第七十七期：浅层折射波和反射波的原理及其应用实例
浅层折射波和反射波的原理
通过研究人工激发的弹性波在地壳内的传播规律来勘探地质构造的方法。由锤击或爆炸引起的弹性波，从激发点向外传播，遇到不同弹性介质的分界面，将产生反射和折射，利用检波器将反射波和折射波到达地面所引起的微弱振动变成电信号，送入地震仪经滤波、放大后,记录在像纸或磁带中。经整理、分析、解释就能推算出不同地层分界面的埋藏深度、产状、构造等。常用于探测覆盖层或风化壳的厚度，确定断层破碎带，在现场研究岩土的动力学特性等,可分为折射波法和反射波法两种。反射法主要利用其在不同界面的反射判定地下构造发育情况；折射法主要利用其在界面滑行等特性了解覆盖层厚度及进行速度分层；浅层地震面波法主要是在地表用脉冲竖向震源激发，沿波的传播方向设置一定间距的检波器接收地震波，通过分析竖向不同频率面波的传播特征来反映不同深度的地质结构情况。因此，地震勘探的基本原理就是利用地震仪把反射和折射的地震波信号记录下来，测定其到达地面各接收点的时间和震动特征，利用时距曲线进行计算，并分析地震波的形成和数据处理，来确定地下地质界面的埋深和产状。
浅层折射波以及反射波的数据采集系统
（1）反射波的形成：当相邻上下两种岩层的波阻抗(密度与波速的乘积)不相等，即 时，才能在岩层分界面上形成反射波。上下两种岩层的波阻抗差异越大，沿走向延伸越长，且比较平滑的界面是最良好的反射界面。
(2)折射波的形成：入射波到达不同的岩层界面时，不仅能形成反射波，而且还能形成透射波在第二介质中的传播，它们之间应满足折射定： 。当下层波速 大于上层波速 时，形成折射波的面，称为折射面，也称为速度界面。随着入射角 增大，而折射角 也随之增大，当 逐渐变化到 (临界入射角)时， 增至到90。，即发生全反射现象，则波成为沿界面滑行的滑行波。
由反射波折射波的形成可得出采集数据所要求的有：震源，检波器，浅层地震仪以及如何布置导线和相应的观测系统。
由于浅层地震探测深度不大、要求分辨率高，因此除要求震源有适当的能量、安全可靠和便于使用外，往往还要求采用能产生较高频率成分的震源。常用的震源有：锤击震源、雷管和炸药震源、地震枪震源、电火花震源，此外还有一种振动频率范围和震动持续时间可以调节的可控震源，以及用于产生横波和面波的各种专用震源等。检波器是把地震波到达引起的地面微弱振动转换成电信号的换能装置，也称拾震器。目前常用的检波器主要由线圈、弹簧片和永久磁钢架以及外壳组成。当地震波传播到地面时，检波器随之发生震动，由于惯性作用，其线圈和磁钢将发生相对运动而产生和震动周期相对应的感应电流信号，通过浅层地震仪将电信号进行放大、显示并记录下来，从而拾取地震波。这类检波器输出的信号电压和其振动时的位移速度有关，因此又称速度检波器。此外还有利用晶体压电效应特性制成的晶体检波器。
为了确数据的准确性减少劳动强度，对震源、地震仪和检波器还有如下规范要求：地震勘探可使用爆炸震源、锤击震源和落重震源等;震源应能激发所选工作方法需要的主频地震脉冲，能量可控并符合探测深度要求;爆炸机性能应安全可靠，并具备记时回路触发功能;锤击震源和落重震源应操作方便、重复性好;记时信号延迟时差不大于0.5ms;地震仪宜选用12道或24道浅层数字地震仪，具有信号增强、延时、内外触发、前置放大、滤波、数字采集等功能;采样率可选、最小采样间隔不大于0.05ms;记录长度不小于1024样点/道，且可选;A/D转换精度不小于12bit;动态范围不小于96dB;通频带为2～2000Hz;放大器内部噪声不大于1μV;各道检波器之间固有频率相差应小于10%，灵敏度相差应小于10%，相位差应小于1ms;绝缘电阻不小于10MΩ;井下和水下使用的检波器，应有良好的防水性能;地震记录道各道之间的相位差应小于1.5ms;各道之间的振幅差应小于15%。
在浅层折射法的现场数据采集中，为了压制干扰波和确保对有效波进行追踪，激发点和接受点之间的排列和各排列的位置都应保持一定的相对关系，这种激发点和接收点之间以及排列和排列之间的位置关系称为观测系统。折射波和反射波的形成和传播特征不同，所以观测系统的设计也有所不同。折射波的测线类型分为纵测线和非纵测线，纵测线是工作中的主要测线，而包括横测线和弧测线的非纵测线一般只是辅助测线，用来弥补纵测线的不足。而纵测线中根据测线间不同的组合关系又可以分为单支时距曲线观测系统、相遇时距曲线观测系统、多重相遇时距曲线观测系统以及追逐时距曲线观测系等.
在浅层反射波法现场数据采集中，为了压制干扰波和突出有效波，也可根据不同情况选择不同的观测系统，宽角范围观测和多次覆盖观测是使用最多的。宽角范围观测是将接受点布置在临界点附近的范围进行观测，此范围内反射波的能量比较强，并且可以避开干扰波的影响，对“弱”反射界面更有优越性。多次覆盖观测系统就是把不同激发点、不同接收点上接收到的来自同一反射点的地震记录进行叠加，这样就可以提高信噪比和地震剖面的质量，也是目前地震反射波法中使用最广泛的。
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