典型案例索引
典型案例：
橋基樁巖溶探測
工程概況
某大橋長605.86m，橋址地表為沖積的沙與卵石層，下伏為白云質(zhì)灰?guī)r及其風(fēng)化層。12號橋基有巖溶發(fā)育，最大溶洞高達20m，埋深70m。為有效地對巖溶進行工程處理，需要詳細地了解橋基30m×30m、深度100m范圍內(nèi)巖溶的空間形態(tài)，以及周圍的巖溶與構(gòu)造背景。
勘探結(jié)果
通過1m×1m的網(wǎng)格勘探，獲得了橋基附近30m×30m×100m的三維波速結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)精度水平向點距1m，垂向點距0.5m。完成了1m間距的水平向，2m間距的垂直切片。清晰地展現(xiàn)了地層、巖溶與構(gòu)造的空間形態(tài)和三維分布，得到了鉆孔資料的驗證。 勘探結(jié)果查明，橋基存在兩層巖溶。第一層發(fā)育在灰?guī)r的強風(fēng)化層內(nèi)，埋深在22m-35m，均為填充式巖溶。第二層發(fā)育在中風(fēng)化巖中，埋深在50-70m，以未填充式溶洞為主，飽水。第二層巖溶是工程關(guān)心的主要對象。限于篇幅，這里僅展示其中3個垂直剖面與4個水平切片。圖片中紅色為高波速，藍色為低波速。中風(fēng)化灰?guī)r的波速超過2600ms/s，水的波速為1450ms/s。將高波速背景中波速低于1600ms/s異常區(qū)解釋為巖溶，其中大約包含20%灰?guī)r骨架。 剖面1、2、3為順橋向垂直剖面，剖面間距4m，有鉆孔。圖中鉆孔位置上的白色線段為揭露的巖溶位置。
剖面1波速分布與巖溶形態(tài)
剖面1中，第二層巖溶埋深在55-65m，水平長度約15m。波速異常的位置與鉆孔揭露的巖溶位置非常一致。
剖面2波速分布與巖溶形態(tài)
剖面2中第二層巖溶埋深在55-65m，斷續(xù)分布，形態(tài)復(fù)雜，局部與風(fēng)化層巖溶溝通，垂直巖溶裂隙帶發(fā)育。與鉆孔揭露的位置基本一致。
剖面3 波速分布與巖溶形態(tài)
剖面3中第二層巖溶分兩支。右支碩大，埋深52-72m，長13m。左支規(guī)模較小，埋深淺，40-50m，長度約7m。
下圖為深度53m、56m、60m與64m的四個水平切片圖。邊緣的白色區(qū)是由于場地條件的限制未能采到數(shù)據(jù)。圖中藍色區(qū)為波速低于1600ms/s的巖溶分布范圍。從水平切片中可以看出，第二層巖溶分左右兩支，左支小，占位面積約90平米，右支大，面積約180平米；左支淺右支深的特點。
4個深度波速的水平切片
下圖為垂直切片與水平切片組成的篩狀圖（視頻），可全方位地地展現(xiàn)巖溶發(fā)育的空間形態(tài)。
巖溶形態(tài)的三維篩狀顯示（視頻）
路面開裂原因調(diào)查
工程概況
某高速公路2011年1月完成加寬改擴建通車，雙向八車道。2014年定期檢測發(fā)現(xiàn)主線局部出現(xiàn)了路面裂縫，裂縫主要為縱裂，開裂位置在擴寬路幅的第4車道內(nèi)。2015年對部分路面裂縫路段加鋪了瀝青。當前可見明顯裂隙。檢測目的查清裂縫的成因和發(fā)展趨勢，為工程處治提供依據(jù)依據(jù)。道路結(jié)構(gòu)、開裂位置與測線布置及現(xiàn)場探測照片見下圖。
測線布置
共布置五條測線垂直于道路走向。每條長18m，探測深度10m。
勘探結(jié)果
選擇有代表性的第2、3條剖面示于下圖。探測的速度與偏移圖像剖面結(jié)果顯示，路基路面結(jié)構(gòu)按力學(xué)性質(zhì)大致分為4層，波速從上到下逐步升高，逐漸變得密實。
0-2m深度內(nèi)平均波速900m/s，
2-5m范圍波速升高到1000m/s，
5-8m波速為1300m/s，
8m以下波速為1300-1400m/s。
