桂林理工大学物探生产实习报告.docx
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桂林理工大学物探生产实习报告
绪论
桂林理工大学2009级地球物理学专业教学生产实习始于2012年8月27日至2012年10月26日。
实习地点位于桂林市雁山镇桂林理工大学校内和临桂县会仙镇马面乡。
图1雁山镇交通图
桂林市雁山区雁山镇位于桂林市南郊（图1），距市中心24公里，桂阳公路贯穿全镇，交通便利。
全镇土地资源丰富，总面积96平方公里，辖一个居委会，15个村委会，54个自然村，总人口20103人。
盛产粮食、蔬菜、柑桔、禽畜蛋品以及花卉盆景、竹木制品等，是桂林南部历史悠久的农贸商品集散地。
雁山镇旅游资源丰富，镇上有华南最大的植物研究所，有市级文物保护单位雁山公园、马君武墓、李四光纪念馆等。
桂林理工大学新校区在雁山区委区政府以南约一公里桂阳公路旁。
会仙镇马面乡位于临桂县西南部，距市区和临桂县城30公里，交通十分方便（图2）。
会仙地理位置优越，周边与本县四塘乡、六塘镇，永福罗锦镇，桂林市象山区二塘乡，桂林雁山区雁山镇毗邻。
主要农产品：
西兰花、雍菜、樱桃、黄瓜。
距离我屏风校区为平距14.8公里。
交通路程大概为40公里，
本次物探生产实习的目的是使我们学生结合工作实践，掌握工程物探设计、野外工作方法和技术、资料整理、成果解释和报告编写等一整套实践性工作环节，在实践中进一步消化、巩固课堂中学到的理论知识，提高实践技能和应用理论解决实际问题的能力，并提高对专业的认识，培养刻苦耐劳的精神，为毕业实习和今后的野外工作打下基础。
本次实习任务：
在雁山300×30测区、马面300×70测区内利用物探方法，初步掌握工作区内的地层分层情况，确定基岩起伏、潜水面，寻找覆盖层中可能存在的各种地质状况，如溶洞、土洞、疏松带基岩中的破碎带等，尽量的提供对场地地下矿体作出评价的信息。
实习所投入的物探方法有：
面波法，地震映像，折射波法，反射波法，放射性，地质雷达，高精度磁法，电阻率测深，电阻率联合剖面法，瞬变电磁法，激电中梯法，激电测深法，高密度电法，大地电磁（EH4）法。
野外数据采集阶段，我们组利用电法、地震、磁法、地质雷达、放射性等的各种不同方法对雁山校区、马面乡进行了数据采集。
按照既定的计划从2012年9月2日－2012年10月12日（共29个工作日）进行了野外生产实习；从2012年10月15日－2012年10月26日着手资料处理与解释、实习报告编写。
第一章场地工程地质概括及地球物理特征
1.1雁山场地工程地质概括及地球物理特征
1.1.1测区工程地质概括
雁山测区，整个地表面为土地和少量灌木，粘土深度大概在3M左右，地势起伏不大，可用多种物探方法进行勘探，而且效果不错。
实习结合已经获得的测区钻探资料揭露，场地地层自上而下为：
1、黄土
2、粘土
3、细沙、鹅卵石
4、基岩
1.1.2测区地球物理特征
1黄土：
黄色，呈疏松状态，土的含水度比较小，含有少量杂质，密度比较均匀。
2粘土：
含量较少。
3细沙：
含云母，呈湿，稍密状态。
4卵石：
卵石的主要成分为砂岩，其次为石英岩和花岗岩，次圆状。
5基岩：
灰岩，起伏不是很大，埋深大概在5到20M。
1.1.3岩土层电性差异
常见空隙度比较高，又富含黏土矿物的第四系黏土、页岩、泥岩的电阻率比较低；质地致密、空隙度低的灰岩电阻率最高；大多数沉积岩都具有中等空隙度，电阻率一般大约在数百左右。
