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摘 要：折射波法在浅层地震勘探中被广泛应用，而t0法是折射波法资料解释的常用方法之一，本文简单介绍了t0法的原理，并应用Visual Basic程序开发工具，实现了该方法的编程设计，并应用于实际工作中，方便的了折射波法资料的解释。
关键词：浅层地震；t0法；折射波法
中图分类号：U452 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0213-02
前 言
浅层地震折射波法是地震探测常用方法之一，在工程地质、水文地质及环境地质勘查中被广泛应用。该方法常用于岩土类型的划分及推断覆盖层的厚度、基岩起伏、潜水面深度等。实际工作中，地震折射波法的资料解释是获得准确探测效果的关键。而t0法是浅层地震折射波进行资料解的主要方法之一，该解释方法具有快速简单等优点。本文主要介绍了t0法的原理，并采用Visual Basic程序开发工具，以双重相遇时距曲线观测系统为基础，实现了对二层地质结构覆盖层波速V1、基岩层波速V2及折射界面深度h的自动计算。使to法更方法便捷地应用折射波的资料解释中。
1 方法原理
1.1 浅层地震折射法原理
浅层地震折射波法是一种研究人工震源所激发产生的折射波在地下岩层、土壤或其他介质中传播规律，以探测浅部地质构造或测定岩、土力学参数的地球物理方法。当地震波通过波速不同的介质界面时，波就会改变原来的传播方向而产生折射，当下层介质的波速大于其上部介质的速度时，在波的入射角等于临界角的情况下，折射波就会沿着速度界面传播，产生所谓“滑行波”。这种沿着界面传播的“滑行波”引起界面上各质点的震动，并以新的形式传到地面，在地面上观测其到达的旅行时间和接收点到震源的距离，就可以求出折射界面的埋深。通过折射波法可以求得界面速度，从而了解折射界面的岩石成分，进行地层对比等。
实际工程中折射波法对激发条件的要求不如反射波法严格，在记录地震波时，初至折射波在平静的背景上出现，不受其它地震波的干扰，信噪比高，因此能够准确判断折射波的波至时间。这是折射波法最大的优点之一。但折射波法近炮点位置存在盲区，必须在盲区之外才能对折射波进行有效观测和识别。且折射波勘探的前提是要求波速在地层介质下递增。在实际工作中折射波存在相互干涉、置换严重，不宜于勘探大倾角构造等局限。
1.2 资料解释t0法原理
t0法是利用相遇时距曲线观测系统获得的正、反两个方向上的数据求折射界面每个检波点处的折射界面速度和深度。地震波傳播的介质往往是多层的，为简要说明to法工作原理，本文只讨论二层地质结构模型折射波的传播特点。
如图1（a）所示，设在O1和O2点激发，得到两条折射波时距曲线S1和S2，对应于测线上的点S可得到折射波传播时间，其中t1和t2分别表示为：
t1=tO ABS
t2=tO DCS
在O1点激发的折射波沿界面传播到达O2点的时间与折射波从O2沿相同路径相反方向传播到O1点的时间相同，称之为互换时间T：
T=tO AB+tBC+tO DC
当折射面R的曲率半径比埋深大得多时，可以把SBC近似地看成是等腰三角形。从检波点S绘垂直平分线Sm，则Sm等于S点下方折射面的法线深度h。为求这一点的深度h，设计t0函数的表达式为：
t0=t1+t2-T=tBS+tCS-tBC（1）
根据图1（a）可得到：
t =t = （2）
t =2t = = （3）
将上（3）和（2）式代入（1）式，整理后得：
t = （1-sin2i）= （4）
根据S1和S2计算出的测线上各点的t0（x）值如图1（b）所示。根据（4）式，界面任意一点的深度可用下式计算：
h= （5）
利用（5）式可以求出界面上各点的深度，此方法称为t0法。（5）式中的cosi值需要V2才能计算出来，折射界面每一点的速度值可用下面的方法求得。
设计差数函数θ的表达式为：
θ=t -t +T
根据S1和S2计算出的测线上各点的θ（x）值如图1（b）所示。由于t2是反向接收的时距曲线，应取负值。θ函数的斜率为：
= - =| |+| |= +
= = （6）
由（6）式
V =2cos？准 （7）
如果折射界面倾角小于15°，则，cos？准≈0，（7）式为：
V =2 （8）
因此，当折射面起伏不大时，用（8）式可以求得折射界面的速度，在V1已知的条件下，根据t0函数，即（5）式可获得测线上各点的折射界面法线深度。绘制折射面时，以各点的h为半径、S为圆心作弧，圆弧轨迹切面就是折射面的可能位置。同样地，各测点相应圆弧的包络就是所求的折射面，如图1（b）所示。
2 程序的实现