新舊兩路基結(jié)構(gòu)橫向變化明顯，界面不連續(xù)。在新擴寬的半幅內(nèi)，埋深1-2m的范圍內(nèi)存在低速層，表明路基結(jié)構(gòu)變得疏松，充水，這是導(dǎo)致路面開裂的內(nèi)在原因，是治理的主要對象。
重慶場地巖溶裂隙帶探測
工程概況
某場地擬建大型停車場，擔(dān)心場地內(nèi)有隱伏巖溶，開展了電法、面波等多種物探手段進行探查，均未探明。尋求使用地震散射方法解決該問題。
場地圖紙
場地圖紙
探測結(jié)果
SSP散射地震偏移圖像是對散射強度即反射系數(shù)成像，它 反應(yīng)地層界面波阻抗的差異大小。紅色表示波阻抗升高的界面， 藍色為波阻抗降低的界面。圖像橫坐標為里程，縱坐標位深度， 是空間域圖像。 地層速度圖像是巖土介質(zhì)地震縱波速度的分布成像，反應(yīng)巖土介質(zhì)彈性模量高低的分布。波速高便是介質(zhì)的模量高。
從下圖得到，表層0-7m，地層波速在660-1000m/s，推斷為松散層。
7-15m，地層波速在1000-1500m/s，推斷為殘積層。
15-25m，地層波速在1500-1800m/s，推斷為全風(fēng)化層。
25m以下推斷為強風(fēng)化層。 在里程5，17，25，31m處存在裂隙帶。
場地圖紙
剖面1波速分布與巖溶形態(tài)
山西某縣煤礦采空區(qū)探測
工程概況
山西某煤礦，礦區(qū)內(nèi)原有15處民采區(qū)，由于無序開采，無開采資料可查。根據(jù)有限的地質(zhì)鉆孔，只能作粗略估計。 區(qū)內(nèi)ZK2001、ZK2400、ZK1600、ZK3200等鉆孔揭露8號煤層采空區(qū)埋深在20-30m，ZK26A08、ZK2808等鉆孔揭露13號煤層采空區(qū)埋深在100m左右。 為確保礦山生產(chǎn)安全，決定用SSP(地震散射剖面法）對采空區(qū)的分布進行物探勘查，以便采取有效的治理措施。
圖1：地震測線布置
探測結(jié)果與解釋
SSP地震散射勘探提供波速分布圖像（二維偏移速度剖面圖2，二維層速度剖面圖3）以及地震偏移圖像（圖4）。
偏移速度與層速度剖面主要反映巖體波速的分布特征，特別是低速區(qū)的分布與采空與坍塌區(qū)密切相關(guān)。層速度圖像中紅色、黃色為高波速區(qū)，對應(yīng)未受開采影響的巖層，包括砂巖和煤層，波速在2500m/s以上；綠色與淡藍色為中波速區(qū)，波速在1500-2500m/s范圍內(nèi)，對應(yīng)受開采影響較小的卸荷區(qū)，巖體結(jié)構(gòu)變化不大；藍色為低波速區(qū)，波速在1000-1500m/s，為坍塌與開裂區(qū)，巖體結(jié)構(gòu)已遭受嚴重破壞；深藍色區(qū)波速極低，為采空區(qū)，波速在1000m/s以下。
圖2，圖3顯示了除地表風(fēng)化巖體為低波速區(qū)外，地下隱伏的低速區(qū)分為深、淺兩層，每層又分左右兩支。淺部的低速區(qū)深度在10-30m范圍內(nèi)，比較分散，規(guī)模不大，右支里程50-120m，左支150-190m，對應(yīng)著二疊系山西組煤層的采空區(qū)。深層的低速層深度在60-80m范圍內(nèi)，采空規(guī)模大，低速區(qū)聯(lián)通性好。右支里程40-110m，左支150-220m，對應(yīng)石炭系太原組煤層的采空區(qū)。
圖2：二維偏移速度剖面
圖3：二維層速度剖面
SSP偏移圖像主要反映地層界面的分布形態(tài)和構(gòu)造特征。圖中黃色層位對應(yīng)強度較高的砂巖與未開采的煤層，地層的形態(tài)十分復(fù)雜，折曲嚴重，說明該地區(qū)處于構(gòu)造發(fā)育地帶。在偏移圖像中采空區(qū)與坍塌區(qū)的特點是以深藍色為主的強烈負散射區(qū)和淡藍色的負散射區(qū)。這些采空與坍塌區(qū)主要分布在兩段區(qū)域，一個是里程35m-100m、深度10-70m的范圍內(nèi)；另一個是170m-220m、深度10m-80m的范圍內(nèi)。
