地震折射法簡述

一、地震折射波

要介紹折射波層析法先要說地震折射波的形成條件。形成折射波的地層必須滿足一下條件：

l  被探測界面相對穩定，并有延續性；

l  上覆地層的波速小于下層波速，如v₀12；

地震波的入射角等于臨界角。

        

二、地震折射波法能干什么

淺層地震折射波法主要用于解決工程、環境和水文地質等問題，常用來探測近地表層厚度、尋找隱伏斷層、確定基巖起伏、探測潛水面深度、判別溶洞、裂隙發育的位置以及評價巖體質量和分類等，其探測效果往往優于反射法（好吧，說了那么多，其實很多都是摘抄的文字，我個人覺得折射法對于探測近地表層厚度、尋找隱伏斷層、確定基巖起伏效果還是不錯的，其它的效果就見仁見智了）。

下面這是折射波的典型應用，當然這個工程不是我做的，應該是歪果仁做的研究，但是可見折射波法還是很有用的。

當然，咱也得來點接地氣的，下面這張圖是我在北京某山用地震折射做的隧道勘察成果圖，可見巖層風化面還是能較好的區分的。

      

        北京某隧道折射成果剖面

三、地震折射波的數據處理

地震折射波解釋方法通常用哈萊斯法，截距時間法等圖解法和解析法，不需要大型的地震處理軟件，更不用反褶積、動靜校正、速度分析、疊加、偏移等諸多處理手段。

下面就簡單介紹一下：

①讀取目的層界面的折射波初至時間，繪制時距曲線圖。

在地震記錄上，讀出各檢波點上折射波到達時間（如下圖一）后，將其繪制在以時間為縱坐標、以檢波點位置為橫坐標的直角坐標系中。一般距離比例尺等于檢波距，時間比例尺以清晰為準，具體根據實際工作地區的工作目的和成圖要求而定。圖二為本次工作中實測的一組折射波相遇時距曲線。

      

        圖一 折射波初至拾取           圖二 實測折射波相距時距曲線

②根據時距曲線圖利用截距時間求界面深度。

如圖三所示，設O₁和O₂分別為兩個激發點，得到兩條相遇時距曲線S₁和S₂。當此傾斜界面為平面時，S₁和S₂皆為直線段，若將S₁和S₂延長，分別和其對應的時間軸相交于t₀₁和t₀₂，根據折射波的截距時間利用下式得出h₁和h₂，以O₁和O₂為圓心，分別以h₁和h₂為半徑作圓，然后作這兩圓的公共切線，便得到所求的折射面。

                        式1

         

圖三  截距時間法求界面深度  

     

 a                                                  b

圖四  t₀法原理圖

如圖四a所示，設在O₁和O₂點激發，得到兩條折射波時距曲線S₁和S₂，對應于測線上的點S可得到折射波傳播時間，其中t₁和t₂分別表示為：

在O₁點激發的折射波沿界面傳播到達O₂點的時間與折射波從O₂點沿相同路徑相反方向傳播到O₁點的時間相同，稱為互換時間T

       當折射界面R的曲率半徑比埋深大得多時，可以把SBC近似地看成是等腰三角形。從檢波點S繪垂直平分線Sm，則Sm等于S點下方折射面的法向深度h。為求這一點的深度h，設計t₀函數的表達式為：

                      式2

                                       式3、4、5

     上式的形式和截距時間完全相同，但其表示的深度不是震源下的折射界面的深度，而是S點下的折射界面的法線深度。根據S₁和S₂計算出的測線上各點的t₀(x)值如圖四b所示，根據式五，界面任意一點的深度可用下式計算：

                          式6

根據式6求出界面上各點的深度和截距時間法的式1類似。因此，此方法也稱為t₀法。

式6中的cosi需要v₂才能計算出來，設計差數函數q的表達式為：

根據S₁和S₂計算出的測線上各點的q(x)值如圖四b所示。由于t₂是反向接收的時距曲線，應取負值。q函數的斜率為：

      式7

                式8

如果折射界面傾角小于15°，則上式為：

                        式9

因此，當折射面起伏不大時，用式9可以求得折射界面的速度，在v₁已知的條件下，根據t₀函數，即式6可獲得測線上各點的折射面法線深度。

 ⑤繪制地震地質成果解釋剖面圖，并做出地質解釋。

繪制折射界面時，以各點的h為半徑、S為圓心作弧，圓弧軌跡切面就是折射界面的可能位置。同樣地，各測點相應圓弧的包絡就是所求的折射面，如圖四b所示。

四、典型成果圖

下圖是本人在埃塞俄比亞首都Addis Ababa國際機場做的一個勘察項目，主要是定場地下方基巖面，由于受種種條件限制，最后采用的是局部鉆孔勘察，大部分采用地震折射法，效果較好。通過折射波法把下方的地層界面勾勒的很清楚，當然這很大程度上也得益于當地的地層較穩定。

五、結語

地震折射波法在平坦區域，下覆地層較連續穩定時能有較好的效果，但碰到陡峭山區則效果不那么明顯，但相應的我們可以采用地震折射層析成像法，本人在陜西秦嶺采用折射層析成像法也取得過較好的勘察效果。但不足之處是探測深度較低。

下圖是陜西秦嶺采用折射層析法勘察的剖面圖。