专利名称：岩体中裂隙与软弱夹层特征参数的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种工程尺度下岩体结构和环境地质的勘探技术，特别是一种用于探测岩体中裂隙和软弱夹层特征参数，如裂隙面积、夹层范围、特性参数等的勘探方法。
背景技术：
现有技术由于基本上都是基于通过探测地震波的透射、折射和反射信号，重点多集中在以下几个方面1)波源产生的方法和装置，如专利申请号为86105348的专利，它公开了在井眼地层中产生地震波的方法和装置。选择井眼的某一部位，可以是井底。也可以是沿井身高度的任何其它部位，作为产生地震波的区段。提供了某种装置来激振处于所选井眼部位中的井眼液体，从而在液体中产生所需频率的稳定谐振压力波。通过不断地对液体供给能量来补偿因液体摩擦、结构损失和声能辐射的损失，使波形保持稳定。如此产生的稳定波通过井眼壁被辐射到地层中去，并最终为设置于地面上的地震波检测仪所接收；专利申请号为88106385的专利，它提供了一种用于改善由位于井孔或井眼中的地震源所产生的能量在地质构造中的传播效率的方法和一种实施此方法的装置。井中包含有震源的一段区域由密封部件封信住，从而能防止启动震源时所产生的能量沿着井的方向传递至所封住的区域外。这一密封可用在相对于震源两端处封闭住井的方式来实现。两个可扩张的部件可被用来配置在井中震源的每一端而且其每一个均包括有，比如说，一弹性外壳，一其移动可导致外壳的扩张的环状活塞和用于移动该活塞的液压装置；2)波动信号检测装置，如专利申请号为86105318的专利，它供测量地震信号使用。地震信号经由地层中传来并在井眼中收集。接收器中的一个可反向旋转的电动机驱动一调谐传动减速器，借减速器放大电动机产生的扭矩驱动一滚球螺杆，滚球螺杆沿井眼的中心线直线移动来控制一夹持杆的伸展，使夹持杆进入或脱离一伸展位置，在该位置处夹持杆可与靠近井眼的地下土壤接触。接收器设有一个可供释放的电气离合器使夹持杆脱离接触。因此，在发生动力故障而夹持杆处于伸展位置情况下，可以使接收器收回；专利申请号为92219638的专利，它公开了一种石油地震勘探用的水下地震波接收装置，适用于速度检波器无法正常安置，压电检波器不能正常工作的盐田、潮沟、潮汐地带及更深的水域。本实用新型由橡胶帽和圆盘底座组成，橡胶帽套于圆盘底座上。圆盘底座内设有数个安装孔安装机电转换器，构成地震波水下接收装置。本实用新型结构简单、使用方便、数据准确，适用于各种地带的地震波接收；专利申请号为94201647的专利，它是一种地震波高频检波器，采用铁质圆杯、圆形海绵片、压电陶瓷片、高音纸膜做成的喇叭体和压片构成。对桩基和混凝土基础进行检测时，可使检测最高频率达到20000Hz，从而能够直观看出断桩、离析、扩径、缩径、蜂窝、断缝等现象、比当前使用的地震波检波器检测分辨率提高10倍以上。可使瑞雷波对公路路面检测提高分辨率3-10倍；专利申请号为00108261的专利，它带有一对敏感元件的水下听音器结合了现有技术水下听音器的优点。其内电极电容在较宽压力范围内基本上为常数，并且如果敏感元件的尺寸不同，则所获灵敏度与外罩外部对称连接获得的灵敏度为同一数量级。按照实施例，水下听音器包含刚性管，它包含至少一个检测单元；适于接纳和支撑至少一个外罩的空心平坦中心单元，该中心单元卡入刚性管内；以及每个外罩上并且作为刚性管内面一部分的保护密封涂层；3)地震波分析方法，如专利申请号为97190412的专利，它公开了一种用于在地震波图分析中确定迁移速度的方法。