山东科技大学地球物理勘探实习指导书.docx
《山东科技大学地球物理勘探实习指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东科技大学地球物理勘探实习指导书.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
山东科技大学地球物理勘探实习指导书
工程物探实习指导书
适用课程：
工程物探、地球物理勘探
编写单位：
山东科技大学地科学院地球物理系
编写人:
朱鲁翟培合
2014年9月
一、目的要求
1、实习目的：
地球物理勘探实习是地质工程专业在学习完地球物理勘探课程后进行的一项教学实习。
通过实习使学生对地球物理勘探的各种方法原理和野外工作方法有进一步了解，并对地球物理勘探使用的各种仪器有所了解。
为今后从事地质工作和物探工作打下基础。
2、实习要求：
（1）基本掌握电法勘探、地震勘探的野外工作方法和步骤。
（2）了解电法勘探、地震勘探所使用的仪器设备。
（3）了解电法勘探、地震勘探数据处理方法和过程。
（4）掌握电法勘探、地震勘探的资料基本解释方法。
二、实习时间安排
1、第1天进行实习动员，提出具体要求和安排，并进行分组。
然后了解熟悉实习所使用的仪器设备。
2、第2-6天根据分组情况，进行野外电法勘探和地震勘探数据采集。
3、第7、8天进行资料处理和资料解释。
4、第9、10天在资料解释基础上，整理提交实习报告。
三、实习仪器
1、电法勘探实习仪器
电测深法仪器：
WDJD-1型多功能数字直流激电仪，90V电源，4根标有刻度的电缆，5个电极，4把锤子。
电剖面法仪器：
WDJD-1型多功能数字直流激电仪，90V电源，4根标有刻度的电缆，5个电极，4把锤子。
高密度电阻率法仪器：
DWZJ—1型多功能电极转换器，电源，WOJO型多功能数字直流激电仪，30个电极，带有至少能接30个电极的电缆两根。
2、地震勘探实习仪器
反射波法勘探实习仪器：
DTW24工程地震仪，笔记本电脑，12V电源，带导线及感应器
的大锤，铁板，检波器（24个），电缆一根。
瑞雷波法勘探实习仪器：
DTW24工程地震仪，笔记本电脑，12V电源，带导线及感应器
的大锤，铁板，检波器（24个），电缆一根。
四、实习内容、方法与注意事项
（一）、实习的基本内容
地球物理勘探实习内容包括电法勘探和地震勘探实习两部分内容。
1、电法勘探实习
电法勘探实习内容包括电测深法、电剖面法和高密度电阻率法三种方法。
2、地震勘探实习
地震勘探实习内容包括反射波法地震勘探、瑞雷波法地震勘探两种方法。
（二）、具体的方法内容
1、电法勘探实习
（1）、电测深法
电阻率测深法（resistivitysounding）简称电测深法。
它是在地面的一个测深点上（即MN极的中点），通过逐次加大供电电极,AB极距的大小，测量同—点的、不同AB极距的视电阻率ρs值，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。
电测深法多采用对称四极排列，称为对称四极测深法。
在AB极距离短时，电流分布浅，ρs曲线主要反映浅层情况；AB极距大时，电流分布深，ρs曲线主要反映深部地层的影响。
ρS曲线是绘在以AB/2和ρS为坐标的双对数坐标纸上。
在实际工作中，由于AB极距不断加大，若MN的距离始终保持不变，则ΔUMN将逐渐减，以至于无法观测。
因此，随着AB极距的加大，需要适当地加大MN距离，以保证顺利进行观测。
通常要求满足以下条件
AB≥MN＞
AB
电测深法在水文地质、工程地质和煤田地质工作中应用较多。
除对称四极测深法外，还可以应用三极测深、偶极测深和环形测深等方法。
但我国应用最多的是对称四极测深法。