一般土层结构疏松,孔隙度大,且与地表水密切相关,因而它们的电阻率均较低（见表1）。
几种常见浮土和地表水的电阻率及其变化范围（表1）：
名称
（ρ）
名称
（ρ）
黄土层
0～200
雨水
>1000
粘土
1～200
河水
10～100
含水砂卵石层
50～500
海水
0.1～1
隔水粘土层
5～30
潜水
<100
1.1.4岩土层弹性波差异
由于表层土随含水量的增加，纵波在其中的传播速度也会增大，一般情况认为表层土和粘土之间没有明显的纵波速度差异，从表二不难看出。
而在粘土、砂与灰岩之间却存在着明显的弹性波速度分界面，而且波阻抗也随之逐渐增大。
介质与纵波传播速度（表2）：
序号
介质名称
P波速度（m/s）
序号
介质名称
P波速度（m/s）
1
空气
340
4
水
1430～1590
2
粘土
800
5
砂
1000～1850
3
表层土
300
6
灰岩
3400～7000
1.2马面测区工程地质概括及地球物理特征
1.2.1测区工程地质概括
测区位于马面村东侧，地势较为平坦，大多为暂无农作物的田地，地形稍有起伏，地面标高为159.00—185.00米。
由于无明确的地质资料，根据现场的一些露头，地形情况，测区地层自上而下大致为：
1）耕织土
2）第四系残坡积粘土
3）粉砂岩
4）基岩
1.2.2测区地球物理特征
1）素填土（即黄土）：
整个场地均有分布，主要成分为粘性土，含少量沙及瓦砾、有机质，松散，局部地段经人工耕作，为耕植土。
该层分布厚度为0.3—1.5米不等，堆积时间少于20年。
2）粘土：
该层呈棕红色，含铁锰质斑点、斑块极其结核，局部含量有增减。
根据钻探资料和原位测试以及土工实验结果知该层又分为硬塑、可塑、流塑状态粘土3个亚层，其厚度分别为1.40-14.60米、2.40-12.60米、2.80米。
3）含角砾粘土：
呈褐色-黄褐色，含砂岩角砾，含量为10-30%，角砾成强风化状态，手捏即成白色粉末。
其厚度为1.5-10.0米。
4）基岩（即石灰岩）：
呈灰白色，细晶结构，块状构造，测区基岩面起伏不大，局部岩溶发育，按岩体岩溶裂隙发育程度不同，可划分为两个亚层，其一为破碎石灰岩，岩体基本质量体积等级为Ⅲ-Ⅳ级，另一为完整石灰岩，岩体基本质量等级为Ⅱ级。
埋深大概在5到20m。
1.2.3岩土层电性差异
常见空隙度比较高，又富含黏土矿物的第四系黏土、页岩、泥岩的电阻率比较低；质地致密、空隙度低的灰岩电阻率最高；大多数沉积岩都具有中等空隙度，电阻率一般大约在数百左右。
一般土层结构疏松,孔隙度大,且与地表水密切相关,因而它们的电阻率均较低（见表3）。
表3几种常见浮土和地表水的电阻率及其变化范围：
名称
（ρ）
名称
（ρ）
黄土层
0～200
石灰岩
100～10000
粘土
1～200
多孔灰岩
90～8000
含水砂卵石层
50～500
雨水
>1000
隔水粘土层
5～30
潜水
<100
1.2.4岩土层弹性波差异
由于表层土随含水量的增加，纵波在其中的传播速度也会增大，一般情况认为表层土和粘土之间没有明显的纵波速度差异，从表二不难看出。
而在粘土、砂与灰岩之间却存在着明显的弹性波速度分界面，而且波阻抗也随之逐渐增大。
（表4）介质与纵波传播速度：
序号
介质名称
P波速（m/s）
序号
介质名称
P波速度（m/s）
1
空气
340
4
水
1430～1590
2
粘土
800
5
砂
1000～1850
3
表层土
300
6
灰岩
3400～7000
1.2.5测区内磁性特征
