一種基于人工夯錘震源的水上地震折射數據采集方法
【技術領域】
[0002] 本發明屬工程勘察技術領域，具體說屬于工程勘察技術領域中地球物理勘探的地 震勘探領域，特別涉及一種基于人工夯錘震源的水上地震折射數據采集方法。
【背景技術】
[0003] 在工程勘察中常需查明各個區域的覆蓋層厚度、風化層厚度，了解下伏基巖縱波 速度以及低速帶的分布范圍。折射波法是水電工程地震勘探中應用最為廣泛的，也是較為 成熟的方法之一。地層中當下層介質的速度大于上層介質時，以臨界角入射的地震波在沿 下層介質的界面滑行的同時，在上層介質中產生折射波。用儀器記錄出折射波的傳播時間、 分析解釋地震記錄，可以推斷出巖石性質、結構和幾何參數，從而達到各類地質條件以及地 層破裂帶的調查和工程質量檢測的目的。
[0004] 傳統的水上地震折射波法勘探是運用激發接收互換原理，采用相遇時距曲線觀測 系統，在所布測線河中激發點位置用炸藥震源激發地震波，河兩岸測線端點布設檢波器接 收地震波來進行外業的數據采集。傳統采集方式由于使用到炸藥震源，對生態環境具有巨 大的破壞性，而且有著較大的施工危險性。因此需要尋找一套綠色環保，高效率、低成本，安 全可靠的替代炸藥震源系統的數據采集方式。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是為了解決現有技術的不足，提供一種基于人工夯錘震源的水上地 震折射數據采集方法，該方法具有綠色環保，高效率低成本，安全可靠的特點。
[0006] 本發明采用的技術方案如下： 一種基于人工夯錘震源的水上地震折射數據采集方法，包括如下步驟： 步驟（1)，測線設計：根據工作任務、探測對象、地質構造和地形條件確定測線的布置； 沿順江剖面和跨江剖面做水上地震折射波測線布置，其中，第一，要求測線力求為直線，盡 量垂直巖層或構造的走向；第二，測線要盡可能與其他物探測線或鉆探的勘探線一致；第 三，測線要均勻地分布在全測區；第四，當地層傾角較大時，應改變測線方向以避免盲區過 大或接收不到折射波。
[0007] 步驟（2)，確定激發點位置及水聽器間距：所述的水上地震折射波法激發點選擇 在岸邊，水聽器間距為5nU0m;激發點沒有具體規定的固定位置，原則是選擇盡可能靠近江 邊，便于錘擊的地方；當左右兩岸的激發點確定后，即認為探測剖面長度也確定，在此剖面 的工作過程中，激發點位置不得更改和移位； 步驟（3)，架設跨江剖面，布設數據傳輸電纜：設計好跨江剖面后，在河岸兩端架設鋼 絲繩，鋼絲繩上掛上掛鉤，數據電纜從掛鉤中通過；跨江剖面是依據試驗工作的結果來設計 的，主要考慮以下幾個方面：勘察河段江面寬度、水深、水流速、折射波盲區大小、待探測目 的層厚度、江水和沖積層綜合波速、河床基巖地震波速，跨江剖面是斜交水流或河床布置， 這樣有利于提高解釋點數量，剖面長度通常規控制在2~5倍河流寬度；在2~5倍河流寬度范 圍中中選擇時，當探測目的層較薄時，設計剖面可適當縮短；探測目的層較厚時，要加長設 計剖面長度，否則會導致盲區段長，有用解釋段短，探測成果少。
[0008] 步驟（4)，數據采集：采用相遇時距曲線觀測系統，在步驟（2)確定的一側岸邊 激發點位置，采用人工夯錘敲擊其鋁合金板，夯錘的底端(錘頭）離墊板的距離要控制在 50cm~8〇Cm之間，向下敲擊的同時，要施加猛烈的下壓力，使夯錘的下落速度大于自由落體 速度，這樣施加在墊板上的壓力就更大，激發的地震波能量也大，采集的數據質量相對會好 些。用船沿步驟（1)布置的測線按固定間距逐點用單道水聽器接收地震波，水聽器接收到 的地震波通過與之相連的電纜傳輸至地震儀內顯示、保存和處理，完成一邊數據采集后，改 變激發點到步驟（2)確定的另一側岸邊激發點位置，重復以上采集過程，從而最終完成整個 數據采集過程。
[0009] 步驟（5)，數據處理：經過處理、解釋便可得到各類地質條件以及地層破裂帶的調 查和土建工程質量檢測數據；根據原始記錄，讀取折射波初至時間，并依據時間與距離的關 系，繪制地震折射波時距曲線，采用《水利水電工程物探規程》上的解釋方法，計算出個測點 的河床沖積層厚度、河床基巖波速；當實測基巖波速較高時，說明河床基巖較完整；當基巖 波速有突變時，說明有斷裂構造；當某段河床基巖波速較低，偏離正常值較大時，說明此段 較破碎，屬波速異常。
[0010] 其中波速高低以及突變是根據《水利水電工程物探規程》等相關文獻所記載的被 測量基巖波速的范圍來確定的。當低于范圍值為波速較低；反之亦然。
