可控震源地震勘探在大坝检测中的应用试验 The applied test of vibroseis seismic prospecting system in dam.pdfVIP

第1期 水利水运工程学报 NO．1 AND 2010年3月 HYDRo·SCIENCEENGINEERING Mar．2010 可控震源地震勘探在大坝检测中的应用试验 钟 飞1，张 伟1，李继山2，梁昌明3，钟约先1 (1．清华大学机械系，教育部先进成形制造重点实验室，北京100084；2．中国铁道科学研究院车辆研究 所，北京100081；3．广东粤电南水发电有限责任公司，广东乳源512700) 摘要：某电厂大坝为黏土斜墙堆石坝，其黏土防渗层的状态(密实性、一致性等)是极其重要的问题．瞬态瑞利 面波探测技术可用来检测堤坝松散层和土坝渗漏水异常区．可控震源激发波形精确可控，可激发高频地震波， 以提高地震勘探分辨率，进行浅层薄层地震勘探．本文应用研制的可控震源地震勘探系统对大坝进行了实地测 试，对测试数据进行了频散分析，衰减系数与能量分析，波速计算分析．分析结果表明，大坝局部区域存在低速 点；研制的可控震源系统可有效地进行浅层地震信号勘探． 关 键词：可控震源；地震勘探；大坝检测；信号处理 中图分类号：P315．9 文献标识码：A 我国堤坝隐患的传统探测方法是钻探和人工探视，近期把地球物理勘探作为辅助手段．工程地球物理勘 探是堤坝隐患快速、准确、无损伤探测的首选方法．现阶段我国使用的物探仪器主要是传导类电法与波动类 (如瑞利波法等)…．利用瑞利面波进行工程地震勘探是近些年国内外新兴的一种工程物探方法．赵纯青等 用锤击激发面波对克孜尔水库坝体出现的裂缝进行了面波勘探旧1．面波法勘探早期应用于土坝隐患的勘 查¨。，如今在土坝管涵、土洞、白蚁巢穴、土体疏松带、滑坡体的探测及坝体质量评价等方面也得到了应 用【4]． 械式可控震源、液压可控震源、电力可控震源”1．可控震源因具有激发波形精确可控、自行运载通过性高、成 本低、效率高、可在人口和建筑物稠密等不允许使用炸药震源的地区使用等优点，受到地球物理界的普遍欢 迎，成为地震勘探的主要激发设备¨1．可控震源是在相对长的时间内分散地把能量传人到地下，再用相关技 术将分散的能量集中起来并压缩成宽度很窄的脉冲，用长时间输出的小能量信号去逼近短时间输出的大能 量信号．超磁致伸缩可控震源以地震波形式向地下发射变频扫描信号，地震波在不同构造的地层交界面或地 下目标体表面传播，表面波通过地面的检波器进入地震仪．地震仪接收到的信号仍是调频信号，通过相关技 术使调频信号变成带有延时信息的脉冲信号，从而实现地下目标检测，对地下信息成像1． 某电厂大坝为黏土斜墙堆石坝，最大坝高81．3m，坝顶高程为225．9m，长215．0m，宽6．0m；坝底最大 宽度450．0m；防浪墙高1．7m、高程为227．6m．该大坝建成40多年，为定向爆破堆石、黄土防渗、水泥面板 防冲刷的土坝，其安全性值得关注．如面板下沥沙层密实状态(是否掏空)，黄土防渗层有无裂纹，其厚度及 其密实程度是否还符合要求，堆石层的一致性等．炸药震源会损伤大坝，因此南水大坝测试采用了超磁致伸 缩可控震源面波勘探． 收稿El期：2009—04—02 基金项目：铁道部一清华基金项目(T200409)；广东省粤电集团有限公司科技项目(K06NS001) 作者简介：钟飞(1979一)，男，湖南武冈人，博士研究生，主要从事浅层可控震源地震勘探和无损检测方面研究． E—mail zhongfei@emails．bjut．edu．cn 万方数据 第1期 钟飞。等：可控震源地震勘探在大坝检测中的应用试验 57 1 试验设备与方法 测试采用清华大学无损检测实验室自行研制的可控震源地震勘探系统，系统由信号换能器、SDl404压 小车等组成(见图1)．系统可实现30Hz到10kHz频率范围 内地震波激发，地震波激发方式包括：脉冲激发、脉冲串激 发、扫频激发和连续激发．数据采集系统实现了16通道、每 通道最大15kHz采样速率、可变增益以及不限时长的数据 采集管理系统．PCI信号发射卡使用PCI9054作为PCI总线 接口芯片，