CN107561584B - 一种岩体地震波、声波纵波速度对比换算的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩体地震波、声波纵波速度对比换算的方法,包括地震波、声波测试在同一测段、相同饱水和波的传播路径一致的条件下，地震波采用相遇时距曲线观测系统测试；在地震波相遇时距曲线观测系统相应检波点垂直方向布置钻孔，声波采用跨孔水平同步测试。地震波、声波资料解释方法。地震波、声波纵波速度对比换算的方法。本发明规范了地震波、声波纵波速度对比换算的方法，有利于建立测区地震波、声波纵波速度的关系，可为工程岩体质量评价提供重要的基础成果。

Description

一种岩体地震波、声波纵波速度对比换算的方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程岩体质量评价，具体说，是一种岩体地震波、声波纵波速度对比换算的方法。

背景技术

水利水电工程岩体弹性波测试主要包括超声波、声波和地震波测试。超声波主要用于岩芯测试，声波主要用于钻孔单孔岩体声波测井和声波跨孔测试，地震波主要对建基面岩体和洞壁岩体进行测试和钻孔与钻孔、探洞与探洞、钻孔与探洞对穿测试等。

一般大中型水利水电工程，在技施阶段建基岩体质量评价需要布置地震波、声波测试工作量10km-20km。利用地震波、声波测试成果可系统评价建基面岩体质量，为坝基岩体工程地质分类和工程验收提供部分依据。

《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008关于坝基岩体工程地质分类，要求实测波速为声波纵波速度，但现场多不具备条件，而只能开展地震波测试。故需要研究声波和地震波速度的关系。

由于地震法激发地震波的能量较大，地震波在岩体中的传播可相对划分为非弹性体和弹性体阶段。而声波法由于能量小，故声波在岩体中的传播可视为在完全弹性介质中传播。换言之，就同一测段岩体而言，由于声波法的作用力小，作用时间短，故岩体的变形是弹性的。而地震法作用力大，作用时间长，因而岩体的变形包含有非弹性部分。所以就同一测段岩体而言，声波在其中的传播速度一般大于地震波。

由于声波、地震波能量的差异，导致二者可传播距离不一。声波一般测试距离较小，它难以全面包容岩体节理、溶孔及断裂等综合效应。而地震波由于可传播距离大，故其测试指标能全面反映岩体的平均动弹性性能。当弹性波在岩体中传播遇到节理面、溶孔及断层时，其波速将降低，故在同一岩体中声波传播速度往往较地震波高。

上述分析认为：同一岩体所测的声波纵波速度一般大于地震波纵波速度。

目前，在实施的《水利水电工程物探规程》SL326—2005、《水电水利工程物探规程》DL/T5010—2005、《城市工程地球物理探测规范》CJJ7—2007和《电力工程物探技术规程》DL/T5159—2002等相应规程均未明示声波、地震波速度应建立在什么基础上进行比较、如何比较的规定。实际应用可谓五花八门，甚至很随意的将不同测段、不同条件下实测的声波、地震波速度进行简单、粗略的对比分析，如将饱水状态下的声波速度与干燥状态下地震波速度进行比较或者将不同传播路径的两种波速进行换算，未能全面考虑测试时岩体的含水状态、岩体的各向异性和波的传播路径的影响，必然得出不符合实际的结果，影响岩体质量的评价。

发明内容

本发明的目的在于地震波、声波测试在同一测段、相同饱水条件，波的传播路径一致，故将其测试成果进行对比换算，可提高两者的可比性，从而使两者的换算关系具有实用价值，有利于水利水电工程建基岩体质量的评价。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种岩体地震波、声波纵波速度对比换算的方法，依次包括以下步骤：

A、地震波、声波测试在同一测段、相同饱水和波的传播路径一致的条件下，地震波采用相遇时距曲线观测系统测试；在地震波相遇时距曲线观测系统相应检波点垂直方向布置钻孔，声波采用跨孔水平同步测试；

B、将获得的地震波、声波资料进行解释；

C、根据解释数据，得出地震波、声波纵波速度对比换算关系。

所述步骤B包括：

B₁、地震波资料采用“t₀法”进行解释，求出各测段岩体的纵波速度，并分析计算岩体的松动厚度；

B₂、声波资料解释从原始数据中读取声波在两钻孔之间各测点的旅行时间，计算两孔之间各测点岩体声波纵波速度。

所述步骤C包括：

C₁、统计分析同一测段松动岩体地震波、声波纵波速度平均值，汇总所有测段松动岩体地震波、声波纵波速度平均值；计算松动岩体地震波、声波纵波速度的比值或拟合地震波、声波纵波速度两者的相关关系式；

C₂、统计分析同一测段未松动岩体地震波、声波纵波速度平均值，汇总所有测段未松动岩体地震波、声波纵波速度平均值；计算未松动岩体地震波、声波纵波速度的比值或拟合地震波、声波纵波速度两者的相关关系式。

本发明的有益效果是：本发明的地震波、声波测试在同一测段、相同饱水条件，波的传播路径一致，故将其测试成果进行对比换算，可提高两者的可比性，从而使两者的换算关系具有实用价值，有利于水利水电工程建基岩体质量的评价。

具体实施方式

本发明的岩体地震波、声波纵波速度对比换算的方法，包括以下步骤：

A、地震波、声波测试在同一测段、相同饱水和波的传播路径一致的条件下，地震波采用相遇时距曲线观测系统测试；在地震波相遇时距曲线观测系统相应检波点垂直方向布置钻孔，声波采用跨孔水平同步测试；

B、将获得的地震波、声波资料进行解释；

C、根据解释数据，得出地震波、声波纵波速度对比换算关系。

步骤B具体包括：

B₁、地震波资料解释，由获得的原始波形曲线等资料，在波形对比及相位对比的基础上，绘制相遇时距曲线，采用“t₀法”进行解释，求出各测段岩体的纵波速度，并分析计算岩体松动厚度。