圖4：SSP偏移圖像
廣西巖溶探測
工程概況
2015年1月，山東某工程勘察單位在廣西桂林進行巖溶檢測的物探工作，場地屬于山前沖洪積微平地，灰?guī)r地區(qū)，鉆探揭露了幾個溶洞，為全填充，填充物為砂、土，干溶洞。高密度電法對干溶洞不敏感，采用地震法探測。
圖1 場地典型照片
地震測線長500米，63.5公斤重錘作為震源，1.0m高處落下。24道采集，每次移動2道，道間距2m，最后部分信號很差，記錄可用的測線470米。
本次勘探的目的是了解巖溶的分布情況，為下一步的工程處置提供依據(jù)。
勘探技術(shù)原理
檢測使用SSP地震散射成像技術(shù)。該技術(shù)基于地震散射原理。地表激發(fā)地震波，當?shù)卣鸩▊鞑ビ龅降叵路蔷鶆虻刭|(zhì)界面時，會產(chǎn)生散射。通過地表接收的散射波，可重建地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分布圖像。
圖2 SSP偏移成像結(jié)果
圖3 SSP速度掃描結(jié)果
勘探結(jié)果與評價
根據(jù)地震偏移與速度剖面，表層松散層厚度大約10-20m，下部高速層為灰?guī)r地層，界面深度起伏變化較大。 - 圖中藍色方框畫出的是巖溶洼地； - 橢圓框畫出的是灰?guī)r中的隱伏巖溶填充區(qū)； - 白色方框畫出的是局部灰?guī)r隆起。 分別位于里程100-125米處65-80米深度內(nèi)，260-410米處65-100米深度內(nèi)，430-460米處35-50米深度內(nèi)。
某海域海底孤石地震勘探
工程概況
某海底隧道應(yīng)用盾構(gòu)機挖掘，需查清地層分布與基巖面埋深，特別是殘余風(fēng)化孤石的分布。地震剖面位于珠海海域，海水較淺，海底貝殼厚度大，應(yīng)用空氣壓縮震源，二次波干擾大。常規(guī)的資料處理方法無法得到有效結(jié)果。
圖1 場地典型照片
地震測線長200米，氣槍作為震源。
勘探目的查清地層分布與基巖面埋深，特別是殘余風(fēng)化孤石的分布。
資料分析技術(shù)原理
資料處理應(yīng)用SSP地震散射成像技術(shù)，開發(fā)出濾除二次波的軟件功能。 在地震偏移剖面和縱波速度剖面內(nèi)。地震偏移圖像是對反射系數(shù)即散射強度成像，反應(yīng)地層波阻抗的差異，是空間域的圖像，橫坐標是里程，縱坐標是深度。圖內(nèi)紅色表示波阻抗升高的界面，藍色為波阻抗降低的界面。波速圖像反應(yīng)縱波速度的分布，高速用紅黃色，低速用藍綠色。海水的波速1450m/s，淤泥的波速1500-1600，粘土與砂的速度在1600-2000 。 全風(fēng)化2000以上、強風(fēng)化2200以上、基巖3000以上。
圖2 海底孤石地震偏移剖面
圖3 海底孤石地震波速剖面
探測結(jié)果：
此次勘探深度為100m。地震偏移圖像和波速分布剖面顯示： - 測區(qū)水深6m左右，10m、20m、30m深度上存在連續(xù)性較好的沉積地層界面。
- 20m以內(nèi)上地層松軟，以淤泥為主，波速較低，在1450-1700m/s范圍。
- 20-30m深度范圍波速1700-1900，細砂為主，30-40m深度范圍，波速升高，在1900-2000m/s范圍，推測以粘土、粗砂殘積物為主。
- 40m左右開始進入全風(fēng)化層，波速大于2000m/s，其中留有大量不完全風(fēng)化的球狀與柱狀孤立體。這些孤立體的波速高于2500m/s，已標識在速度圖中。強風(fēng)化層較厚，波速在2200-2500m/s，橫向變化大。
- 全風(fēng)化與強風(fēng)化的界面不明顯?；鶐r界面清楚，起伏較大，波速大于3000m/s。最淺埋深在60-80m，多數(shù)地段埋深在90m以下。