罗新刚1，臧 楠2
（1．长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安 710054；中国科学技术大学地球和空间科学学院，安徽合肥 230026）
作者简介：罗新刚（1991－），男，长安大学地质工程与测绘学院硕士研究生，固体地球物理学专业。
臧 楠（1994－），女，中国科学技术大学地球和空间科学学院硕士研究生，固体地球物理学专业。
摘 要：文章以西安东郊一处隐伏断层的人工地震勘探为实例，选用小道距、高覆盖的锤击震源外业采集方法，以及反褶积、滤波等内业处理手段，达到提高勘探分辨率的目标。此外，将反射波处理记录与绕射波信息相结合，进行探讨对比，结果表明，反射波技术能够清晰地查明近地表断层异常，绕射波技术可比较准确地确定断层位置及深度，说明在黄土区采用锤击震源的超浅层地震勘探对确定隐伏断层是有效可行的。
关键词：锤击震源；超浅层；反射波；绕射波；地震勘探；隐伏断层
Abstract：Based on a seismic exploration of hidden fault in the east suburb of Xi’an as an example，this paper advocates a new hammer source approach with little channel interval and high coverage in field，and adopts deconvolution and filtering process－ing technique methods to improve the resolution．In addition，it tries to combine reflected wave information and diffraction wave information to explore the hidden fault．The results show that the reflected wave technique can clearly identify the near surface fault，diffraction wave technology can accurately determine the fault position and depth，and ultra－shallow seismic ex－ploration using hammer source in loess area is feasible and effective to determine the hidden fault．
Key words：hammer source；uleter－shalllow；reflection wave；diffraction wave；seismic exploration；hidden fault
1 引 言
人工地震勘探是查明地下构造的主要物探手段，其具有精度高、分层详细及探测深度大等优点，一般探测深度多在几十米至数千米。但在十几米之内的超浅层地震勘探，由于近地表反射波震相受折射波、直达波和面波的干扰，很难将其从记录中分离出来［1］。另外，近地表第四纪地层松散，特别是黄土介质具有疏松、大孔隙、弹性差、速度低等特性，震源激发的高速压力波与低速介质的耦合性极差，对地震波特别是高频部分的吸收衰减作用强烈，使分辨率降低［2］，从而成为超浅层地震勘探的主要障碍。
为了尝试对黄土地区近地表构造进行有效勘探，本文以西安东郊一隐伏断层勘探实例为基础，对利用锤击震源超浅层地震勘探手段确定隐伏断层的技术进行了探讨。
2 场地条件及数据采集
2．1 场地条件
测区位于西安市临潼区凤凰大道附近，场地地形较为平坦，地层自上而下依次为上更新统与中更新统的黄土和古土壤及中更新统粉质黏土。据区域资料，场地内存在隐伏断层，断裂走向北西，倾向北东，倾角约80°，场地环境较为安静，基本没有干扰和其他噪声。
2．2 地震数据采集情况
布置测线与隐伏断裂大体正交，以米为单位定义测线桩号。野外数据采集选用Geo Pen SE2404型48道接收仪器，24磅大锤作为锤击震源，检波器主频40Hz。偏移距1～12m，道间距1m，采样间隔0．5ms，单炮垂直叠加次数2～4次。
在数据采集过程中，为了提高信噪比，采用多炮点工作方法，即沿测线方向，每1m设置一个主炮点，主炮点左右各0．5m设置两副炮点，资料处理时将两副炮点能量叠加于主炮点上。
