物探孔中激发波速测井法在地震安评勘察中的应用

物探孔中激发波速测井法在地震安评勘察中的应用

王刚

陕西华实地质勘探有限公司 陕西 西安 710021

摘要：根据目前地震安评勘察过程，讨论物探孔中激发波速测井法在地震安评勘察中的应用效果。

物探孔中激发波速测井法的原理与特点，并对物探孔中激发波速测井法技术应用中的重要参数进行了分析，再结合实际工程案例，分析物探孔中激发波速测井在地震安评勘察中的应用，为以后地震安评勘察提供更可靠的依据。

关键词：地震安评勘察：物探孔中激发波速测井法工作原理及工作方法。

1物探孔中激发波速测井法的基本原理

孔中激发式波速测井法是利用放置到钻孔中的检波器接收到震源传来的S波信号到达初至时间，来确定钻孔所在处地层波速的一种方法。在钻孔中以井液作为耦合剂，用电磁震激振源垂直于井壁作用一瞬时冲击力，就在井壁地层中产生两种类型质点振动，一种是质点振动方向垂直于井壁，沿井壁方向传播，称为S波（剪切波，横波）；另一种是质点振动方向与传播方向相同称为P波（压缩波，纵波）。检波器接收S波的振动信号并转换成电信号，然后传输到计算机，计算机对信号进行数据处理后采用两道互相关分析方法，自动计算S波在两道检波器间传播的时间差，从而计算出两道间的S波传播速度，由相邻两点 P•S 波的初至时间差可计算出两点间地层的波速值。对场地进行场地土类型和场地类别的评判。

2物探孔中激发波速测井法在工程勘察中的应用

物探孔中激发波速测井，它是地球物理测井的一个分支，由于方法简单，可以直接得到剪切波速度，目前以广泛应用于石油、煤田、固体矿产和水文观察地质调查的多种领域，在工程地震勘察的资料解释中，准确的Vp和Vs 波资料是不可缺少的。在速度分析中获得的速度资料与测井相比，精度上是有较大差别的。因此，使用波速测井提供的速度资料，确定标准层、进行地层分层是工程地震勘察过程中不能短缺的重要方法。为了考虑不同场地土质条件对地震反映的影响，需要对场地土进行分类。场地土是场地工程地质条件(简称场地条件)的一个方面。它包括:地形地貌、水文工程地质、土层结构、剪切波速、岩土类型等方面。由于各地区各种工程地质因素组合不同，场地条件随之而变化，因此，产生的地震效应往往各地都不相同。为了评估未来地震对建筑物场地可能产生的地震效应，以便对工程场地的抗震性能做出评价并提供有关工程抗震设防依据。因此，必须对场地土类型和场地类别进行评价。它是根据岩土名称、性状和剪切波速来划分的。我国现行有关建筑物抗震设计规范规定，一般按取地下20米，且不得深于场地覆盖层厚度内各土层的性状和平均剪切波速，将场地划分为:坚硬土、中硬土、中软土、和软弱土四种类型。地层的划分 一般情况下，不同的地层具有可分辨的波速差异，利 用波速的变化，可以得到各地层的厚度及弹性波的传播速 度，传播速度的大小直接反映了地层的“软”“硬”程度。因此，可以对地层进行划分，并确定地基的持力层。研究土的工程性质 除直接用Vp、VS描述土的工程性质外，还可利用Vp、VS 与某些物理力学参数的关系计算工程上常用的工程性质指标，如换算标贯击数、计算弹性模量、评价地层承载能力等。为抗震设计提供参数划分场地土类别，判别地基土液化，研究地基的振动特性等。划分岩石风化层当岩石风化后，因其组织结构被破坏，矿物成分发生变化，裂隙发育，岩体破碎，造成其波速降低。根据其波速的不同，即可划分岩石的风化程度。

