物探方法原理

1、第三章測線布置、物探方法及質(zhì)量評價第一節(jié)測線布置目的及精度一、測線布置總體規(guī)則（一）、測網(wǎng)布置應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求、探測方法、被探測對象規(guī)模、埋深等因素綜合確定。測網(wǎng)和工作比例尺應(yīng)能觀測被探測的目的體，并可在平面圖上清楚反映探測對象的規(guī)模、走向。（二）、測線方向宜垂直于地層、構(gòu)造和主要探測對象的走向，應(yīng)沿地形起伏較小和表層介質(zhì)較為均勻的地段布置測線，測線應(yīng)與地質(zhì)勘探線和其它物探方法的測線一致，避開干擾源。（三）、當測區(qū)邊界附近發(fā)現(xiàn)重要異常時，應(yīng)將測線適當延長至測區(qū)外，以追蹤異常。（四）、在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)，應(yīng)適當加密測線和測點。（五）、測線端點、轉(zhuǎn)折點、物探觀測點、觀測基點應(yīng)進行測量。二、各測線方位

2、、長度及物探方法布置根據(jù)任務(wù)設(shè)計書，本課題測線、測點采用網(wǎng)格狀布置，分別對測網(wǎng)內(nèi)每個點進行高密度電法、主動源面波法和微動法測量。其中高密度電法測線垂直于構(gòu)造布置以某一方位布置一條約290m-590m長的測線，主動源面波法以測點為中心以某一個方位（根據(jù)實際場地條件而定）布置一條40m-50m長的測線，微動法則對該中心點進行單點測量，并用手持GPS記錄該中心點的位置，設(shè)計的測點坐標是根據(jù)湖南懷化盆地巖溶塌陷1:5萬環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作部署圖選定的并計算的，精度達到經(jīng)緯度小數(shù)點后6位數(shù)字，精度達到15m以內(nèi)，達到了設(shè)計精度要求第二節(jié)物探方法、參數(shù)及技術(shù)指標物探方法、參數(shù)及質(zhì)量評價，嚴格按照相關(guān)物探規(guī)范、

3、規(guī)程設(shè)計、執(zhí)行，對已有規(guī)范、規(guī)程不適應(yīng)巖溶塌陷調(diào)查的部分，參照相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程修改執(zhí)行。本章主要敘述與該項目有關(guān)的物探方法。主要有地面物探：高密度電法、主動源面波法和微動法。一、高密度電法(一)、高密度視電阻率聯(lián)合剖面法:高密度視電阻率聯(lián)合剖面法原理：測線垂直構(gòu)造走向或地下水流向，在測線上順序布置供電電極A、測量電極M、N和供電電極B,在測線的中垂線方向上布置“無窮遠”極C，距離一般大于AB/2距的5倍以上，A或B分別與C組合，分別供電測量獲得視電阻率和。這樣的視電阻率曲線是在固定A、M、N、B間距下獲得，沿水平向測量可獲得一定深度范圍內(nèi)的電性分布信息，其中、的曲線形態(tài)(正交點、反交點、同步起

4、伏等)，可用于評價地下地質(zhì)體的導電性；曲線在交點附近的變化形態(tài)(對稱、傾斜)，可推測地下地質(zhì)體的產(chǎn)狀；對比不同極距的聯(lián)合剖面曲線，可推測地下異常體的空間形態(tài)；通過曲線異常段與背景值的相對大小、變化劇烈程度可估算地下地質(zhì)體的位置和寬度。該方法是追索直立或陡立脈狀低阻體最為有效的方法之一。(1)儀器：WDJD-3(2)測量參數(shù)：電位，供電電流(3)利用參數(shù)：視電阻率(4)布置方式：剖面(5)技術(shù)指標：高密度聯(lián)合剖面法和高密度電測深法采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDJD-3多功能數(shù)字直流激電儀為控制主機，配以WDZJ-3多路電極轉(zhuǎn)換器構(gòu)成高密度電阻率測量系統(tǒng)。在野外通過重復(fù)測量、檢查試驗來判斷儀