地磁场背景值大概为46830nT，测区周边无明显的岩石、矿山和剩磁物质的干扰。
第二章工作方法技术及质量评价
2.1测网布置
雁山测区测网按地质布网要求垂直于构造的方向布置，为近东西向，使用森林罗盘打方向，误差范围在2°内。
雁山工区面积大约为300*40=12Km2，线长为300m，线距为10m，测区共4条线，点距为5m，每条测线上共有60个点（图3）。
马面测区测网按地质布网要求垂直于构造的方向布置，为近东西向，使用森林罗盘打方向，误差范围在2°内。
工区面积大约为200*60=12Km2，线长为200m，线距为10m，测区共6条线，点距为10m。
实际工区点位为（用GPS定位为如图，由于GPS本身存在一个卫星信号延迟和数据误差问题，点位在高精度测网内相对比较凌乱）（图4）。
详细测网的布设情况如下：
图3雁山测区测网布置图
（a）
（b）
图4（a）马面测区物探生产实习布线图
（b）马面测区GPS定点图
2.2生产实习安排、工作进度及要求
2.2.1表（5）生产实习安排、工作进度
实习队长
张智
指导老师
第一组
欧东新
第二组
程志平
第三组
李长伟
第四组
吕玉增
第五组
罗润林
第六组
张智
时间
1-9周，2011年8月27日－2010年10月26日
地点
雁山、马面
实习内容
进程安排
备注
准备工作
整理、购买仪器
8月27日—9月30日
测网布置
9月3
地震勘探
地震折射波法
9月4日—5日
地震反射波法
9月6日—9月7日
地震面波法
9月10日—9月11日
地震映像
9月12日以及10月12日
电法勘探
激电中梯（马面）
9月13日
其他
高精度磁法（马面）
9月14日
其他
放射性（马面）
9月17日
电法勘探
瞬变电磁法（马面）
9月18日
激电测深（马面）
9月19日—9月20日
EH4
9月21日
电阻率联合剖面
9月24日—9月26日
电阻率测深法
9月27日—9月28日
9月29日—10月7日国庆节放假
高密度电法
9月29日以及10月8日
其他
机动
10月9日
其他
管线探测
10月10日
其他
地质雷达
10月11日
室内处理
资料处理与解释、实习报告编写
10月16日—10月28日
2.2.2实习分组
学生85人，共分6个组；一个组配备1名指导老师，每组在学生中选一个组长。
2.2.3要求
2.2.3.1每个同学都必须亲历实习过程中（包括室内外）的每一个环节；
2.2.3.2主动思考并尽力解决实习中遇到的问题；
2.2.3.3要求每个同学都要处理一遍资料、绘制成果图、对资料进行解释，可以相互讨论、但严禁抄袭，一旦发现轻则给予差评，重则实习不通过。
2.2.4实习注意事项
2.2.4.1实习考勤：
不允许无故不参加实习，有事情必须向指导老师请假；
2.2.4.2实习发车时间：
上午8:
20，下午5:
00；
2.2.4.3午餐：
雁山实习在食堂就餐（午餐），马面实习早上带好午餐；
2.2.4.4实习安全：
实习期间要听从老师、组长安排，爱护仪器，注意防蛇，严禁进入隆洞、山洞。
2.2.4.5不要随便砍树，不要破坏庄稼和损坏农民物品。
2.3生产实习实用的各种仪器及型号
此次实习对测区采用了各种地震勘探和电法勘探方法，同时使用了直流电阻率仪、SWS-1G型多功能面波仪，高密度电法仪。
如下表6所示。
地震勘探综合运用了各种方法，折射波法，反射波法，面波法，地震映像，通过对测线不同方法的比较，了解到各种地震方法的优缺点，起到了举一反三的作用，取得良好的效果.
