利。a b最大炮檢距950m（a）和485m（b）的地震記錄折射波記錄466 新型震源在城市地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用研究6.1 城市三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查a b過(guò)HQB1標(biāo)準(zhǔn)孔測(cè)線(xiàn)地震反射波時(shí)間剖面（a）及其地質(zhì)解釋圖（

10、b）476.2 煤炭資源型城市火燒區(qū)采空區(qū)范圍探測(cè)（b） 煤層采空區(qū)I線(xiàn)縱波反射時(shí)間剖面（c） 煤層采空區(qū)I線(xiàn)共偏移距地震剖面（a） 煤層采空區(qū)上方地表出現(xiàn)的裂縫48（g） I線(xiàn)煤層采空區(qū)天然源面波速度剖面（f） I線(xiàn)煤層采空區(qū)的地震記錄a b（e） I線(xiàn)解釋煤層采空區(qū)（a）及正常地層（b）的頻散曲線(xiàn)（d） I線(xiàn)頻譜分析圖497 在城市地下隱患災(zāi)害探測(cè)中的應(yīng)用7.1 蘇州市活動(dòng)斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)f1-1斷點(diǎn)局部疊加時(shí)間剖面（上）和地質(zhì)解釋圖（下）50f1-2斷點(diǎn)局部疊加時(shí)間剖面（上）和地質(zhì)解釋圖（下）f1-3斷點(diǎn)局部疊加時(shí)間剖面（上）和地質(zhì)解釋圖（下）51f1-4斷點(diǎn)局部疊加剖面（上）和

11、地質(zhì)解釋圖（下）f1-5斷點(diǎn)局部疊加時(shí)間剖面（上）和地質(zhì)解釋圖（下）52537.2 山東省棗莊市市中區(qū)東湖龍城建設(shè)項(xiàng)目工程場(chǎng)地煤炭采空區(qū)調(diào)查 東湖龍城建設(shè)項(xiàng)目工程場(chǎng)地位于山東省棗莊市市中區(qū)西華路以西，建華路以北，橫山路以東區(qū)域。因缺少相關(guān)地質(zhì)資料，尚不知下伏地層構(gòu)造與產(chǎn)狀，甚至連基巖埋深也不明。 工程場(chǎng)地南部區(qū)段有雙回程反射時(shí)90ms反射波組，北部未見(jiàn)該反射波組。 場(chǎng)地內(nèi)基巖埋深呈南淺（約34m）、北深（約38m）的緩傾態(tài)勢(shì)。54a b工程場(chǎng)地南部局部地區(qū)（a）和北部（b）縱波反射記錄工程場(chǎng)地內(nèi)折射波地震記錄55 樁號(hào)335處有散射波且地震波場(chǎng)發(fā)生畸變，該異常區(qū)段深部呈低速特征，30m以深處見(jiàn)