5、器是否工作正常。儀器技術(shù)指標、裝備技術(shù)指標滿足(DZ/T0073-1993表4及5.2)的規(guī)定。曲線具有極值類型的異常值Y估計表達式為：Y=(P-P)/p3-1a00P為正常背景值。0曲線具有階梯狀類型的異常值Y估計表示為：Y=2(p2-p1)/(P2+P1)3-2aaaaP2、P1分別為階梯兩側(cè)的視電阻率值。aa供電電極距AB至少應(yīng)為勘察對象頂部埋深的46倍；“無窮遠”極垂直測線，距離大于最大電極距AO的510倍。系統(tǒng)檢查工作量為總工作量的5%,觀測結(jié)果的均方相對誤差M計算公式如下：TOC o 1-5 h zM二土心（匕工）23-32nPi=1ai式中：P為第i點原始觀測數(shù)據(jù)。aiP為第i點

6、系統(tǒng)檢查觀測數(shù)據(jù)。aiP為第點P與P的平均值。aiaiain為參加統(tǒng)計計算的測點數(shù)。受檢點的相對誤差的分布應(yīng)滿足如下要求：1/2超過實達精度的測點數(shù)應(yīng)不大于受檢點總數(shù)的32%。1/2超過二倍實達精度的測點數(shù)應(yīng)不大于受檢點總數(shù)的5%。1/2超過三倍實達精度的測點數(shù)應(yīng)不大于受檢點總數(shù)的1%。高密度對稱四極電測深法高密度視電阻率測深法原理：在普查的基礎(chǔ)上，或已大致確定了異常的發(fā)育范圍和走向，重新調(diào)整測線方向，使測線垂直異常走向。在地面順序布置A、M、N和B極，以一定的極距關(guān)系相對MN中點同時向外側(cè)移動，測量供電電流及MN間的電位差，計算獲得一條視電阻率隨極距變化的曲線。探測深度隨極距的增大而增大，異

7、常的深度可以通過極距的對應(yīng)關(guān)系來換算。其視電祖率的單支曲線，多點視電阻率斷面等值線可反映地下電性的空間變化特征。單支電測深曲線上升斜率大于40的陡升段，揭示較完整或完整基巖段；而單支電測深曲線呈臺階狀的緩升或鋸齒狀段，揭示為巖溶裂隙發(fā)育段；電測深等Ps斷面曲線上的“V”和弋”型低電阻率區(qū)或低阻圈閉揭示地下水富集區(qū)，低電阻率異常區(qū)的稀疏等值線部位揭示巖溶裂隙發(fā)育段。（1）儀器:WDJD-3（2）測量參數(shù)：一次電位，供電電流（3）利用參數(shù)：視電阻率（4）布置方式：剖面（5）技術(shù)指標：儀器技術(shù)指標、裝備技術(shù)指標滿足（DZ/T0072-1993表4及5.1）的規(guī)定。系統(tǒng)檢查工作量為總工作量的5%,觀測

8、結(jié)果的均方相對誤差M計算公式如下：3-4其中：u第，個供電極距上同組MN的相對誤差；in參加統(tǒng)計的電極距數(shù)。當可以肯定是由于地表及淺層濕度變化使得電測深曲線起始段的系統(tǒng)檢查出現(xiàn)規(guī)律性偏差時，可將其剔除，然后再評價質(zhì)量。不合格的電測深點數(shù)應(yīng)不超過被評價區(qū)域內(nèi)經(jīng)系統(tǒng)檢查的電測深點總數(shù)的32%。根據(jù)全區(qū)系統(tǒng)檢查觀測結(jié)果所統(tǒng)計的均方根相對誤差應(yīng)在以內(nèi)，統(tǒng)計時不得剔除經(jīng)單個測深點系統(tǒng)檢查評價為不合格的電測深點。當各測深點的電極距相同或相近時，全區(qū)的觀測精度可按單個測深點的均方根相對誤差統(tǒng)計，其公式如下：3-5式中：M第i個測深點的均方誤差。in全區(qū)系統(tǒng)檢查觀測的電測深點數(shù)。地震法選擇主動源面波法，開展工

9、作前進行場地信噪調(diào)查試驗，根據(jù)試驗結(jié)果選擇各類地震方法合適的野外工作參數(shù)，研究區(qū)場地地震信噪調(diào)查如圖3-1圖3-1研究區(qū)地震信噪調(diào)查圖圖3-1中：1為直達波；2為第一層的折射波；3、4區(qū)地震波同相軸發(fā)生畸變，地下可能有溶洞或者土洞，還可以明顯的看到地震波經(jīng)過此處能量變?nèi)酰?為來自基巖的折射波，速度大；、為聲波，通過計算，速度為340m/s；、為面波區(qū)域，能量強，包含了一系列不同頻率、不同視速度的面波信號，從圖中也可以觀察到面波速度小于聲波速度；為一次反射波和多次反射波，波形呈現(xiàn)雙曲線形狀。通過信噪調(diào)查，可以掌握地震波場分布的特點，有利于針對不同地質(zhì)問題選擇合適的方法。瑞雷面波法（主動源面波法或