通过对t0法原理推理可知，覆盖层的波速V1与直达波的时距曲线的斜率有关，折射界面的速度V2是由差数时距曲线的斜率决定的，根据t0函数，可以计算出折射界面的深度h。t0法程序的设计正是基于上述思路，采用Visual Basic语言编写的。
主要程序代码如下：
Dim sjl As String
Dim n， a（）， Q（）， v2（）， k（）， h（）， t0（） As Double
Private Sub Command1_Click（）
On Error GoTo ErrHandler
CommonDialog1.ShowOpen CommonDialog1.Filter = "Metafile （*.txt）|*.txt"
Open CommonDialog1.FileName For Input As #1
Do Until EOF（1）
Line Input #1， sjl
n = n + 1
Loop
ReDim a（n， 6）， Q（n）， v2（n）， k（n）， h（n）， t0（n）
Seek #1， 1
For i = 1 To n
For j = 1 To 6
Input #1， a（i，j）
Next j
Next i
ErrHandler：
End Sub
Private Sub Command2_Click（）
On Error GoTo ErrHandler
CommonDialog1.ShowOpen
CommonDialog1.Filter = "Metafile （*.txt）|*.txt"
Open CommonDialog1.FileName For Output As #2
v1=（5 *1000/（a（2，3）-a（1，3））+5*1000/（a（n- 1，4）-a（n，4）））/2
For i=Int（n/2） To n
S1=S1+a（i，3）-a（i，5）
w1=S1/（n-Int（n/2）+1）
Next i
For i=1 To Int（n/2）
S2=S2+a（i，6）-a（i，4）
w2=S2/Int（n/2）
Next i
If （a（n，5）-w1）>（a（1，6）-w2）Then
T=a（n，5）-w1
Else
T=a（1，6）-w2
End If
For i=1To n-1
t0（i）=（a（i，5）-w1）/1000+（a（i，6）-w2）/1000-T/1000
Q（i）=（（a（i+ 1，5）- w1）-（a（i，5）- w1））-（（（a（i+1，6）-w2）-（a（i，6）- w2）））
v2（i）=2*5*1000/Q（i）
k（i）=v1*v2（i）/（2*（Sqr（v2（i）*v2（i）-v1*v1）））
h（i）= k（i）* t0（i）
Print #2，a（i，2），-h（i），v1，v2（i）
Next i
Close 2
ErrHandler：
End Sub
上述程序是采用t0法对提取初至时间后的txt文件进行处理，该文件是一个n行，六列的数据格式，各列分别是通道号、距离X（m）、正向端点时间、反向端点时间、正向追逐时间、反向追逐时间。
3 结 语
地震浅层折射波法的资料解释方法有截距时间法、t0法、广义互换时法、射线追踪法等。在实际应用中，只要V1准确，t0、θ函数法可以不要求进行地形校正，而且无论是对水平界面或曲率不太大的弯曲界面，此法都能适用。这些优点使它成为折射波法资料解释中常用的一种方法。上述折射波法资料的处理解释程序是基于二层介质结构，针对t0法所设计的，数据采集采用相遇追逐时距曲线观测系统。实际工作中，应该根据场区地质结构特点与实际记录情况，在资料解释时按二层介质结构进行解释。若是三层，则以上二层的平均速度作为第一层速度，按二结构解释。根据地质情况和探测目的的不同，所使用的观测系统的也不同，上述程序应做适当的调整。但基本的原理和指导思想是一致的，即通过时距曲线的斜率求出覆蓋层波速V1，基岩层波速V2，通过V1、V2计算出折射界面深度h。在折射界面的曲率半径比其埋深大得多的情况下，采用t0法进行资料解释是比较准确的。
参考文献
[1]单娜琳，程志平，刘云祯.工程地震勘探[M].北京：冶金工业出版社，2006.
[2]王振东.浅层地震勘探应用技术[M].北京：地质出版社，1988.
[3]王俊茹，编.工程与环境地震勘探技术[M].北京：地震出版社，2002，2.
[4]熊章强，方根显.浅层折射波法在隧道工程地质调查中的应用[J].水文地质工程地质，2001（1）：63～66.
[5]熊昌胜，顾汉明，陈毅敏，曹哲明.提高浅层地震折射波法在隧道勘察效果的举措，工程地球物理学报，2004.10，1（5）：452～456.
