面波勘探技術(shù)分析

摘 要：近年來，由于地震的頻繁發(fā)生，對淺層地球物理勘探技術(shù)有了更高的要求，面波勘探技術(shù)就是在此情況下應(yīng)運(yùn)而生的新的勘探技術(shù)，其以簡便、快速、高分辨率等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域得以應(yīng)用，并取得了很好的效果。本文對面波勘探技術(shù)進(jìn)行了具體的介紹，同時分析了面波勘探技術(shù)在野外方法，以及面波勘探技術(shù)在工程及應(yīng)用過程中存在的問題進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：面波；勘探；瞬態(tài)法

1 概述

隨著近幾年對淺層地震研究的深入，面波勘探隨之發(fā)展起來，成為國內(nèi)外在勘探淺層地震中普遍采取的一種方法。在面波中有瑞利波（R波）和拉夫波（L波）之分，在進(jìn)行面波勘探時通常稱為R波，因其在同組波組中具有較強(qiáng)的能量、同時振幅也高于其他波，頻率也處于最低點(diǎn)，在測量時很容易識別。

同時面波勘探技術(shù)對于面波還有另外一種分法，穩(wěn)態(tài)法、瞬態(tài)法和無源法，這種分類法主要是根據(jù)產(chǎn)生面波的震源不同進(jìn)行分類的，但其在測試時的原理是一樣的。

2 面波勘探技術(shù)

面波是一種特殊的地震波，它與地震勘探中常用的縱波（P波）和橫波（S波）不同，它是一種地滾波。在各向均勻半無限空間彈性介質(zhì)表面上，當(dāng)一個圓形基礎(chǔ)上下運(yùn)動時，由它產(chǎn)生的彈性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）出來，即P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是說，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作為勘探方法，其信噪比會大大提高。

綜合分析表明R波具有如下特點(diǎn)：

（1）在地震波形記錄中振幅和波組周期最大，頻率最小，能量最強(qiáng)。

（2）在不均勻介質(zhì)中R波相速度（VR）具有頻散特性，此點(diǎn)是面波勘探的理論基礎(chǔ)。

（3）由P波初至到R波初至之間的1/3處為S波組初至，且VR與VS具有很好的相關(guān)性，其相關(guān)式為：

VR=VS·（0.87+1.12μ）/（1+μ）；式中：μ為泊松比；

此關(guān)系奠定了R波在測定巖土體物理力學(xué)參數(shù)中的應(yīng)用。

（4）R波在多道接受中具有很好的直線性，即一致的波震同相軸。

（5）質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為逆轉(zhuǎn)橢圓，且在垂直平面內(nèi)運(yùn)動。

（6）R波是沿地表傳播的，且其能量主要集中在距地表一個波長（λR）尺度范圍內(nèi)。

依據(jù)上述特性，通過測定不同頻率的面波速度VR，即可了解地下地質(zhì)構(gòu)造的有關(guān)性質(zhì)并計算相應(yīng)地層的動力學(xué)特征參數(shù)，達(dá)到巖土工程勘察之目的。

3 野外工作方法

在進(jìn)行野外工作時，一般應(yīng)用較多的為瞬態(tài)法來進(jìn)行面波頻散曲線的繪制，在工作的過程中，會利用多道檢波器來對檢測的R波進(jìn)行分析，這種方法在面波的分析和對比中具有很好的效果。工作時，利用錘子等重物直接作用在地表，然后會產(chǎn)生瞬態(tài)的激振力，由此產(chǎn)生寬頻帶R波，當(dāng)寬頻帶的R波以匯集到一起有序的向外傳送時就會形成脈沖。當(dāng)多道檢波器接收到這些R波后，經(jīng)過系統(tǒng)的分析整理會將不同頻率的R波進(jìn)行分離，進(jìn)而得到VR值，最終繪制成面波頻散曲線。

為了能夠更好的進(jìn)行巖土工程的勘探，在野外進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況做不同的處理，充分的考慮到采集場地的地質(zhì)情況。如果說探測地的底層介質(zhì)較淺時，可以采用小錘做高頻率信號的震源探測，可以獲得很好的效果，相反，如果在探測地的地質(zhì)層介質(zhì)較深的情況下，就可以采用重錘對地面進(jìn)行沖擊以形成較低頻率的信號，以此來探測到更深處的地質(zhì)信息，所以說應(yīng)該具體問題具體分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)姆椒ā?/p>