10、稱瞬態(tài)瑞雷面波法）是利用瑞雷波的幾何頻散特性提取層狀介質(zhì)中的瑞雷波速度（近似橫波速度）進行巖性分層的一種地震勘探方法。二、主動源面波法（一）、方法原理瑞雷波在非均勻介質(zhì)中傳播具有頻散特性，所以不同頻率（波長）的瑞雷波具有不同的傳播速度（如圖3-3）。模型試驗和實測結(jié)果表明，當探測的巖土層介質(zhì)較為均一時，瑞雷波的相速度隨深度的加大而按線性增加，只有出現(xiàn)不同介質(zhì)的分界面時，頻散曲線會出現(xiàn)一個所謂“Z”字型變化，該變化特征是由于地表接收到的波從上一層漏能型波轉(zhuǎn)入下一層漏能型面波，且此轉(zhuǎn)折點與兩介質(zhì)間的界面埋深有密切的關(guān)系（一般為相應(yīng)頻率瑞雷波的半個波長），由此可依據(jù)實測頻散曲線的“Z”字型拐折點來劃

11、分地下巖性變化的分界面（如圖3-2）。圖不均勻介質(zhì)中面波分布圖（二）、應(yīng)用條件.勘察對象與周圍介質(zhì)存在明顯的物性（速度）差異;.勘察目標體尺寸，相對于埋藏深度應(yīng)具有一定的規(guī)模；.目標體的物性異常能從干擾背景中清晰分辨出來；.場地條件滿足開展面波勘察的要求；.面波勘察方法滿足任務(wù)的目的要求。（三）、應(yīng)用領(lǐng)域.探查覆蓋層厚度，劃分松散地層沉積層序；.探查基巖埋深和基巖面起伏形態(tài)，劃分基巖的風化帶；.探測構(gòu)造破碎帶；.探測地下隱埋物體、古墓遺跡、洞穴和采空區(qū)；.探測地下非金屬管道；.探測滑坡體的滑坡帶和滑坡面起伏形態(tài)；.地基動力測試，地基加固效果檢驗、評價等。（四）、儀器及技術(shù)參數(shù)：.儀器：瑞典MK

12、6地震儀.測量參數(shù)：獲取地下的面波信息，一般以多道波形記錄的形式；.利用參數(shù)：橫波速度.布置方式：剖面.野外工作參數(shù)：檢波器主頻4.5Hz,偏移距4m,采樣率500口s,采樣道數(shù)46,道距1m,采樣點4096,錘擊做震源，關(guān)閉濾波檔。應(yīng)視探測對象布置成測線或測網(wǎng)；多道接收時,測線宜呈直線布置；多道瞬態(tài)瑞雷波法宜采用向前滾動觀測方式,滾動點距應(yīng)滿足橫向分辨率要求；測點間距應(yīng)根據(jù)探測任務(wù)和場地條件確定,每條測線上不得少于3個測點。（五）、技術(shù)指標：.儀器動態(tài)范圍不小于120dB，模數(shù)轉(zhuǎn)換不小于16位。.放大器通道不少于12道，通頻帶低端不宜低于0.5Hz,各頻點幅度差小于5%,相位一致。.應(yīng)采用垂

13、直檢波器,采用線性道間距排列,道距應(yīng)小于最小勘探深度所需波長的二分之一,排列長度應(yīng)大于預(yù)期面波最大波長的一半。.勘探深度與激發(fā)震源、檢波器頻率、排列長度有關(guān),在試驗的基礎(chǔ)上合理選取震源、檢波器頻率，注意野外檢波器的埋置，儀器在全通狀態(tài)。015m勘探深度，宜選用大錘激發(fā)，030m選擇落重激振，050m以上選擇炸藥激振。三、微動法（一）、方法原理大地無時無刻不在震動，通過測量大地的三分量振動信號，來分析場地的固有周期，通過微動陣列測量，可以計算陣列中心地下的橫波速度隨深度的變化，而單臺站測量可以分析H/V（垂直分量/水平分量）比值（見圖3-3）特征頻率、譜形態(tài)來推斷大地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和振動狀態(tài)。當場地