如下图所示，为一四极对称装置，A，B为供电电极，M，N为测量电极，通过改变供电电极距AB来测量沿深度方向上视电阻率ρS的变化。
图1四极对称装置图
实习的时候，一般沿着一条特定的勘探线以某一间距布设多个测深点，一个班级分成几个小组，每仪小组测量这条勘探线上的几个测点，我们在实习时就是以10m为间隔布设测深点，一组测量四个测深点。
在每个测深点上，以该测点为中心，在其两侧分别布设一个测量电极和供电电极，供电电极距一半的取值依次是：
1m，2m，3m，5m，7m，10m，13m，16m，20m，24m，29m，34m，测量电极距的一半取值依次是：
0.5m，1m，1.5m，2.5m，3.5m，5m，6.5m，8m，10m，12m，14.5m，17m。
即
=0.5，仪器通电后，可读取数据ρS、ΔUMN和I，并记录。
通过公式K=pi*RAM·RAN/RMN
算出的K值与仪器上显示的K值作比较，可以检验所测数据的正确性。
在每个测深点上用相同的方法进行测量，并记录下所有的ρS及AB/2，可作出每个测深点的测深曲线；集合12个测深点的所有ρS值，可作出多条物探线的等视电阻率断面图。
参数设置如下：
AB/2=1m，2m，3m，5m，7m，10m，13m，16m，20m，24m，29m，34m；
MN/2=0.5m，1m，1.5m，2.5m，3.5m，5m，6.5m，8m，10m，12m，14.5m，17m。
MN/AB=1/2，测线为Ⅱ线。
表1电测深数据记录表格
AB/2
1
2
3
5
7
10
13
16
20
24
29
34
MN/2
0.5
1
1.5
2.5
3.5
5
6.5
8
10
12
14.5
17
K
1/Ⅱ
ΔU（mv）
I（ma）
ρS（Ω.m）
2/Ⅱ
ΔU（mv）
I（ma）
ρS（Ω.m）
...
图2等ρS断面图
在电法勘探中，我们通常把按电性不同所划分的地质断面称为地电断面。
一般在研究和分析电测深曲线类型及其变化规律的基础上，结合地质资料便可以初步了解地电断面的结构及其分布状况。
电测深曲线类型取决于地电断面中电性层的数目及其分布，此处，我们谈论水平层状地电断面及其所构成的电测深曲线类型。
二层曲线有两种：
一个是G型曲线，另外一个是D型曲线。
图3水平二层电测深曲线类型图
三层曲线有四种：
H型，A型，K型，Q型。
图4水平三层电测深曲线类型图
电测深资料的解释一般包括定性解释和定量解释两个阶段，定性解释可以给出测区内电性层的分布及其与地质构造的关系；定量解释则可获得电性层的埋深及厚度。
二者的正确运用和紧密结合方能做出符合客观实际的地质结论。
电测深的资料解释，必须遵循从已知到未知、从易到难、反复实践、反复认识的原则。
电测深资料的定性解释是获取测区内地质——地电结构的重要阶段，它可以提供区内电性层的分布、地电断面和地质断面的关系以及测区地质构造的初步概念。
电测深曲线的解释主要是根据反映测区电性变化的各种图件来进行的。
电测深的曲线类型图一般是在相应比例尺的平面图或剖面图上标出测点的位置，然后再测点旁边用小比例尺绘出该点的电测深曲线或标出该点曲线类型的符号。
由于电测深曲线类型取决于地电断面的性质，因此通过曲线类型的分布与变化便可了解地下岩石的电性结构。
通常曲线类型发生变化的原因一般是：
某岩层的缺失或新岩层的出现，或者地质构造的变动所造成的岩石层位的变化等。
等视电阻率断面图是电测深解释图件中重要的一种，从这种图上可以看出基岩起伏、构造变化及不同深度电性层沿测线方向的变化。
（2）、电剖面法
电阻率剖面法简称电剖面法。
电剖面法是供电电极距AB和测量电极距MN不变，测量电极侧线方向逐点进行测量，以探测地下一定深度内地电断面沿水平方向的变化。
它的变种方法较多，因此适应各种地电条件的能力较强，应用范围较广。