3物探孔中激发波速测井法在地震安评勘察中的应用分析

1工程案例简介

铜川市地震安评项目物探孔中激发波速测井法报告

1.1工作目的

目的是采用物探孔中激发波速测井法，对场地土类型及场地类别评判，为为地震安评勘察提供依据。

1.2工区概况

工作区位于铜川市南约4公里处黄土塬，上部地层为黄土、古土壤，深部为基岩。基本具备了物探孔中激发波速测井法测试条件。

1.3工作布置

本次勘查共布物探孔中激发波速测井法二个孔，ZK1钻孔深度为67米，ZK2钻孔深度为65米，共布测点132米。

1.4使用仪器

本次工作使用仪器为廊坊市建地科技有限公司生产的KD-16孔中激发式波速测试仪，测试方法采用单孔剪切波速度法，孔中激发孔中接收，孔中激发即震源激发在钻孔中用电磁震激振源垂直于井壁作瞬时冲击，孔中接收即在孔内接收激发后垂直于井壁的质点振动（S剪切波）。在地层的划分、研究土的工程性质、为抗震设计提供参数、划分岩石风化层，地质效果较明显。

1.5主要技术要求

KD-16孔中激发式波速测试仪是一种自动化程度较高的剪切波设备，主要配置有：主机、井中探头及连接电缆、信号电缆、触发检波器等组成。现场测试比较简单。

仪器技术参数：通 道 数：1 至 3 道可选；采样间隔：0.01ms－4ms；采样点数：512－4096；各道时间一致性：≤0.1ms；各道振幅一致性：<3%；频率范围：5－1000Hz；前放增益：18－60dB（各道独立可调）；A/D 转换精度：

14 位；输入阻抗：≤10kΩ；触发方式：脉冲、通断；延时：0－8000ms 可选。井中检波器：圆柱状金属全密封结构，内置 2 个水平检波器。检波器：频带 60Hz；灵敏度：30V/m/s； 探头尺寸：φ 70mm，测试顺序自下而上逐点进行，测点间隔1.0m。

1.6执行规范

（1）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）；

（2）《工程物探规范》（DB45/T 983-2014）；

（3）《地基动力特性测试规范》（GB／T 50269-2015）；

（4）《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）（2016版））；

1.7质量评价

本次勘探工作布置严格按委托方的要求进行，野外观测、室内资料整理、报告编写均按委托方要求及有关规程进行；工作区工业及人文干扰较小，地理条件基本符合基本具备了物探孔中激发波速测井法测试工作要求，因此，本次勘查工作所取得资料真实、可靠。

1.8成果分析

现场波速测试数据采集及后期资料处理，用于现场波速测试；室内资料处理，包括波形调整、数据处理、人工干预波速值计算、波形图输出等，利用波速测试结果绘制钻孔地质—波速柱状图。

图1 ZK1#孔剪切波测试波形图                        图1-1 ZK1#孔波速测试深度波速图

1.9结论和建议

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）（2016版）表4.1.3及表4.1.6，确定建筑的场地土类型及场地类别，判定结果见结果表。

建筑场地等效剪切波速和场地土类型及场地类别结果表

以上结论只是孔中激发式波速测井法所得出的初步结论，建议，应结合其它勘探资料进行综合分析，采取其它方法进一步验证。

4结论：

物探孔中激发式波速测井法在在地震安评勘察中具有明显的优势，能有满足多种情况下的勘查需求，可以通过波形图和波速曲线图更清晰的阐明勘查区的不同的地层波速的差异，利 用波速的变化，可以得到各地层的厚度及弹性波的传播速 度，传播速度的大小直接反映了地层的“软”“硬”程度。因此，可以对地层进行划分，并确定地基的持力层。为抗震设计提供参数划分场地土类别，判别地基土液化，研究地基的振动特性等。能有效的达到工作目的。

综上所述，物探孔中激发式波速测井法在在地震安评勘察中发挥着重要作用，是一种有效的物探手段，应该在更多工程项目中进行应用和推广。

参考文献：

1、卢美健，剪切波速原位测试技术及在地震安全性评价中的应用。福建省地震局：福建地震2002年9月第18卷第3期。

2、梅新忠、王振德、王晨光，工程勘察中悬挂式波速测井方法的应用。河北省地球物理勘查院《工程勘察》 2006年S1期。