一種漂浮纜式水聽器的水上地震折射數據采集方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于水電工程勘察技術領域，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，特別涉及一種基于漂浮纜式水聽器的水上地震折射數據采集方法。
【背景技術】
[0002] 水電前期各階段的勘察主要是選擇合適的壩址、調查庫區(qū)地質條件等，在工程探 測中查明各個區(qū)域的覆蓋層厚度、風化層厚度和沖擊層厚度，了解下伏基巖縱波速度以及 低速帶的分布范圍。在水利水電地球物理勘探中，水上地震折射勘探是最為常見的一種物 探方法。目前，在水電工程壩址河床勘探獲取沖積層厚度和基層波速時，主要通過炸藥震源 布置地震折射剖面來進行勘察。但是，隨著西部大開發(fā)的深入，國外項目的增多，水上地震 折射勘探的作業(yè)環(huán)境也隨之發(fā)生了根本性的改變。一方面，水上地震折射勘探趨向于在相 對狹窄、水流湍急，且多數不具備通航條件的河段開展；另一方面火工材料的購買、運輸、保 管、使用和銷毀等環(huán)節(jié)變得異常艱難，甚至有些工地根本無法獲取火工材料。這給傳統(tǒng)水上 地震勘探工作帶來巨大困難，甚至無法開展，因此，要結合海上物探工作方法，尋找以非爆 炸震源替代炸藥震源的一種綠色環(huán)保，高效率低成本，安全可靠的水上地震折射數據采集 方式。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種基于人工夯錘震源和漂浮纜式水聽器的水上地震折射 數據采集方法，在保證目標勘探深度的條件下，采用綠色環(huán)保，高效率低成本，安全可靠夯 錘敲擊鋁合金板激發(fā)地震波來代替炸藥震源激發(fā)地震波，在河面上布置跨河剖面，在河流 兩岸剖面站點進行撞擊，在河中采用海上漂浮纜式水聽器來接收地震信號的方式來進行外 業(yè)的數據采集。
[0004] 本發(fā)明采用的技術方案如下： 一種基于人工夯錘震源和漂浮纜式水聽器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。測線布置應該遵循以下基本原則：第 一，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 鉆探的勘探線重合；第三，測線要均勻地分布在全測區(qū)；第四，當地層傾角較大時，應改變 測線方向以避免盲區(qū)過大或接收不到折射波。
[0005] 步驟（2)，確定激發(fā)點位置：折射波的接收地段必須在盲區(qū)范圍之外，但盲區(qū)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；地震折射波法在設計觀測系統(tǒng)時 根據據試驗工作設計激發(fā)點位置，而水上地震折射波法激發(fā)點設在岸邊；試驗工作布置在 擬定測區(qū)內河道相對較直、水流相對較平穩(wěn)的河段；在無已知資料時，根據河流寬度，初步 設計試驗剖面長度為河流寬度的2~5倍；因左、右岸激發(fā)點是在剖面上的，所以布置剖面時 要兼顧選取的激發(fā)點的位置，使其盡可能靠近岸邊且便于敲擊，左、右岸激發(fā)點選定后，該 兩點間的距離即為剖面長度，在剖面的測試過程中，激發(fā)點位置不得更改和移動； 步驟（3)，架設跨江剖面：設計好跨江剖面后，以剖面左、右兩端為端點架設鋼絲繩，鋼 絲繩上掛上掛鉤，數據電纜從掛鉤中通過；掛鉤上掛上固定漂浮纜式水聽器的繩子，并將漂 浮纜式水聽器系在繩子上，保證漂浮纜式水聽器呈直線，且不會被水流沖走；根據測試剖面 實驗結果，確定跨江剖面的長度范圍，為使所測河段內的解釋點均勻分布，跨江剖面為平行 等間距布置；依據勘察精度的要求確定剖面間距大小，間距為20m~40m，掛鉤的間距為5m或 l〇m;原因有兩點，其一：掛鉤間距可用作接收點間距，便于計數；其二，相同的掛鉤間距可 以保證電纜的受力均勻，使電纜線不易落水，延長其使用壽命； 步驟（4)，數據采集：采用相遇時距曲線觀測系統(tǒng)，在步驟（2)確定的一側岸邊激發(fā)點 位置，采用人工夯錘敲擊激發(fā)地震波，對人工夯錘敲擊其鋁合金板激發(fā)地震波的能量的具 體要求如下：夯錘底端錘擊點離墊板面的距離一般為40cm~60cm;在40cm~60cm范圍內選擇 時，當探測目的層相對較薄時，能量可以相對小，夯錘底端與墊板的距離可在40cm~5〇Cm之 間，采用自由落體的速度進行錘擊；當探測目的層相對較厚時，所需能量也大，夯錘底端與 墊板之間的距離要在60cm左右，并在夯錘下落的瞬間需要人工施加向下的動力，以確保夯 錘下落的速度大于自由落體運動的速度，從而增大夯錘的沖擊力度。
[0006] 用漂浮纜式水聽器接收地震波，完成一側的數據采集后，改變激發(fā)點到步驟（2)確 定的另一側岸邊激發(fā)點位置，重復以上采集過程，從而最終完成數據采集。漂浮纜式水聽 器為單道水聽器，無間距要求，除最后一次端點的接收外，每次接收地震波后，水聽器都要 求按固定等間距移動，目的是使接收點相對激發(fā)點的距離等于整倍數，便于資料的處理、制 表、繪圖。
[0007] 步驟（5)，數據處理：在數據集采集后，經過數據處理、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的目的。根據同一剖面相同激發(fā)點不同接收 點的地震記錄，讀取折射波旅行時間，繪制綜合時距曲線，在h法、延遲時法、共軛點法、時 間場法等淺層地震折射波勘探解釋方法中任選一種，求解折射界面上覆介質平均速度、基 巖波速和界面深度。根據定量解釋成果，繪制河床基巖波速等值線圖和河床沖積層厚度等 值線圖，依據基巖波速大小，可初步評價測區(qū)河段內的河床基巖完整性。