它不仅能有效地寻找金属矿和非金属矿，还可以进行地质填图，解决地质构造等问题，并且在水文地质和工程地质调查中，也获得了广泛应用。
首先指出，无论哪种装置类型，其共同特点是：
用供电电极（A、B）向地下供电，同时在测量电极（M、N）间观测电位差（△UMN），并计算出视电阻率（ρs），各电极可沿选定的侧线同时（或仅测量电极）逐点向前移动和观测。
剖面法常用于探查地下一定深度范围内的横向电性变化，以此解决多种地质问题。
目前，我国常用的剖面法装置类型有图5所示的几种，现分述如下：
1）.对称四极装置（ABMN）
这种装置的特点是AM=NB，记录点取在MN的中点。
其ρs表达式为:
其中
当取AM=MN=NB=a时，这种对称等距排列，在国外称为温纳装置。
其装置系数为：
KW=2πa
2）.二极装置（AM）
这种装置的特点是：
供电电极B和测量电极N均置于“无穷远”处接地。
这里所指的“无穷远”具有相对概念，如对Ｂ极而言，若相对Ａ极在Ｍ极产生的电位小到实际上可以忽略，便可视Ｂ极为无穷远；对Ｎ极而言，若Ａ极在Ｎ极产生的电位相对M极很小以致可以忽略时，便认为N极位于无穷远，并取那里的电位为零。
因此，二极装置实际是一种测量电位的装置。
二极装置ρs表达式为：
其中
二极装置通常取AM中点作为观测结果的记录点。
3）.三极装置（AMN）
当只将供电电极B置于无穷远，而将AMN排列在一条直线上进行观测时，便简称为三极装置。
其中ρs表达式为：
其中
三极装置通常取MN中点作为观测结果的记录点。
4）.联合剖面装置（AMN∞MNB）
它由2个三极装置联合组成，故称联合剖面装置。
其中电源的负极置于无穷远（或称C极），电源的正极可接向A极，也可接向B极。
其ρs表达式与三极装置相同，但应分别表示为：
；
其中
另外还有偶极装置（ABMN）以及中间梯度装置等两种形式。
根据地质任务、工作比例尺来布置测线和测点。
测线应穿过主要待测构造的走向，保持平行布置和有足够的长度，以保证后期处理有足够合乎要求的数据。
表2给出常见工作比例尺和测网密度的关系。
对不同地质任务，如勘测岩溶、或在金属矿勘探中，测网密度可作适当调整，并与表中给定的数据可能略有变化。
比例尺
线距M
点距M
1：
25000
1：
10000
1：
5000
1：
2000
250
100~200
50~100
20~40
100
50~80
20~40
10~20
表2电剖面测网密度关系表
供电极距（AB/2=AO）大小选择主要考虑的各种因素有：
覆盖层厚度及电阻率；地电断面的产状、规模；相邻地质体的影响及其它干扰情况等。
测量极距MN大小的选择与电测深法类同，即保证1/3〉MN/AB〉1/30。
MN大小的选择不但要保证足够大的电位差和观测精度，而且要考虑探测岩层或矿体的厚度h。
如果MN〉h时，使ρs异常急剧减小，在相当大的程度上拉平了ρs曲线，造成识别异常的困难。
为了野外工作方便，提高观测效率，一般MN等于点距或2倍于点距。
在实习过程中应用四极对称装置，首先在实习区域先布设一定条数的物探线，间隔一般设为30m，然后再在每条物探线上布设一定的测点，测点间距一般设为10m，每组同学测量一条侧线，首先以第一个测点为中心，向两侧依次布设一测量电极和供电电极，测量电极距和供电电极距固定，规定AB/2=20m，MN/2=10m,由公式K=π*RAM*RAN/RMN可知，K为一常数，代入可计算得为47.12，最后接通电源，在仪器上读取ρs、△UMN、I的值填入表格中（见表3），根据所测得的ρs值，可作出各侧线上AB/2=20m深度上的视电阻率的变化曲线，利用测得的所有ρs的值，可绘制60m*110m测区范围内20m深度上的视电阻率等值线图，该图可反映20m深度上ρs的变化情况。
四极对称装置AB/2=?