14、為單一土層時，三分量記錄曲線的周期彼此相同或接近，場地只有一個卓越周期，當場地為多層且土層厚度較大、出現(xiàn)多個譜峰時，每個譜峰代表著該層與上覆層具有某種關(guān)系，這里滿足公式fVs/4H,其中：f代表每一個H/V比值，Vs代表上覆層的平均橫波速度，H代表上覆層的厚度。圖33微動法H/V比值譜（二）、應(yīng)用條件.勘察對象與周圍介質(zhì)存在明顯的物性（波阻抗）差異；.勘察目標體尺寸，相對于埋藏深度應(yīng)具有一定的規(guī)模；.目標體的物性異常能從干擾背景中清晰分辨出來；（三）、應(yīng)用領(lǐng)域.探查覆蓋層厚度，劃分松散地層沉積層序；.探查基巖埋深和基巖面起伏形態(tài)，劃分基巖的風化帶；.探測構(gòu)造破碎帶；.探測地下隱埋物體、古墓遺跡

15、、洞穴和采空區(qū)；.地基動力測試，地基加固效果檢驗、評價等。（四）、儀器及技術(shù)參數(shù)：.儀器：意大利TROMINO；.測量參數(shù):采集地下三分量振動信號；.利用參數(shù)：H/V譜特征.布置方式：點測.野外工作參數(shù)：羅盤定向，點距5m，采集時間18分鐘，采樣頻率128Hz。.技術(shù)指標：系統(tǒng)檢查工作量為總工作量的5%。（五）、技術(shù)指標：.通頻帶0.01256Hz；信噪比大于80dB；.A/D轉(zhuǎn)換24位；10個觀測通道；.儀器體積10X14X8cm,質(zhì)量1kg；.儀器工作功率75mW,工作電壓3V。第三節(jié)岷量評價口一、儀器可靠性評價儀器開始工作均進行重復(fù)性試驗，證明其工作正常，地震多道檢波器同時工作時需要進行

16、一致性試驗。（一）、地震法儀器檢波器一致性和重復(fù)性試驗儀器采用瑞典ABEM公司生產(chǎn)的48道ABEMMK6地震儀器。4.5Hz檢波器的一致性記錄如圖3-4,4.5Hz檢波器重復(fù)性記錄如圖3-5oT(ms)圖3-44.5Hz檢波器的一致性檢查記錄圖3-54.5Hz檢波器的重復(fù)性檢查記錄100T(rns)1591317212529333741點號(m)0r_xIIHH11MHIIMMI，IM、111Db（二）、微動儀器一致性試驗測試結(jié)果如表3-1。表3-1微動儀器一致性檢查頻率儀器1（H/V值）儀器2（H/V值）70.594958220.5969647987.031250.5725951130.57

17、32792757.06250.551537180.552291187.093750.5308610570.5326816157.1250.5119709460.5144128657.156250.4944453970.4981939677.18750.4776651010.4837605277.218750.4645024540.4703694647.250.4496305480.4590848627.281250.4364398340.4477973277.31250.4250440390.4392176297.343750.415269610.4316893467.3750.4090523

18、40.426161487.406250.4027837440.4210365947.43750.3983232950.414048709均方根誤差：0.010526二、測量數(shù)據(jù)質(zhì)量評價（一）微動法微動法本年設(shè)計工作量100個測點，共完成225個測點。重復(fù)性觀測27個測點，占測點總數(shù)12%,重復(fù)觀測提取的H/V比值譜曲線基本相似，無明顯變化，滿足規(guī)范要求。表3-2微動法重復(fù)質(zhì)量檢查表犀牛村2線H/V比值譜特征頻率曲線犀牛村2線數(shù)據(jù)檢查H/V比值譜特征頻率曲線280HimHIWi290300320J的力IS小aB-iF”345u-則也*WIMinHWM口嫉修4-，-EEH微動法重復(fù)觀測提取的H/V

19、比值譜曲線相似，無明顯變化，滿足規(guī)范要求。（二）高密度電法表3-3高密度電法重復(fù)質(zhì)量檢查表單個測點均方相對誤差NO.犀牛村3線高密度對稱四極原始數(shù)據(jù)犀牛村3線高密度對稱四極檢查數(shù)據(jù)十三PgM2-Mn乙iX(m)Ps(Qm)X(m)Ps(Qm)1175133.31175132.990.0024033052185114.7185115.210.0042133373185151.62185152.23419591.44419591.6130.0048743875195128.15195127.156195141.66195141.61720577.47920577.50.00131439382051

20、21.53205121.459205145.27205145.3710205167.22205166.911121589.6621589.6970.00132162412215126.03215126.4413215179.38215179.3914215217.78215217.4915215243.37215243.421622573.7522574.5490.00300112117225120.48225120.0518225173.23225173.5619225225.75225226.1320225264.17225264.5521225289.33225290.22223582.