[0011] 本發明技術方案中步驟（4)所述的人工夯錘包括錘頭、頂板、兩桿件和墊板；所述 錘頭為圓柱狀，上端設置有多個螺紋孔，下端為能夠增加激發能量的圓弧形；所述頂板為矩 形板，上部設置有多個與錘頭上螺紋孔對應的通孔，其通過多個螺栓固定連接于錘頭上端； 所述頂板的上端面上對稱設置有供桿件穿過的挑環，兩桿件穿過挑環對稱位于頂板上；所 述墊板為截頭錐臺形，直徑較小的端面和錘頭的下端通過多個螺栓固定連接；所述頂板和 墊板上各設置一顆用于緊固觸發線的緊固螺栓；所述墊板由鋁合金制成。
[0012] 進一步，優選的是所述錘頭的側壁上設置有吊環。
[0013] 進一步，優選的是所述吊環通過螺紋結構與錘頭固定連接。
[0014] 進一步，優選的是所述墊板的側壁上設置供繩索栓掛的孔。
[0015] 進一步，優選的是所述墊板的厚度為40mm，兩端的直徑分別為198. 76mm、 172. 19mm〇
[0016] 整個采集系統的構成主要分為三個部分：⑴地震儀主機采集系統；⑵傳輸電纜與 水聽器系統；⑶激發地震波的夯錘系統。三部分的連接方式為現有技術。
[0017] 工作流程如下：采集系統的地震儀與水聽器系統、觸發地震波的夯錘系統連接正 常，地震儀處于接收狀態，等待激發系統的開門接收指令，從設計剖面的端點至終點開始進 行相同水聽器間距的接收，當夯錘底端接觸墊板面的瞬間，觸發開關打開并發出計時信號， 地震儀接收到計時信號時，開始記錄并保存波形文件；直至完成此方向的激發接收；同理， 繼續完成反方向的接收與采集，即為完成該剖面的激發與接收工作。
[0018] 本發明與現有技術相比，其有益效果為： (1) 本發明提供的于人工夯錘震源的水上地震折射數據采集方法，改變了河中放炮兩 端檢波器接收的傳統炸藥震源采集方式，在保證目標勘探深度的條件下布置跨江剖面，采 用安全可靠的人工夯錘敲擊鋁合金板來代替炸藥震源激發地震波，在河中采用單道水聽器 來接收地震信號完成外業數據采集。該創新方法綠色環保，效率高、成本低，安全可靠，本單 位經過一系列的試驗和內部推廣，已成功應用于國內、外水電工程，取得了良好的效果，實 用性較強； (2) 本發明采用人工夯錘克服了現有技術中一般大錘激發能量不足，機械夯錘笨重，拆 卸不便，實用性不強等缺點，提供了一種拆卸方便、地震波能量和頻率匹配度可調的組裝式 夯錘，該人工夯錘便于運輸，施工起來安全、可靠，激發能量能達到勘探要求的夯錘震源在 河岸激發地震波； (3) 本發明基于夯錘震源系統的水上地震折射勘探的數據采集與作業方式，避免了使 用炸藥震源對生態環境破壞和污染問題，施工安全性大大提高，實用性強目前已成功應用 于國內、外水電工程，取得了良好的效果。在水電工程水上地震勘探中有廣泛的市場前景和 推廣價值。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的水上地震折射勘探野外數據采集示意圖； 圖2為本發明人工夯錘的錘頭的立體圖； 圖3為本發明人工夯錘的頂板的立體圖； 圖4為本發明人工夯錘的墊板的立體圖； 圖5為本發明人工夯錘的裝配立體圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0021] 本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發明，而不應視為限定本發 明的范圍。實施例中未注明具體技術或條件者，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件 或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過購買獲得的 常規產品。
[0022] 如圖1所示，一種基于人工夯錘震源的水上地震折射數據采集方法，包括如下步 驟： 步驟（1)，測線設計：根據工作任務、探測對象、地質構造和地形條件確定測線的布置； 沿順江剖面和跨江剖面做水上地震折射波測線布置，其中，第一，要求測線力求為直線，盡 量垂直巖層或構造的走向，便于最大限度地控制構造形態，以利于資料的整理與分析；第 二，測線要盡可能與其他物探測線或鉆探的勘探線一致，便于結合地質資料進行分析解釋； 第三，測線要均勻地分布在全測區，以利于資料的對比與綜合分析；第四，當地層傾角較大 時，應改變測線方向以避免盲區過大或接收不到折射波。例如，在保山龍江水電站，水上地 震折射勘探的任務主要是探測河床沖積層厚度、基巖波速和順河斷裂構造；測區兩岸地形 陡峻。根據以上設計原則，測線為直線，與順河構造和河床斜交，過壩址鉆孔布置，成網狀均 勻分布于測區。
[0023] 步驟（2)，確定激發點位置及水聽器間距：折射波的接收地段必須在盲區范圍之 夕卜，但盲區范圍隨折射界面的深度、傾斜情況以及臨界角的大小而變化，一般做折射波法應 該據試驗工作設計激發點位置及水聽器距離；所述的水上地震折射波法激發點選