MN/=?
K=?
表3电剖面数据记录表
点号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ρs
△UMN
I
不同测线在某一深度上的数据可以绘制这一深度的电阻率平面图，根据各个剖面曲线拐点坐标的连线可以勾绘出异常范围。
大极距的视电阻率剖面曲线能反映深部基岩的起伏情况，同时对浅部的不均匀体有所反映；小极距的视电阻率剖面曲线反映了浅部覆盖层中高阻不均匀体的存在，且为大极距ρs曲线中部高阻异常的正确解释提供了依据。
（3）、高密度电法
高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集，当将测量结果送入微机后，还可以对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示结果。
显然，高密度电阻率勘探技术的运用与发展，使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。
由于高密度电阻率法的上述构想，因此相对于常规电阻率法而言，它具有以下特点：
电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。
能有效的进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。
野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快（大约每一测点需2~5s），而且避免了由于手工操作所出现的错误。
可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。
与传统的电阻率法相比，成本低、效率高，信息丰富，解释方便。
勘探能力显著提高。
地球物理工作的测区一般由地质任务确定的，测区选择所应遵循的原则大体上都是一样的。
但是对主要应用于工程及环境地质调查中的高密度电法而言，按地质任务所给出的测区往往是非常限定的，我们只能在需要解决工程问题的有限范围内来选择测区和布设测网，可供选择的余地往往是很少的，这是一般工程物探经常遇到的情况。
测网布设除了建立测区的坐标系统外，还包括了技术人员试图以多大的测网和怎样的工作模式去解决所给出的工程地质问题，在这里，经验和技巧往往也是非常重要的，对于高密度电阻率法而言，野外数据采集方式主要有两种，一种是地表剖面数据采集方式，一种是井中电阻率成像的数据采集方式，而后者又包含单孔和跨孔方式两种。
两种方式的应用结果，特别是后一种方式和测网的布设关系密切，实际工作中应特别注意积累经验。
高密度电阻率法采用了三位电极系，电极排列方式有：
温奈装置，α排列，
=2πa
偶极装置，β排列，
=6πa
偶极装置，γ排列，
=3πa
其中a为电极距，且
=
+
图5高密度电阻率法的三种装置
上述电极排列即可联合使用，也可根据需要单独使用。
此外，当进行单孔或跨孔电阻率成像的数据采集时，二极法供收方式往往成为最经常使用的电极排列。
极距取决于地质对象的埋藏深度，由于高密度电阻率法实际上是一种二维探测方法，所以在保证最大极距能够探测到的主要地质对象的前提下，还要考虑围岩背景也能在二维断面图中得到充分的反映。
根据上述考虑，三电位电极系得极距设计为：
a=n*△x，其中n为隔离系数，可以由1改变到15，也可任选，△x为点距。
显然a=
AB，它和勘探深度之间存在某种系数关系。
高密度电阻率法由于地表电极总数是固定的，因此，随着隔离系数的增大，测点数便逐渐减少，当N=1—15变化时，对于60路电极而言，一条剖面的测点总数可由下式计算：
显然，n=1,N1=57,n=15,N15=15，即a=15△x时，最下层的剖面长度为L15=15△x。
测点在断面上的分布呈倒三角形状。
