尼日尔三角洲东部地区地震折射和上孔调查数据在工程结构中的应用分析

《Results in Earth Sciences》：Analysis of Seismic Refraction and Uphole Survey Data Over Eastern Niger Delta Basin for Engineering Structures

本研究在尼日尔河三角洲东部采用地震折射法（forward-reverse refraction和uphole技术）测定了风化层及以下岩层的厚度和速度。结果显示，风化层平均厚度3.13米、速度339.25m/s，次风化层11.23米、速度692.58m/s， consolidate层速度1740.65m/s，建议工程桩基深度至少19米。

　　### 中文解读：东尼日尔三角洲盆地的地震折射勘探研究

在东尼日尔三角洲盆地进行的地震折射勘探研究，旨在确定地表风化层的厚度与波速，为土木工程建设提供必要的地质信息。该研究采用了多种地震勘探技术，包括正逆折射剖面数据与上孔数据，以揭示地表和地层的结构特征。研究中使用的地震数据采集方法和分析手段，对于理解地层特性以及为工业设施选址提供了科学依据。

#### 地震折射勘探的基本原理

地震折射勘探是一种利用地震波在地层中的传播特性来推断地下结构的方法。该方法基于地震波在不同介质中传播速度的变化，通过记录地震波到达接收器的时间，可以绘制出时间-距离曲线，从而确定各层的波速和厚度。在地震勘探中，地震波的传播路径可以分为两种：一种是直接传播的波，另一种是折射波。直接传播的波速度较低，而折射波则在穿过不同地层时速度加快，这使得折射波能够提供更准确的地下结构信息。

正逆折射剖面技术是在传统地震折射勘探基础上发展而来的，它通过在接收器线的两端设置至少一个地震波源，从而获得更准确的波速数据，并能够解决地层倾斜带来的复杂问题。相比之下，上孔技术则是在钻孔中直接测量地震波在不同深度的传播时间，以确定风化层和次风化层的波速和厚度。这种技术在研究低速层时具有较高的精度，因为其数据采集是在地层附近进行的，能够更真实地反映地层特性。

#### 研究方法与数据采集

在本次研究中，采用了25个正逆折射剖面数据点，覆盖了300米的剖面线，地电话间距为12.5米。数据采集使用了OYO McSeis地震仪，这是一种常用的地震数据记录设备，能够提供高分辨率的地震信号。同时，研究还采用了12个上孔数据点，这些数据来自60米深的钻孔，每个钻孔中布置了32个水听器，间隔为1.8米。上孔数据的采集使用了RAS-24地震仪，该仪器能够精确记录地震波在钻孔内的传播情况。

在数据处理方面，研究使用了IXseg2segy软件，这是一种用于地震波处理的工具，能够将原始数据转换为更易于分析的形式。通过对数据的处理，研究人员能够识别出地震波的第一到达时间，并据此建立时间-距离关系。此外，研究还使用了地统计学中的克里金插值法，对风化层和次风化层的波速和厚度进行空间分布建模，从而获得更全面的地下结构信息。

#### 地层特性分析

通过正逆折射剖面和上孔数据的分析，研究人员确定了研究区域内的地层结构。风化层（第一层）的平均厚度为3.13米，平均波速为339.25米/秒。这一层通常被称为低速层（LVL），其波速较低，主要由于其松散的结构和较高的孔隙度。风化层的波速和厚度在不同区域存在一定的变化，这反映了地下地质条件的不均匀性。

次风化层（第二层）的平均厚度为11.23米，平均波速为692.58米/秒。这一层属于部分风化层，其地质特性介于风化层和压实层之间。由于其较高的波速，次风化层在地震波传播中表现出一定的稳定性。研究还发现，次风化层的波速在不同区域存在差异，这可能与地层的沉积历史和构造活动有关。

压实层（第三层）的平均波速为1740.65米/秒，这一层被认为是工程结构的基础层。压实层的波速较高，表明其具有良好的承载能力和稳定性，能够支持大型工业设施的建设。通过分析压实层的波速分布，研究人员发现其在研究区域内的变化较小，这说明该层在空间上具有一定的均匀性。

#### 地层结构与工程应用

研究结果表明，东尼日尔三角洲盆地的地质结构较为复杂，但整体上具有一定的规律性。风化层和次风化层的波速和厚度在不同区域存在差异，这可能与沉积环境和地质构造有关。例如，风化层的波速较低，而次风化层的波速较高，这种差异反映了地层的物理性质变化。

压实层的波速较高，且在研究区域内分布较为均匀，表明其在空间上具有较好的稳定性。这种稳定性使得压实层成为工程结构的理想基础层。研究还发现，压实层的波速在不同区域存在一定的变化，但总体上保持在一个较高的水平，这说明其在大多数情况下都能满足工程需求。

为了确保工程结构的安全性，研究建议在该区域进行基础建设时，应将桩基或基础深度设置为19米或更深。这一建议基于对风化层和次风化层厚度的分析，以及压实层波速的评估。通过将桩基深度设置为19米或更深，可以有效避免风化层对反射地震数据的影响，从而确保工程结构的稳定性。

#### 地质背景与沉积环境

研究区域位于东尼日尔三角洲，这一地区的地质特征主要由沉积作用和构造活动形成。东尼日尔三角洲的沉积层包括多个不同的地层单元，这些地层单元在不同的地质时期形成，并具有不同的沉积特征。例如，Benin Formation是一个主要由砂岩组成的地层单元，其沉积物主要来自陆源，具有较高的砂含量，形成于中新世至全新世。Agbada Formation则是一个海相沉积单元，其沉积物包括砂岩和页岩，形成于中新世至更新世。Akata Formation是一个基底海相页岩单元，形成于始新世至更新世。

这些地层单元的沉积特征反映了东尼日尔三角洲的沉积环境和地质演化过程。Benin Formation的高砂含量表明其沉积环境较为干旱，而Agbada Formation的砂页岩交替沉积则反映了海洋环境的影响。Akata Formation的基底页岩则表明其沉积环境较为稳定，且具有较高的沉积速率。

#### 结论与建议

本研究通过地震折射勘探方法，揭示了东尼日尔三角洲盆地的地质结构和地层特性。研究结果表明，风化层和次风化层的厚度和波速在不同区域存在一定的变化，但整体上具有一定的均匀性。压实层的波速较高，且在研究区域内分布较为稳定，表明其在工程应用中具有较高的可行性。

基于研究结果，建议在该区域进行工业设施建设时，应将桩基或基础深度设置为19米或更深。这一深度能够有效避开风化层的影响，确保工程结构的稳定性。此外，研究还发现，压实层的波速在不同区域存在一定的变化，这可能与地质构造和沉积环境有关。因此，在进行具体工程设计时，应结合详细的地质调查和地震数据，以确保工程的安全性和可靠性。

总之，本研究为东尼日尔三角洲盆地的工程应用提供了重要的地质依据，有助于提高工业建设的效率和安全性。通过详细的地震数据采集和分析，研究人员能够准确评估地层的特性，并为工程设计提供科学支持。未来的研究可以进一步探索不同地质条件下地震波的传播特性，以提高地震勘探方法的适用性和准确性。