电法勘探也是应用了电测深，联合剖面，高密度电法，一般能够较好反映地下情况，
受干扰情况影响不大。
表6
方法
仪器名称
生产厂家
普通电阻率联合剖面法、电阻率测深法
WDDS-1电阻率仪
重庆奔腾数控技术研究所
高密度电法
WDJD-2数字直流激电仪
WDZJ-1多路电极转换器
重庆奔腾数控技术研究所
瞬变电磁法
WTEM-1Q瞬变电磁仪
重庆奔腾数控技术研究所
激发极化法
WDJD-2数字直流激电仪
重庆奔腾数控技术研究所
大地电磁法
EH4
美国Geometrics公司
地震法
SWS型多波列数字图象
工程勘探与工程检测仪
北京市水电物探研究所
磁法
WCZ-2质子磁力仪
重庆奔腾数控技术研究所
地质雷达探测
EKKOPRO地质雷达
加拿大EKKO公司
2.3地震勘探方法
2.3.1地震勘探简介
工程地震勘探是一种研究人工震源所激发产生的地震波在地下岩层、土壤或其他介质中传播来解决工程地质问题的方法。
其基本原理是当人工震源所激发的地震波在介质中传播时，由于不同的岩层具有不同的弹性特性（如速度、密度等），当地震波通过这些岩层的分界面时，将发生发射或折射，并有纵波横波和面波之分。
这些不同的波有不同的传播速度，频率和振幅，用仪器记录各种波的传播时间和波形特征的变化规律，分析解释地震记录，可推断出有关岩石性质、结构和几何位置等参数，从而达到勘探目的。
2.3.2地震干扰波
对于地震勘探而言，首先要进行干扰剖面调查，其目的在于根据勘察任务和工区的具体条件选择检波器频率，记录时窗，偏移距，道间距等技术参数，以达到突出有效压制干
扰波的最佳工作效果。
图5干扰波调查剖面图
在野外进行地球物理勘探时，首先最好是能够找到工区附近已知的钻孔资料，如果没有钻孔资料必须进行干扰波调查，地震勘探的常见干扰波主要有声波速度在340m/s，工业电流干扰，频率在50-60Hz，机械振动干扰，了解规则和不规则干扰的存在情况，以便选择压制干扰的观测系统和设计采集数据的工作参数。
主要参数表现为视数度、波至时间、振幅和波形宽度的差异。
干扰剖面（图5）调查是一种小道间距、小偏移距、多个排列组成的剖面。
本次干扰波调查使用工作参数为：
道间距2米，排列长度24道，使用两个偏移距0米和24米。
每道采样数2048，采样间隔0.25ms,采样长度512ms,采样延时0。
2.3.3折射波勘探
折射波勘探是工程地震勘探中的常用方法，在解决工程、水文地质问题中常用于探测地层的厚度、基岩起伏，断层位置、潜水面深度等。
当下伏岩、土层的速度高于上部地层的速度时，地面人工震源产生的一部分能量沿折射路径返回地面，在地面接收折射波，分析解释时距曲线，了解地下的地质情况。
本次实习工区采用相遇时距曲线观测系统（见下图6）：
图6追逐相遇时距曲线观测系统示意图
折射波法是利用人工震源激发的地震波在地下介质中传播，当通过波速不同的介质界面时，波就会改变原来的传播方向而产生折射。
当下层介质的波速大于其上部介质的波速时，在波的入射角等于临界角的情况下，折射波就会沿着速度界面传播，产生所谓的“滑行”波。
这种沿着界面传播的“滑行”波引起界面上各点的震动，并以新的形式传至地面，在地面上观测其到达的旅行时间和接收点到震源的距离，就可以求出折射界面的埋深。
2.3.3.1折射波法观测系统
折射波常用多种简单观测系统的组合形式，它综合了相遇、追逐、中间放炮等观测系统的全部优点，并可获得地下地质界面的丰富信息。
这虽然延长了野外的工作时间，但在需要了解地下地质情况，解决复杂地质问题，避免多解性时，这种综合观测系统是最好的选择。
折射波法分层解释的方法——T0折射波解释法
作为常用的地震折射波解释方法，它是针相遇时距曲线观测系统采集发展起来的解释方法。
其解释步骤大致为：
1）在时距曲线上读取t1、t2和互换时T，可求出t0（t0=t1+t2-T）,且可给出相应t0（x）的曲线。
2）求取k值（h=k*t0）。
3）据式计算各点界面深度h，以各观测点为圆心，以其对应的深度h为半径画弧，
作出这些圆弧的包络线，为该折射面的位置。
2.3.4反射波法