实习时采用温奈装置，一条勘探线上布置12个电极，极距为10m，通过电缆与仪器相连接，接通电源后，打开仪器设置参数，运行测量就可逐层测量不同深度的视电阻率值。
数据自动存在仪器中，测量结束后，通过数据线把数据导入计算机，在通过电法软件正反演模拟，最后生成视电阻率断面图。
解释断面图和电测深的断面图解释一致。
2、地震勘探实习
地震勘探是地球物理勘探中一种最重要的方法。
它的原理是由人工制造强烈的震动（一般是在地下不深处的爆炸）所引起的弹性波在岩石中传播时，当遇着岩层的分界面，便产生地震波，在它返回地面时用高度灵敏的仪器记录下来，根据波的传播路线和时间，确定发生地震波岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造。
（1）、反射波法地震勘探
在这类方法中，地震波在介质中传播的物理模型（如图6所示）。
从震源O激发出的弹性波投射到反射界面上产生反射波，其条件是：
入射角
等于反射角β。
能够形成反射的界面，必须具备这样的条件，即在弹性波垂直入射时，界面R上的反射系数不等于零。
式中ρ,v
分别为地层的密度和弹性波的传播速度，它们的乘积称为波阻抗，角标1、2分别表示界面上下的地层。
因此，反射界面存在的条件为：
ρ1v1≠ρ2v2。
所以,反射界面也称为波阻抗界面。
反射波返回地表，为检波器（s
，s
，s
，…）接收，并由地震仪记录下来。
反射地震记录内包含着多种信息，其中反射波的旅行时间和震源到检波器之间距离的关系，称为时距曲线。
用时距曲线可反演出地下反射界面的几何形态（地质构造）；而在地震反射信息中，还包含有地震波的振幅、相位、频率、速度、极性以及其他一些参数，表现出反射波的动力学特点，它能给出地层岩性的特征，有助于判断沉积环境，甚至还能给出油气的直接指示。
图6 地震反射波传播示意图
地震反射波法需用的仪器设备包括震源、接收装置和记录系统三个组成部分
观测方法主要采用单道连续剖面法和多道连续剖面法两种，而为了提高信噪比，在多道连续剖面法中还广泛采用共深点反射技术。
在靠近在实习区内沿一条测线先布设12个检波器，道间距均为2m，用电缆相连，将震源置于测线一侧激发。
另外还可以在中间激发。
就是在另外一测在布置一条测线，在中间激发（见图7）。
把仪器接通电源，在震源处进行锤击。
检波器检测地下某一深度界面反射回来的地震波并接收，将其转化为电信号，保存于记录仪器中，最后将记录的信息传输到计算机上，经过计算模拟，可以解决地下岩层的产状、结构、构造以及岩性等问题。
图7勘探线图
对共深点反射记录磁带，必须应用电子计算机处理。
机器完成动静校正、振幅调整、滤波、相关和组合等程序之后，再分别进行水平叠加、偏移叠加和振幅保持，提供水平叠加时间剖面、偏移叠加时间剖面，作为常规处理成果。
根据时间剖面图和时间―深度转换关系编制反映某个地震层位空间展布的构造图。
在有利构造上进行反射振幅比、瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率、子波反褶积、伪声阻抗和烃类检测（亮点技术）等特殊处理，并进行速度分析和层速度计算，提取各种地震参数，进而利用地震波的动力学特点来研究地层的岩性，为发现地层圈闭或隐伏油气藏提供依据。
目前，地震资料的解释一般分为两部分：
构造解释、岩性解释及储层研究。
前者主要研究地层的构造问题，实质是研究地层的空间分布特征和几何形态，其成果既是确定钻探井位的基本依据，也是后者的基础；后者是构造解释的延伸，其内容广泛，包括地层岩性、储层物性、孔隙流体性质、动态研究等。
本实习主要讲述基于二维地震的构造解释。
地震记录上以数字形式记录的地震信号，经数字处理后，最后送到显示或绘图装置，把处理后的地震信息显示成各种地震剖面或其他图件，以供解释使用，其中最常见的是地震水平叠加剖面和偏移剖面。