震源點(diǎn)的偏移距從理論上講越大越好，且易采用兩端對稱激發(fā)，有利于R波的對比、分辨和識別，但偏移距增大就要求震源能量加大和儀器性能的改善。一般來說，偏移距應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取。就目前的儀器設(shè)備條件和反演技術(shù)水平，選用偏移距20～40m即可獲得較好的測試結(jié)果。

由多道檢波數(shù)據(jù)反演處理后可得一條頻散曲線，一般把它作為接收段中點(diǎn)的解釋結(jié)果。實(shí)際上該曲線所反映的地層特性為接收段內(nèi)地層性質(zhì)的平均結(jié)果，故當(dāng)探測場地地下介質(zhì)水平方向變化較大時，只要能滿足勘探深度的要求，盡量使反演所用的接收段減小，以使解釋結(jié)果更具客觀實(shí)際。

4 工程實(shí)例

某測試區(qū)的地層結(jié)構(gòu)如下：①覆蓋層由全新統(tǒng)風(fēng)積砂壤土、粉細(xì)紗和全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石組成；②下伏基巖由棕紅色、紫紅色砂質(zhì)粘土巖組成，局部夾有礫巖。為探測覆蓋層厚度并進(jìn)行地層劃分，采用瞬態(tài)面波進(jìn)行勘探。

R波在非均勻介質(zhì)中傳播具有頻散特性，所以不同頻率（波長）的R波具有不同的傳播速度。模型試驗(yàn)和實(shí)測結(jié)果表明，當(dāng)探測的巖土層介質(zhì)較為均一時，R波的相速度隨深度的加大而按線性增加，只有出現(xiàn)不同介質(zhì)的分界面時，頻散曲線會出現(xiàn)一個所謂“Z”字型變化，該變化特征是由于地表接收到的波從上一層漏能型波轉(zhuǎn)入下一層漏能型面波，且此轉(zhuǎn)折點(diǎn)與兩介質(zhì)間的界面埋深有密切的關(guān)系，由此可依據(jù)實(shí)測頻散曲線的“Z”字型變化點(diǎn)來劃分地下巖性變化的分界面。

5 面波探測存在的問題分析

雖然面波探測技術(shù)在工程中的應(yīng)用已很廣泛，但實(shí)際工作中還存在以下問題：

5.1 在進(jìn)行面波的頻散曲線測試中，有時會出現(xiàn)“Z”字型現(xiàn)象，但是從理論的層面來講的話，只能是出現(xiàn)折點(diǎn)，所以說對于這種現(xiàn)象在目前的狀況下還無法解釋，所以還需要在實(shí)踐中不斷的摸索；

5.2 對于面波勘探深度的確定，國內(nèi)外大多采用半波長作為R波的勘探深度，此關(guān)系是一經(jīng)驗(yàn)公式，但在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)場地地質(zhì)條件、探測對象以及孔旁測試對比結(jié)果等作適當(dāng)調(diào)整；

5.3 在測試的深度上，以目前的技術(shù)力量可以獲得的可靠測量深度為二十到三十米，最深的也不會超過五十到六十米。如果說還要加大探測深度的話，那么對于震源信號就有所要求，必須有足夠的低頻信號。但是以現(xiàn)在的技術(shù)力量來講還無法滿足更深一步的需求。

5.4 在實(shí)際的工作過程中，會因?yàn)榭睖y目的和要求的不同，而對于震源處的R波頻率有不同的要求，所以就需要根據(jù)實(shí)際情況來選擇不同的測試工具，產(chǎn)生不同的頻率值。

6 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在地球表面的物理勘探中，面波勘探是一種比較新型的勘探技術(shù)，其具有一定的優(yōu)點(diǎn)，操作簡單，適用性強(qiáng)，所需的場地較小，可以應(yīng)用的范圍較廣。但是這種技術(shù)在實(shí)際的使用過程中還存在很多的問題，無論是在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中，都需要通過實(shí)踐不斷的完善，以使這項技術(shù)更加的成熟，可以為我國的建筑工程、地質(zhì)勘探等工程建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。

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