3 资料处理
在室内资料整理时，发现记录中有明显绕射波震相，故资料处理分为反射波处理和绕射波处理。
3．1 反射波资料处理
本次采集的外业资料各种震相较清晰，图1 （a）为单炮原始记录，从图1（a）中可以看出，直达波、折射波突出，反射波震相受其他波干扰，不甚清晰。
图1 野外单炮原始记录图
针对场地内黄土介质对地震波高频吸收严重的情况，本次资料处理重点是通过反褶积手段提高反射波主频。所谓反褶积，即通过一个反滤波器与信号求褶积，以消除大地滤波作用，把地震子波尽量压缩为原来的震源脉冲形式，从而达到提高反射波主频与勘探分辨率的目标［3－4］，正确运用反褶积方法是实现超浅层高分辨地震勘探的关键。图1为原始记录与反褶积后分析对比图，从图中可以看出，通过反褶积处理，地震波主频明显提高，进而使得受其他干扰波影响不甚清晰的反射波得到突出，如图1（b）所示。
本次反射波资料处理主要流程包括频谱分析、反褶积、一维滤波、F－K二维滤波、速度扫描分析、动校正、水平叠加等。通过以上流程处理，得到水平叠加剖面图，如图2所示。
从图2中可以看出，大约在50ms处存在一组反射界面，反射波连续性较好，在桩号1000～1005附近，发现反射波震相错断现象，错断沿测线方向呈小桩号倾向且小桩号下降的正断层性质。
图2 水平叠加时间剖面图
图3 绕射波时距曲线示意图
3．2 绕射波资料处理
绕射波常常作为地下绕射波资料处理介质不连续的一个有力证据，根据绕射波信息可对地下异常进行推断和计算［5－6］。如图3所示，绕射点R位于地下深度h处，介质波速为v，炮点位于O点，距R点在地面的投影R′的距离为l。
则绕射波最小走时t0的计算公式为
通过对外业记录的细致分析，发现原始波记录中存在明显绕射波震相，在所有记录中共发现45炮存在绕射波，绕射曲线顶点投影在地面桩号1000附近。图4为炮点970和971两炮的现场绕射波记录图。
由前面直达波和反射波资料可知v＝450m／s，根据公式（2），计算得到各记录中的绕射点深度，列与表1。
根据表1中的数据，得到绕射点深度平均值为11．55m。据场地资料，该深度地层为古土壤，由此认为，隐伏断裂造成古土壤错断。
图4 绕射波记录图
表1 单炮号记录绕射深度表
4 结果分析
从水平叠加剖面图可知，50ms附近存在一组反射界面，界面深度大约为11．25m，在桩号1000～1005处，界面发生错断，断距大约为4．5 m；由绕射资料可知，绕射点深度大约为11．55 m，绕射点在地面的投影位置在桩号1000附近。可见，反射处理结果与绕射处理结果吻合。图5为收集到的场地工程地质钻探剖面图（小号在左，大号在右），图面显示，上盘（小号端）顶面深度为11．46m，下盘（大号端）顶面深度为6．90 m，断距为4．56m，断层顶点在地面的投影位置大约为地震测线1000桩号。
综上，本次人工锤击震源超浅层地震勘探结果与之前进行的工程地质钻探结果吻合良好。
图5 钻探剖面图
5 结 论
通过本次黄土区人工锤击震源超浅层地震勘探的资料处理结果分析，可得出以下结论：
（1）在信噪比较高的情况下，与未作反褶积数据做比较，进行反褶积处理后提高了反射波主频，使得靠近折射波的表层反射波突出。
（2）根据记录中的绕射波及其位置，可以确定断层破裂点的位置和深度，表明绕射波可以作为判断隐伏断层地下构造的一个有效依据。
（3）在黄土区，将反射波资料与绕射波资料相结合，利用人工锤击震源的超浅层地震勘探确定地下隐伏断层构造的方法是有效可行的，并可推广到其他第四系地层的超浅层地震勘探。
［1］ 王庆海，徐明才．抗干扰高分辨率浅层地震勘探［M］．北京：地质出版社，1991．
［2］ 闫世信，吕其鹏．黄土塬地震勘探技术［M］．北京：石油工业出版社，2001．
［3］ 黄绪德．反褶积与地震道反演［M］．北京：石油工业出版社，1992．
［4］ 朱宝山，惠智雄，巨朝晖，等．反褶积技术在第四系地震勘探中的应用［J］．勘察科学技术，2013（1）：55－57．
［5］ 李忠生，宋彦辉，彭建兵，等．黄土构造节理型地裂缝的地球物理勘探［J］．工程勘察，2006（6）：67－70．
［6］ 任妹娟，任政委，彭成，等．绕射波技术在地裂缝勘查中的应用初探［J］．工程勘察，2014（1）：91－94．
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