[0008] 其中，h法、延遲時法、共軛點法或時間場法可根據《水利水電工程物探規(guī)程》等相 關文獻所記載的內容來確定。
[0009] 本發(fā)明技術方案中步驟（4)所述的人工夯錘包括錘頭、頂板、桿和墊板；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(fā)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(huán)，兩桿件穿過挑環(huán)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(fā)線的緊固螺栓；所述墊板由鋁合金制成。
[0010] 進一步，優(yōu)選的是所述錘頭的側壁上設置有吊環(huán)。
[0011] 進一步，優(yōu)選的是所述吊環(huán)通過螺紋結構與錘頭固定連接。
[0012] 進一步，優(yōu)選的是所述墊板的側壁上設置供繩索栓掛的孔。
[0013] 進一步，優(yōu)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
[0014] 本發(fā)明采用一種便于運輸、可以拆卸，施工起來安全、可靠，激發(fā)能量能達到勘探 要求的夯錘震源在河岸激發(fā)地震波，水中采用海上漂浮纜式水聽器接收地震波，并根據測 線設計從剖面的一端開始進行激發(fā)和接收，按照一定的間距向剖面的另一端不斷改變漂浮 纜式水聽器位置，每移動一次進行一次激發(fā)和接收；然后改變激發(fā)點位置到河的另一岸，重 復以上采集過程，從而最終完成整個數據采集過程。
[0015] 本發(fā)明與現有技術相比，其有益效果為： (1) 本發(fā)明的人工夯錘中使用鋁合金板替代傳統(tǒng)鐵墊板，實驗表明采用一定規(guī)格的鋁 合金板代替鐵板敲擊能激發(fā)出頻率更高，能量更大、更集中的地震波，此種夯錘震源代替炸 藥震源的外業(yè)數據采集模式； (2) 本發(fā)明海上漂浮纜式水聽器的使用，更改了傳統(tǒng)炸藥震源河中激發(fā)，檢波器在河流 兩岸接收地震信號的采集方式，變?yōu)楹恿鲀砂镀拭娑它c激發(fā)，河中漂浮纜式水聽器接收，完 成數據采集，更加安全可靠； (3) 本發(fā)明滿足一般淺層地震工程的勘測要求，并將海上物探使用的漂浮纜式水聽器 應用到河流中也是第一次創(chuàng)新和改進。
[0016] (4)本發(fā)明設計出了一套基于夯錘震源和漂浮電纜系統(tǒng)的水上地震折射勘探的數 據采集與作業(yè)方式，解決了使用炸藥震源對生態(tài)環(huán)境破壞和污染的問題，施工安全性大大 提高，已成功應用于國內、外水電工程，取得了良好的效果，在水電水上勘探中有廣泛的市 場前景和推廣價值。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的水上地震折射勘探野外數據采集施工示意圖； 圖2為本發(fā)明人工夯錘的錘頭的立體圖； 圖3為本發(fā)明人工夯錘的頂板的立體圖； 圖4為本發(fā)明人工夯錘的墊板的立體圖； 圖5為本發(fā)明人工夯錘的裝配立體圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0019] 本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應視為限定本發(fā) 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(guī)產品。
[0020] 如圖1所示，一種基于人工夯錘震源和漂浮纜式水聽器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(tài)，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(qū)，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(qū)過大或接收不到折射波。例如，在南盤江大橋水電站，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(qū)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(qū)。
[0021] 步驟（2)，確定激發(fā)點位置：折射波的接收地段必須在盲區(qū)范圍之外，但盲區(qū)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；地震折射波法在設計觀測系統(tǒng)時 根據據試驗工作設計激發(fā)點位置，而水上地震折射波法激發(fā)點設在岸邊；試驗工作布置在 擬定測區(qū)內河道相對較直、水流相對較平穩(wěn)的河段；在無已知資料時，根據河流寬度，初步 設計試驗剖面長度為河流寬度的2~5倍；因左、右岸激發(fā)點是在剖面上的，所以布置剖面時 要兼顧選取的激發(fā)點的位置，使其盡可能靠近岸邊且便于敲擊，左、右岸激發(fā)點選定后，該 兩點間的距離即為剖面長度，在剖面的測試過程中，激發(fā)點位置不得更改和移動。例如，