收稿日期：2018-5-14
作者简介：黄锦捷（1983-），男，壮族，广西南宁人，中级工程师，硕士研究生，主要从事地球物理勘察及地质相关工作。
关键词：浅层地震；t0法；折射波法
中图分类号：U452 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0213-02
前 言
浅层地震折射波法是地震探测常用方法之一，在工程地质、水文地质及环境地质勘查中被广泛应用。该方法常用于岩土类型的划分及推断覆盖层的厚度、基岩起伏、潜水面深度等。实际工作中，地震折射波法的资料解释是获得准确探测效果的关键。而t0法是浅层地震折射波进行资料解的主要方法之一，该解释方法具有快速简单等优点。本文主要介绍了t0法的原理，并采用Visual Basic程序开发工具，以双重相遇时距曲线观测系统为基础，实现了对二层地质结构覆盖层波速V1、基岩层波速V2及折射界面深度h的自动计算。使to法更方法便捷地应用折射波的资料解释中。
1 方法原理
1.1 浅层地震折射法原理
浅层地震折射波法是一种研究人工震源所激发产生的折射波在地下岩层、土壤或其他介质中传播规律，以探测浅部地质构造或测定岩、土力学参数的地球物理方法。当地震波通过波速不同的介质界面时，波就会改变原来的传播方向而产生折射，当下层介质的波速大于其上部介质的速度时，在波的入射角等于临界角的情况下，折射波就会沿着速度界面传播，产生所谓“滑行波”。这种沿着界面传播的“滑行波”引起界面上各质点的震动，并以新的形式传到地面，在地面上观测其到达的旅行时间和接收点到震源的距离，就可以求出折射界面的埋深。通过折射波法可以求得界面速度，从而了解折射界面的岩石成分，进行地层对比等。
实际工程中折射波法对激发条件的要求不如反射波法严格，在记录地震波时，初至折射波在平静的背景上出现，不受其它地震波的干扰，信噪比高，因此能够准确判断折射波的波至时间。这是折射波法最大的优点之一。但折射波法近炮点位置存在盲区，必须在盲区之外才能对折射波进行有效观测和识别。且折射波勘探的前提是要求波速在地层介质下递增。在实际工作中折射波存在相互干涉、置换严重，不宜于勘探大倾角构造等局限。
1.2 资料解释t0法原理
t0法是利用相遇时距曲线观测系统获得的正、反两个方向上的数据求折射界面每个检波点处的折射界面速度和深度。地震波傳播的介质往往是多层的，为简要说明to法工作原理，本文只讨论二层地质结构模型折射波的传播特点。
如图1（a）所示，设在O1和O2点激发，得到两条折射波时距曲线S1和S2，对应于测线上的点S可得到折射波传播时间，其中t1和t2分别表示为：
t1=tO ABS
t2=tO DCS
在O1点激发的折射波沿界面传播到达O2点的时间与折射波从O2沿相同路径相反方向传播到O1点的时间相同，称之为互换时间T：
T=tO AB+tBC+tO DC
当折射面R的曲率半径比埋深大得多时，可以把SBC近似地看成是等腰三角形。从检波点S绘垂直平分线Sm，则Sm等于S点下方折射面的法线深度h。为求这一点的深度h，设计t0函数的表达式为：
t0=t1+t2-T=tBS+tCS-tBC（1）
根据图1（a）可得到：
t =t = （2）
t =2t = = （3）
将上（3）和（2）式代入（1）式，整理后得：
t = （1-sin2i）= （4）
根据S1和S2计算出的测线上各点的t0（x）值如图1（b）所示。根据（4）式，界面任意一点的深度可用下式计算：
h= （5）
利用（5）式可以求出界面上各点的深度，此方法称为t0法。（5）式中的cosi值需要V2才能计算出来，折射界面每一点的速度值可用下面的方法求得。
设计差数函数θ的表达式为：
θ=t -t +T
根据S1和S2计算出的测线上各点的θ（x）值如图1（b）所示。由于t2是反向接收的时距曲线，应取负值。θ函数的斜率为：
= - =| |+| |= +
= = （6）
由（6）式
V =2cos？准 （7）
如果折射界面倾角小于15°，则，cos？准≈0，（7）式为：
V =2 （8）
因此，当折射面起伏不大时，用（8）式可以求得折射界面的速度，在V1已知的条件下，根据t0函数，即（5）式可获得测线上各点的折射界面法线深度。绘制折射面时，以各点的h为半径、S为圆心作弧，圆弧轨迹切面就是折射面的可能位置。同样地，各测点相应圆弧的包络就是所求的折射面，如图1（b）所示。
2 程序的实现
通过对t0法原理推理可知，覆盖层的波速V1与直达波的时距曲线的斜率有关，折射界面的速度V2是由差数时距曲线的斜率决定的，根据t0函数，可以计算出折射界面的深度h。t0法程序的设计正是基于上述思路，采用Visual Basic语言编写的。