图7（a）反射波时距曲线图
（b）共反射点叠加道集
反射波由震源沿着波射线向下传播，在遇到两种地层的分界面时，无论界面的波阻抗增大还是减小都会发生放射信号。
即使上下岩层的波速度不变，只要密度发生变化，其分界面也能产生反射波。
根据这些信号就能把界面的起伏变化、隐伏低速层、空洞有很好的直观的反应出来。
因此在揭示地下地层结构时也具有一定的优越性。
反射波勘探的核心问题是共反射点水平叠加技术及动静校正和数字处理技术，原理如图7所示。
水平叠加技术也称多次叠加或多次覆盖，及对反射界面上的各点作多次重复观测，但每次观测时，炮点和检波点各不相同。
然后将来自同一反射点的各反射信号，校正对齐后叠加，使来自该点的有效波得到加强，而多次反射波和其他干扰波则相对地减弱，从而提高时间剖面的信噪比。
通过动校正和道集叠加绘制反射波垂直时间剖面图，可以分离出地下的层里结构，确定地下较小的地质构造以及寻找局部地质体；与其它物探
资料结合，了解场地的分层，确定地层界面的起伏变化，确定隐伏低速层、空洞的位置等。
这次实习采用多次覆盖观测系统。
多次覆盖炮点检距d和每次放炮后排列移动的道数V按照这个关系式确定：
d=（S*N/2n）*△XV=d/△X=S*N/2n关系式中，N为地震记录道数，n为叠加次数，△X为道间距，S为常数（单边放炮取1，双边放炮取2）。
采用单边放炮系统（追逐系统），
=3，每次移动道间距为8米，叠加3次。
在测区2线，分别利用反射波法进行勘探，排列长度约为46米，偏移距为16米，道间距为2米，采用24道38HZ检波器，每次移动4道（8米），最多叠加3次。
采样时间间隔为0.25ms，每道采样数为2048，采样时间长度2408*0.25=512ms。
记录点为炮点与检波器的中点。
2.3.5面波法
1）目的：
与其它物探资料相结合，了解场地松散、破碎带信息。
2）方法原理：
面波沿地表由震源向外传播，其波阵面是圆柱面，其穿透深度约相当于它的波长。
面波勘探的核心问题是准确的获得不同频率面波的相速度VR，同一频率的VR在水平方向的变化反映出地质条件的横向不均匀性，不同频率的面波VR的变化则反映出介质在深度方向的不均匀性。
由于面波相对于体波而言，其能量较强，速度较低，因此在揭示地下地层结构的物探方法中具有一定的优越性。
面波波速与介质的密度和力学性质有关，面波速度的变化，反映了岩土力学性质的变化，从而可以提高地基承载力的评价信息，与其它物探资料结合，了解场地松散，地下土洞破碎带等。
3）野外技术参数
野外测量时，偏移距为5米（根据干扰剖面估计得来），这时候的勘探视深度可以达到20-30米，道间距为2米，采样时间间隔为0.25ms，每道采样数为2048，采样时间长度2408*0.25=512ms。
面波频率为低于10Hz，所以采用4Hz的检波器，排列的步进距为10米，记录点为检波器排列中点。
2.3.6地震映像法（最佳偏移距技术）
1）目的：
了解地层的横向变化。
2）方法原理：
映像法就是每一个记录道都采用相同的偏移距记录，且在该偏移距接收到的反射波应具有良好的信噪比和分辨率。
映像法不需要为最终显示进行校正处理，因此避开了动校正对浅层反射波的拉伸、畸变影响，反射信号原有的特征被全部保留，记录的分辨率不会受到校正的影响，当然也不存在水平叠加降低分辨的问题。
因而该方法十分适合于外界干扰背景小、地质条件好、地下地质界面起伏较大的情况。
3）野外技术参数
偏移距为24米（根据干扰剖面估计得来），道步距2米，4Hz、38Hz和100Hz三种各一个检波器接受。
记录点为激发和接受距离的中点，反映的是中点两侧射线传播范围内地下的岩层、岩性的变化。
每道采样分量为Z-X
（2），使用二分量。
2.3.7地质雷达
地质雷达也称探地雷达（简称GPR），是近几年来迅速发展起来的一项工程勘察新技术。
其具有轻便灵活、探测速度快、定位准确、可实现连续透视扫描以及二维彩色图像实时显示等优点，已在工程勘察、隐患探测、工程质量检测、地下管线探测、路面质量检测等领域得到了广泛应用。