这类方法在于采用与按迁移距分开的接收机(R↓[1]到R↓[n])相联系的爆破点S，并且其特征在于在给定速度范围内，来自爆破点并记录在接收机上的第一组记录线与带有固定的并与第一组共线的迁移距的第二组记录线都迁移，以获得与所述两组记录线对应的部分地点的两个迁移图象，这两个图象通过空间二维相关性相关，其结果确定采用的迁移和被研究速度之间的偏差。它在地区的地震勘探中特别有用。
在工程建设和灾害防止中，岩体结构和环境地质的勘探是不可缺少的。在勘探中，为了充分了解岩体和地质结构，人们需要进行大量的钻孔勘测。这样就要消耗大量的人力、物力和财力，因此除在非常必要的情况下，钻孔勘测的数量是受到控制的。而现有技术无法避免进行大量的钻孔勘测。
发明内容
本发明的目的是克服解决现有技术存在的问题，提出一种无需大量钻孔即能充分了解岩体和地质结构的地震勘探新技术方案；为了简化现有测试方法，提高勘探效率，利用关于爆炸震源的研究结果，从而提供一种无需进行大量钻孔的探测岩体中裂隙和软弱夹层特征参数(如裂隙面积、夹层范围、特性参数等)的勘探方法。
本发明提供的一种关于地质裂隙与软弱夹层特征参数的测量方法，包括以下步骤1.在勘测区域内的中心位置探一竖井，竖井深度是所需勘测的深度；2.在竖井内的不同深度处设置系列探测炸药和延时引爆装置，所述的不同深度处可以是等间距或不等间距；所述的间距由测量精度要求决定；3.在地面的勘测区域内的不同位置上设置检波器；4.按照地震测量的做法顺序延时引爆在竖井内的不同深度处设置的系列探测炸药和延时引爆装置，地表的检波器依次接收和处理来自不同深度的爆炸引起的地震波，利用爆破震动信号特征强烈依赖于爆破源邻近的爆破后地质结构的原理，通过在一定范围内布置的检波器的测点拾取的爆破震动信号，通过数据处理参数识别系统确定一定范围内的裂隙和软弱夹层存在性和它们的特征参数如裂隙面积、夹层范围、特性参数等进行勘探。
按照本发明方法还可在探孔通过废弃矿洞时，在矿洞位置布置爆炸源可以探明倾斜度不大的矿洞走向。另外，按照本发明方法，利用单爆炸震源，也可用于探孔中位置已知的夹层和裂隙特性的探测。按照本发明方法还包括在有漏头的裂隙或软弱夹层时，可以在漏头邻域内布置爆破震动源对其特性进行探测。
通过大量的实验数据分析和数值模拟表明由爆炸震源引起的地震波的特性主要取决于震源邻近爆破后地质结构的自振特性和传播介质的介质特性。在传播介质基本情况已知的情况下，主要就取决于爆破载荷激发的地质结构的自振了。当爆炸源置于裂隙、软弱阶层、矿洞等特殊位置邻近时，爆炸源激发的地这些位置的存在和它们的特征。这是通常的折射和反射地震方法所作不到的，尤其是对于厚度很小的软弱夹层。
本发明提供的裂隙与软弱夹层特征参数的测量方法可以在一个探孔中按一定的间距设置系列探测炸药延时引爆，通过在一定范围内布置的测点拾取的爆破震动信号确定一定范围内的裂隙和软弱夹层存在性和它们的特征参数，具有无需进行大量的钻孔勘测，只需打一口竖井，这样既节约大量的人力、物力和财力，又节约大量的时间，大大地提高了工作效率。尤其是本发明的测量方法适于对于厚度很小的软弱夹层的勘测，通常的折射和反射地震方法是检测不到的。
图面说明如下1----探孔(竖井)2----探孔中设置的炸药和延时启爆系统3---地表设置的检波器及数据处理系统，4---软弱夹层 5---裂隙具体实施方式