21、8923582.9460.0052626623235112.22235112.3624235153.74235153.1625235204.07235203.3226235249.52235248.2127235279.87235278.4128235299.57235297.912924564.41424564.6340.003927953024587.8292458878245109.4532245139.38245139.0233245171.02245171.8134245202.65245201.6935245220.73245221.7136245231.

22、9245231.993725565.82425566.290.003285453825591.74625591.9639255115.23255115.4340255138.16255139.0341255168.19255168.3942255199.49255199.9343255225.95255226.6344255248.93255249.4245255273.81255274.714626572.36326572.3370.0024634324726589.52426589.77848265115.72265115.8249265140.73265140.8350265163.46

23、265163.6151265191.2265190.2352265225.58265225.4353265266.25265265.6854265297.65265298.4755265318.38265318.665627570.28327570.350.0073585715727586.45727586.56458275107.98275108.2759275133.17275133.1960275154.25275156.1161275180.98275180.9262275220.91275221.0663275264.66275264.8764275301.23275298.4765

24、275313.44275314.8166275325.45275322.326728576.99128576.9590.0968462286828591.27628591.2769285111.14285111.167028562.229285135.4271285177.5285166.2472285201.14285205.2973285246.09285246.5574285285.27285286.7475285313.4285313.4476285338.27285337.8277285353.56285353.6378285363.08285362.717929570.933295

25、71.0060.0040801178029589.33529589.4381295106.39295107.8482295136.64295137.8183295177.5629517884295224.24295224.3985295262.05295262.2986295284.82295286.1987295314.34295314.4288295344.95295344.7789295368.69295369.4190295385.49295388.0191295394.88295395.419230572.26730572.3250.0031797259330581.97430582

26、.50294305105.57305105.5695305142.85305142.9496305186.96305187.1797305225.29305225.4998305249.95305250.2499305273.8305274.38100305297.6530529897305324.24102305353.27305355.07103305374.9305376.7104305389.29305389.78105305402.03305401.0710631569.97631570.0510.0046611810731593.22931593.2108

27、315141.66315141.57109315201.79315201.87110315249.11315248.71111315271.72315271.91112315302.21315302.45113315335.3831533524315362.19115315392.33315392.48116315422.18315422.97117315456.74315455.03118315482.97315488.28119315493.19315493.01120315502.36315503.3412132566.70632566.7480.0045182

2835325115.37123325191.07325191.29124325258.17325257.55125325264.78325264.99126325295.42325295.86127325330.32325330.68128325366.3325366.95129325404.61325403.94130325433.99325430.72131325461.99325465.57132325504.4325504.83133325528.42325529.64134325555.11325555.31135325573.22325576.72136325

29、583.99325581.5813733554.87533556.1140.00640800113833582.43233581.748139335139.72335138.39140335137.42335136.85141335155.62335154.93142335177.99335177.49143335200.22335200.24144335225.18335224.7145335248.64335248.32146335272.43335271.08147335295.65335295.22148335308.71335306.59149335329.95335334.8215

30、0335354.14335352.4151335373.12335372.52152335382.88335382.52153335388.39335386.9115434518.5434518.6470.02064936915534516.78934516.33415634533.4134533.64215734544.30634544.45815834554.37634554.32815934563.46234563.32216034573.80234576.79516134582.97134582.57516234592.47834592.021163345102.76345106.62

31、164345107.55345108.44165345117.01345115.63166345124.06345122.72167345132.61345130.59168345141.06345139.69169345144.77345141.31170345149.76345147.53171345150.71345154.2517235525.40735526.7020.01593825317335534.58735534.34117435550.0835548.26617535560.38335560.63617635572.72335575.5917735586.23135585.98417835598.32735598.204179355111.22355111.58180355125.19355125.64181355134.39355134.85182355146.6835514793355158.49184355169