地质雷达是利用发射天线（T）将超高频脉冲电磁波能量耦合到地下，当地下介质存在电性差异时，一部分脉冲电磁波的能量会被反射并被接受天线（R）记录下来。
若已知电磁波在地下中的介电常数或传播速度，根据反射波的双程旅行时间就可以得到地下岩性界面的深度，同时对返回电磁波的时频特征和振幅特征的分析，便能了解地质特征信息，从而达到工程勘察的目的。
2.4电法勘探
2.4.1电法勘探简介
电法勘探是研究地层电学性质及电场、电磁场变化规律，根据研究对象的电性差异，通过电法仪器测量电场情况，进而研究电场的分布规律，以了解地下深处地质体的状况，从而达到勘探的结果。
电法勘探方法能够有效解决岩溶、断层、追索断层破碎带、确定基岩起伏、追索各种高低阻陡倾斜地电体及接触面，查岩溶发育带等地质问题，也能利用电法方法进行地下找水、测定地下水流向、寻找金属矿床、确定含水层的厚度和埋深、查区域构造、石油勘探、地壳上地幔研究等。
电法勘探常用可分为两大类即传导类电法和感应类电法，前者以直流电为主，主要的的工作方法是：
电剖面法、电测深法、高密度电阻率法、激发极化法和充电法；后者以交流电为主，如大地电磁测深法，频率电磁测深法、瞬变电磁测深法。
图8联合剖面装置图
2.4.2联合剖面法
电剖面法全称电阻率剖面法，采用固定电极距的电极排列，沿剖面线逐点供电和测量，获得视电阻率剖面曲线。
通过分析对比以了解地下岩、土层的电性变化，有效地解决一些地质问题。
在一个测区的电阻率勘探中，常用于扫面，以便于快速经济的获得一个测区地电构造分布的整体信息，确定地电不均匀体的轮廓。
电剖面的任务是研究倾角较大或水平方向电性变化较大的地点断面。
在地质调查中能有效地解决有关地质填图的某些问题。
如追索构造破碎带，划分不同岩性陡立接触带，地下暗河、溶洞等。
主要现场工作方法有：
联合剖面法、对称四极法。
联合剖面装置如右图8所示。
测区2、3线分别用联剖装置做小极距（AB/2=35m，MN/2=5m）和大极距（AB/2=55m,MN/2=5m）两条剖面，点距为5m。
分别记录ρsA和ρsB，并绘成联剖曲线图。
图9雁山2、3线电阻率联合剖面图
根据2线，在极距为AO=35m时，在175米附近有一个非常明显的低阻正交点，反应为地层介质下存在一个低阻体。
当AO=55米，电法理论反应为勘探深度变深，在165米附近也有一个非常明显的低阻正交点，由联合剖面交点的位置判断为脉状体，倾向判断为倾斜方向。
验证了联合剖面法对破碎带勘探的高灵敏性。
受地形影响，和一组（最大AO=100米）勘探结果我们决定将电阻率测深设计为2号线130-200米，最大AO=100米。
观察3线，在极距为AO=35m时，在165米附近有一个非常明显的低阻正交点，反应为地层介质下存在一个低阻体。
当AO=55米，电法理论反应为勘探深度变深，在160米附近也有一个非常明显的低阻正交点，由联合剖面交点的位置判断为脉状体，倾向判断为倾斜方向。
2.4.3电阻率测深法
电测深法又称电阻率垂直测深法。
该方法是对一个测点用一系列由小到大的级距进行视电阻率测量，反映由浅入深的地层垂向变化情况。
通过对现场实测曲线进行分析和解释，可对观测点处垂向各地电性层的厚度和电阻率的大小。
在实际工作中，一般采用对称四极电测深装置，如下图10所示。
图10电阻率测深对称四极装置
电测深法最适合解决产状近乎水平且有明显差异的一下工程地质问题：
a、明基岩埋深，确定覆盖层厚度，查明基岩风化层发育深度，划分有较明显电性差异的第四纪分层等；
b、查寻岩溶发育带，确定具有明显电性差异的断层破碎带，并了解其产状。
c、查明基岩埋藏不深，规模较大，划分有较明显电性差异的地下局部不均匀体。
d、确定覆盖层厚度、了解基岩起伏和基岩风化壳发育深度等。
现场工作方法主要有：
三极测深、对称四极测深、环形测深、高密度电阻率测深。
经过分析2线和3线做的联剖曲线，在2线150——200号点，此区间发现异常，故在2线这个区域中做电测深，极距AB/2、MN/
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