主要程序代码如下：
Dim sjl As String
Dim n， a（）， Q（）， v2（）， k（）， h（）， t0（） As Double
Private Sub Command1_Click（）
On Error GoTo ErrHandler
CommonDialog1.ShowOpen CommonDialog1.Filter = "Metafile （*.txt）|*.txt"
Open CommonDialog1.FileName For Input As #1
Do Until EOF（1）
Line Input #1， sjl
n = n + 1
Loop
ReDim a（n， 6）， Q（n）， v2（n）， k（n）， h（n）， t0（n）
Seek #1， 1
For i = 1 To n
For j = 1 To 6
Input #1， a（i，j）
Next j
Next i
ErrHandler：
End Sub
Private Sub Command2_Click（）
On Error GoTo ErrHandler
CommonDialog1.ShowOpen
CommonDialog1.Filter = "Metafile （*.txt）|*.txt"
Open CommonDialog1.FileName For Output As #2
v1=（5 *1000/（a（2，3）-a（1，3））+5*1000/（a（n- 1，4）-a（n，4）））/2
For i=Int（n/2） To n
S1=S1+a（i，3）-a（i，5）
w1=S1/（n-Int（n/2）+1）
Next i
For i=1 To Int（n/2）
S2=S2+a（i，6）-a（i，4）
w2=S2/Int（n/2）
Next i
If （a（n，5）-w1）>（a（1，6）-w2）Then
T=a（n，5）-w1
Else
T=a（1，6）-w2
End If
For i=1To n-1
t0（i）=（a（i，5）-w1）/1000+（a（i，6）-w2）/1000-T/1000
Q（i）=（（a（i+ 1，5）- w1）-（a（i，5）- w1））-（（（a（i+1，6）-w2）-（a（i，6）- w2）））
v2（i）=2*5*1000/Q（i）
k（i）=v1*v2（i）/（2*（Sqr（v2（i）*v2（i）-v1*v1）））
h（i）= k（i）* t0（i）
Print #2，a（i，2），-h（i），v1，v2（i）
Next i
Close 2
ErrHandler：
End Sub
上述程序是采用t0法对提取初至时间后的txt文件进行处理，该文件是一个n行，六列的数据格式，各列分别是通道号、距离X（m）、正向端点时间、反向端点时间、正向追逐时间、反向追逐时间。
3 结 语
地震浅层折射波法的资料解释方法有截距时间法、t0法、广义互换时法、射线追踪法等。在实际应用中，只要V1准确，t0、θ函数法可以不要求进行地形校正，而且无论是对水平界面或曲率不太大的弯曲界面，此法都能适用。这些优点使它成为折射波法资料解释中常用的一种方法。上述折射波法资料的处理解释程序是基于二层介质结构，针对t0法所设计的，数据采集采用相遇追逐时距曲线观测系统。实际工作中，应该根据场区地质结构特点与实际记录情况，在资料解释时按二层介质结构进行解释。若是三层，则以上二层的平均速度作为第一层速度，按二结构解释。根据地质情况和探测目的的不同，所使用的观测系统的也不同，上述程序应做适当的调整。但基本的原理和指导思想是一致的，即通过时距曲线的斜率求出覆蓋层波速V1，基岩层波速V2，通过V1、V2计算出折射界面深度h。在折射界面的曲率半径比其埋深大得多的情况下，采用t0法进行资料解释是比较准确的。
参考文献
[1]单娜琳，程志平，刘云祯.工程地震勘探[M].北京：冶金工业出版社，2006.
[2]王振东.浅层地震勘探应用技术[M].北京：地质出版社，1988.
[3]王俊茹，编.工程与环境地震勘探技术[M].北京：地震出版社，2002，2.
[4]熊章强，方根显.浅层折射波法在隧道工程地质调查中的应用[J].水文地质工程地质，2001（1）：63～66.
[5]熊昌胜，顾汉明，陈毅敏，曹哲明.提高浅层地震折射波法在隧道勘察效果的举措，工程地球物理学报，2004.10，1（5）：452～456.
收稿日期：2018-5-14
作者简介：黄锦捷（1983-），男，壮族，广西南宁人，中级工程师，硕士研究生，主要从事地球物理勘察及地质相关工作。