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地震折射层析技术在北京门头沟浅层勘探中的应用

地震折射波法是利用人工震源激发的地震波在介质中传播，当穿过波速不同的分界面时，波改变了原来的传播方向而产生透射，当下层大于上层介质的波速时，在入射角等于临界角的条件下，地震波地震折射层析技术在北京门头沟浅层勘探中的应用

地震折射波法是利用人工震源激发的地震波在介质中传播，当穿过波速不同的分界面时，波改变了原来的传播方向而产生透射，当下层大于上层介质的波速时，在入射角等于临界角的条件下，地震波将会沿着分界面以下层速度“滑行”，这种“滑行波”也将引起界面上层质点的振动，并以折射波的形式传至地面，若用地震仪器测量其到达地面观测点的时间和震源距，并找出其之间的函数关系，就可以求出折射界面的空间分布状态。折射波法多用于探测覆盖层（或低速带）的厚度、基岩起伏及断层产状等地质问题。

通过现场试验，观测系统参数选择如下：
◆道距：2m
◆采集通道：12道
◆炮点距：排列内放炮
◆检波器：纵波宽频检波器
◆采样率：
◆记录长度：512ms
◆模拟滤波器：全通

本次野外施工采用24磅铁锤锤击厚铁垫板做为震源，每个记录进行多次叠加直至能量足够传至每一个检波点及记录初至清晰。施工采用排列内激发，并保证每个排列有
6个激发点，这样就保证了折射层有足够的信息，提高了资料的精度。施工中每个检波器进行了耦合情况检查，这样确保检波器受到最少的外界干扰。折射勘探示意图如下所示：

项目组成员克服了干扰大、插检波器困难等不利因素，此次任务完成地震折射剖面共四条，每个剖面均排列内激发6炮，取得了较好的原始资料（如下图所示）。
2．资料处理方法
地震折射层析法（tomographic method）是近十年来发展起来的一种新的地震折射解释方法，它有效地克服了一般折射解释方法的缺点，对速度横向不均匀、下覆地层起伏变化较大或速度渐变、存在透射地形的地质情况均能给出合理精确的解释结果，是目前较先进的折射解释方法。
本次项目的资料处理采用OYO公司的SeisImager软件中的折射层析处理模块，该方法在其它折射勘查领域也取得了较好的效果。程序使用最小二乘法对初始速度模型进行反演。方法首先对模型进行射线追踪，计算炮点至检波点间的最小走时，然后与实测初至波走时进行比较，通过最小二乘法修改模型，这样反复叠代，使计算与实测初至波走时之差达到最小，则此时的速度模型即为反演结果。

方法的关键是对模型进行射线追踪，程序采用由Nakanishi和Yamaguchi于1986年提出的二维最小走时树方法，后来得到了不断的发展和完善。方法基于惠更斯和费马原理，可以同时计算出从震源到所有节点的初至波走时和相应的路径。该方法不仅原理简单、易于实现，而且能够适应复杂的地质模型。
二维最小走时树方法首先将二维地质模型离散化为一定数量的四边形单元。每个单元内速度均匀。速度的非均匀性体现在各个单元间的速度变化。每个单元的四边都分布着一定数量的节点。射线只通过这些节点进行传播。根据惠更斯原理，地震波传播到某一节点时，该节点成为一个新的波源向四周传播子波，其传播路径只与相邻节点有关。根据费马原理，只计算相对于子波源与检波点距离减少的节点的旅行时。如图所示。
图2-1 速度单元、节点及炮点到检波点间的射线路径
在进行反演前，要给定初始速度模型，根据本工程场地的地质模型自行设计了初始速度模型，模型按层状模型给出十五层，，最大速度给定6km/s。此模型适应了整个工区的地质情况，反演结果也证实了此模型是正确的。网格单元大小和单元边上的节点数关系到反演的精度和速度。在横向上，网格单元的剖分位置是由排列的检波点和炮点位置决定的；在垂向上则为十五层。程序中单元节点数一般设定为5。地震折射层析法反演流程图如下：

初至波层析法是一种采用小道距、多道接收的浅震地震勘探方法。处理方法在正演方面采用最短路径射线追踪（SPR）技术，这种方法对速度横向不均匀、下覆地层起伏变化较大或速度渐变、存在透射地形的地质情况均能给出合理精确的解释结果，是目前较先进的折射解释方法。
初至波层析勘探利用速度分布和初至波走时之间的线积分关系，根据走时残差或差分走时来反演近地表的速度结构。
是否达到精度
反演结果的评价
反演：
形成反演方程组并求解
正演：
射线追踪得到射线路径和理论走时
数据预处理：
对接收的地震资料拾取走时，建立初始模型
N
Y