地震剖面有时间剖面和深度剖面，他们常用的显示形式有变面积记录、波形记录、变密度记录、变面积和波形相结合的记录、变密度加波形记录等形式。
目前最常用的饿是变面积和波形相结合的形式。
地震资料解释最基础的工作就是在地震剖面上辨认和追踪有效波和相关的各种地震波，即作波的对比。
反射波对比的基本原则是：
振幅显著增强，波形相似，同相轴圆滑并有一定延伸长度。
一般的讲，反射波的特征应是比较稳定的，横向上若有变化也是渐变的。
由于地震记录上的反射波是续至波，加上噪音及其他波的干扰，反射波处至是难以辨认的。
因此实际工作中采用“相位对比”，即对比波峰或波谷，因为在地震勘探中将波峰（谷）俗称为“相位”，一个复波如有几个波峰（谷），就称它有几个“相位”。
强波峰（谷）就叫“强相位”。
当反射面连接性好，岩性稳定，波的特征很明显，可以在大范围内连续追踪时，可选择最强、最稳定的相位进行对比追踪，这就叫做强相位对比。
在断裂发育或地质结构复杂，或岩性变化明显地区等，其波形不稳定，横向变化较大，常出现强相位转移现象。
波组是指比较靠近的若干物性界面产生的反射波的组合。
一般是有某一“标准波”及其领近的几个反射波组成一组，具有一定波形特征且能稳定追踪。
波系是指两个或者两个以上波组所构成的反射层系。
形成波组的是一大套地层，构成这套地层的各层厚度、岩性、相互关系是相对稳定的。
在相距不远的两条相临平行剖面上，所反映出的地质层位，构造形态、断层、超复、尖灭等应该基本相似。
在地震剖面上存在许多反射同相轴，实际工作中并非对每个同相轴进行追踪，而是主要追踪所谓“反射标准层”，或叫“标准波”。
地震剖面上断层的识别：
反射同相轴突然减少（或者增多），波组、波系错断，地震剖面上反射层产状发生突变，同相轴扭曲现象是小断层的标志，地震剖面上出现波形杂乱带或空白带，使对比难以进行，异常波的出现。
水平叠加地震剖面上所描绘出的背斜要比地下真实的背斜宽些，两翼稍微缓些，但顶点没有偏移；缓的向斜只是宽度比地下实际向斜的宽度要稍窄了一些。
当向斜变陡，或形态不变，深度增加时，它在地震剖面上宽度将变得更窄。
下面三个图含有断层、背斜和向斜的地震剖面。
（2）、瑞雷波法地震勘探
弹性波主要有两大类，在介质内部传播的波叫体波。
如人们所熟知的纵波（P波）、横波（S波）等；沿介质自有表面传播的波叫表面波，简称面波。
表面波与体波不同，它沿界面传播，使波动现象集中在一个波长范围内的另一类弹性波。
英国人瑞雷首先以数学方法论证了表面波的存在，并说明了它的性质。
根据瑞雷的理论，这个表面波是在弹性分界面处，由满足应力的边界条件而产生的波动现象，其涉及的范围集中于界面附近，所以在界面处波的振幅最大，离开界面，振幅迅速减小，其能量仅存在于界面附近的波动，这种波被命名为瑞雷波。
面波是在地表条件下，纵波和横波叠加而成的一种波动，含有纵波和横波的成分。
沿着地表传播，随深度迅速衰减。
在浅层面波勘探中，可以实测出频散曲线，并由此求出不同深度的面波平均速度，在根据各地区经验的波长—深度转换系数，就可以进行剖面的分层解释。
现在瑞雷面波法主要应用于浅层的工程勘探。
瑞雷波勘探是利用人工或机械震源激励，通过测量不同频率瑞雷波的传播速度来探测不同深度的岩土介质性质。
瑞雷波有如下介质特性：
在分层介质中传播的瑞雷波具有明显的频散特征；瑞雷波的波长不同，其穿透深度也不同；瑞雷波的传播速度与横波速度有相关性。
利用瑞雷波的前两种特性，可以研究介质的物性变化，对沉积地层进行物性分层，探查地下空洞和掩埋物体；利用后一特性可以得到岩土层横波速度，进而计算出介质的物理力学参数。
瑞雷波法与反射波法相似，用检波器检测地下某一深度界面反射回来的地震波并接收，将其转化为电信号。
保存在记录仪器中，然后传输到计算机上处理。
在实习区内沿着一条测线先布设12个检波器，道间距为1m，用电缆相连，然后在其延长线上用
升级会员 