实施例1按图1所示的进行，在勘测区域的中心钻出一个探孔为竖井1，在竖井1中按预设间距设置6个炸药和延时起爆系统2，在勘测区域的地表按测量范围和精度需要设置6个常规的检波器和数据记录系统3；按照地震测量的做法顺序延时引爆竖井1中的炸药和延时起爆系统2，地表的检波器及数据记录系统3第次接收和处理来自不同深度的爆炸引起的地震波。通过接收信号的特征，可以勘测出存在地表下不同深度的岩体中裂隙和软弱夹层的特征参数，例如裂隙面积、夹层范围、方位及特性参数等。
应用本实施例的方法所测的实验结果如下半空间均匀岩石介质中(纵波波速3000m/s，泊松比0.24，密度2400kg/m2)有一个0.5m厚10m×10m的水平软弱夹层(弹性模量较岩石小1个数量级)，它距离半空间表面(地面)30m处。当在地表面附近设置爆炸震源时，由检波器测得的信号与无软弱夹层所测得的信号基本上无差别。但当将爆炸震源置于软弱夹层邻近时，由检波器测得的信号与无软弱夹层所测得的信号差别非常明显。当将爆炸震源置于软弱夹层上时，表征夹层特征的信号峰值与无软弱夹层所测得的信号相差超过50％，这样就很容易将软弱夹层的存在和特性识别出来，这在用传统地震测量方法时是很难做到的。
权利要求
1.一种岩体中裂隙与软弱夹层特征参数的测量方法，其特征是包括以下步骤(1)在勘测区域内的中心位置探一竖井；(2)在竖井内的不同深度处设置系列探测炸药和延时引爆装置；(3)在地面的勘测区域内的不同地表位置上设置一个以上检波器和数据记录系统；(4)按照地震测量的做法顺序延时引爆在竖井内的不同深度处设置的系列探测炸药和延时引爆装置，地表的检波器及数据记录系统第次接收和记录来自不同深度的爆炸引起的地震波，数据处理和识别系统利用爆破震动信号特征强烈依赖于爆破源邻近的爆破后地质结构的原理，通过在一定范围内布置的检波器和数据记录系统的测点拾取的爆破震动信号，确定一定范围内的裂隙和软弱夹层存在性和它们的特征参数。
2.根据权利要求1所述的裂隙与软弱夹层特征参数的测量方法，其特征是所述的在竖井内的不同深度处设置的系列探测炸药和延时引爆装置可以是等间距或不等间距设置。
3.根据权利要求1所述的裂隙与软弱夹层特征参数的测量方法，其特征是还包括在有漏头的裂隙或软弱夹层时，可以在漏头邻域内布置爆破震动源对其特性进行探测。
4.根据权利要求1所述的裂隙与软弱夹层特征参数的测量方法，其特征是所述的特征参数包括裂隙面积、夹层范围、特性参数等进行勘探。
全文摘要
本发明涉及一种用于探测岩体中裂隙和软弱夹层特征参数测量方法。包括以下步骤在勘测区域内的中心位置探一竖井；在竖井内的不同深度处设置系列探测炸药和延时引爆装置；在地面的勘测区域内的不同地表位置上设置检波器和数据处理参数识别系统；按照地震测量的做法顺序延时引爆在竖井内的不同深度处设置的系列探测炸药和延时引爆装置，地表的检波器及数据处理系统第次接收和处理来自不同深度的爆炸引起的地震波，确定一定范围内的裂隙和软弱夹层存在性和它们的特征参数如裂隙面积、夹层范围、特性参数等进行勘探。该方法具有无需进行大量的钻孔勘测，只需打一口竖井，既节约大量的人力、物力和财力，又节约大量的时间，大大地提高了工作效率。
文档编号G01V1/42GK1420365SQ0113494
公开日2003年5月28日 申请日期2001年11月16日 优先权日2001年11月16日
发明者丁桦 申请人:中国科学院力学研究所