“t₀法”计算时，所使用的计算公式详见式⑴～⑷。

θ(x)＝t₁(x)-t₂(x)+T………………………(1)

t₀(x)＝t₁(x)+t₂(x)-T………………………(2)

式中：t₁(x)——锤击点1正向时距曲线观测时间(s)；

t₂(x)——锤击点2正向时距曲线观测时间(s)；

T——相遇时距曲线互换时间(s)；

V₁——松动岩体平均波速(m/s)；

V₂——未松动岩体折射界面滑行波速(m/s)；

h(x)——岩体松动圈厚度(m)。

B₂、声波资料解释，从原始数据中读取声波在两钻孔之间各测点的旅行时间，两孔之间各测点岩体声波纵波速度由式(5)计算得出。

式中：V_p—两孔之间岩体声波纵波速度(m/s)；

L——收发换能器之间距离(m)；

△t——收发换能器之间声波纵波旅行时(s)；

由Vp值绘制声波测井曲线，依此进行速度分析。

步骤C具体包括：

C₁、统计分析同一测段松动岩体地震波、声波纵波速度平均值，汇总所有测段松动岩体地震波、声波纵波速度平均值；计算松动岩体地震波、声波纵波速度的比值或拟合地震波、声波纵波速度两者的相关关系式。

C₂、统计分析同一测段未松动岩体地震波、声波纵波速度平均值，汇总所有测段未松动岩体地震波、声波纵波速度平均值；计算未松动岩体地震波、声波纵波速度的比值或拟合地震波、声波纵波速度两者的相关关系式。

下面结合某水利水电工程探洞岩体地震波、声波纵波速度对比换算的方法对本发明作进一步说明：

该探洞为马蹄形，洞顶高2m，底宽2m，洞深55m。

在右侧洞壁，沿洞轴线方向，距离洞底0.8m,在地质定性分类分段的基础上，布置地震波相遇观测系统7个，单一测段长5m～11m，检波器间距1m，6～12道检波器接收，检波器与洞壁岩体以石膏耦合，采用锤击震源，近炮点距离1m。

在上述地震波观测系统相应检波点垂直洞壁方向布置钻孔，钻孔孔距水平向1m，孔深1m，相邻钻孔声波采用跨孔水平同步测试，发射和接收换能器移动步长均为0.2m。

由获得的原始波形曲线等资料，在波形对比及相位对比的基础上，绘制相遇时距曲线，采用“t₀法”进行解释，求出各测段洞壁岩体波速参数，并分析计算建基面岩体或洞壁岩体松动厚度。

从原始数据中读取声波在两钻孔之间各点的旅行时间，计算两钻孔之间岩体声波纵波速度，依此进行速度分析。

地震波成果揭示：松动岩体的地震纵波速度为770m/s～1550m/s，平均值为1080m/s，松动厚度0m～0.8m，平均厚度0.3m；未松动岩体地震纵波速度为1760m/s～5220m/s，平均值为3090m/s。

钻孔声波对穿成果揭示：洞壁岩体松动厚度0.3m～0.7m，平均厚度0.4m；松动岩体波速为2860m/s～4780m/s，平均值为3780m/s。未松动岩体声波纵波速度为2500m/s～6800m/s，平均值为4300m/s。

上述地震波、声波测试在相同测段、相同饱水条件，波的传播路径一致，纵波速度符合比较、换算的条件。松动岩体地震波、声波纵波速度比值为27％～32％，平均比值为29％；未松动岩体地震波、声波纵波速度比值为70％～77％，平均比值为72％；平均比值可作为本测区地震波、声波纵波速度的换算系数。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (2)

1.一种岩体地震波、声波纵波速度对比换算的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

A、地震波、声波测试在同一测段、相同饱水和波的传播路径一致的条件下，地震波采用相遇时距曲线观测系统测试；在地震波相遇时距曲线观测系统相应检波点垂直方向布置钻孔，声波采用跨孔水平同步测试；

B、将获得的地震波、声波资料进行解释；

所述步骤B包括：

B₁、地震波资料采用“t₀法”进行解释，求出各测段岩体的纵波速度，并分析计算岩体的松动厚度；

“t₀法”计算时，所使用的计算公式详见式(1)～(4)：

θ(x)＝t₁(x)-t₂(x)+T (1)

t₀(x)＝t₁(x)+t₂(x)-T (2)

式中：t₁(x)为锤击点1正向时距曲线观测时间(s)；

t₂(x)为锤击点2正向时距曲线观测时间(s)；

T为相遇时距曲线互换时间(s)；

V₁为松动岩体平均波速(m/s)；

V₂为未松动岩体折射界面滑行波速(m/s)；

h(x)为岩体松动圈厚度(m)；

B₂、声波资料解释从原始数据中读取声波在两钻孔之间各测点的旅行时间，计算两孔之间各测点岩体声波纵波速度；

C、根据解释数据，得出地震波、声波纵波速度对比换算关系。

2.根据权利要求1所述岩体地震波、声波纵波速度对比换算的方法，其特征在于，所述步骤C包括：

C₁、统计分析同一测段松动岩体地震波、声波纵波速度平均值，汇总所有测段松动岩体地震波、声波纵波速度平均值；计算松动岩体地震波、声波纵波速度的比值或拟合地震波、声波纵波速度两者的相关关系式；

C₂、统计分析同一测段未松动岩体地震波、声波纵波速度平均值，汇总所有测段未松动岩体地震波、声波纵波速度平均值；计算未松动岩体地震波、声波纵波速度的比值或拟合地震波、声波纵波速度两者的相关关系式。