瞬態(tài)面波勘探在確定淺層構(gòu)造破碎帶方面的應(yīng)用

周多　陳安霞　趙利軍

[摘要]瞬態(tài)面波勘探是近年來發(fā)展起來的一種淺層地球物理勘探新方法，具有簡便、經(jīng)濟(jì)、成果直觀等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于巖土工程勘察中，并取得了較好的應(yīng)用效果。文章介紹了面波勘探的原理、野外施工方法，并結(jié)合實(shí)例，簡述了瞬態(tài)面波勘探在確定淺層構(gòu)造破碎帶方便取得的地質(zhì)效果。

[關(guān)鍵詞]瞬態(tài)面波 頻散曲線 構(gòu)造破碎帶 低波速層位

[中圖分類號(hào)] P624 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-274-1

1引言

傳統(tǒng)的地震勘探方法以激發(fā)、測(cè)量縱、橫波為主，面波則屬于干擾波。事實(shí)上，面波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特征同樣包含著地下介質(zhì)彈性特性的豐富信息[1]。

瞬態(tài)面波勘探法是近年發(fā)展起來的淺層地震勘探新方法。由于常規(guī)地震勘探都需要采購炸藥才能正常開展工作，而國家公安部門對(duì)其控制越來越嚴(yán)格，因此當(dāng)勘探深度較淺，場(chǎng)地在人流量較大的地區(qū)時(shí)，面波勘探常采用錘擊等作為替代震源，并在巖土工程勘察中發(fā)揮著越來越大的作用[2-3]。

2面波勘探原理

瑞雷波法勘探實(shí)質(zhì)上是根據(jù)瑞雷面波傳播的頻散特性，利用人工震源激發(fā)產(chǎn)生多種頻率成分的瑞雷面波，尋找出波速隨頻率的變化關(guān)系，從而最終確定出地表巖土的瑞雷波速度隨場(chǎng)點(diǎn)坐標(biāo)（x，z）的變化關(guān)系，以解決淺層工程地質(zhì)和地基巖土等工程等問題的地震勘探方法[1]。

面波傳播的速度與其擾動(dòng)層的巖石物性有關(guān)。 在對(duì)面波測(cè)試所采集的數(shù)據(jù)處理過程中，發(fā)現(xiàn)某一均勻介質(zhì)中在某一深度出現(xiàn)波速較低的層位時(shí)，便可以判斷出構(gòu)造破碎帶的深度和規(guī)模。外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用單點(diǎn)方式進(jìn)行，將同一剖面多點(diǎn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果繪制成剖面波速曲線，從而了解剖面的地層結(jié)構(gòu)，達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的。

3工程應(yīng)用實(shí)例

3.1野外工作方法

瞬態(tài)面波勘探數(shù)據(jù)采集采用單點(diǎn)方式進(jìn)行。外業(yè)工作時(shí)（圖1），以測(cè)試點(diǎn)為中心，將12道檢波器按檢波距的大小呈直線對(duì)稱布置于測(cè)試點(diǎn)兩側(cè)，使檢波器與地面緊密接觸。在檢波器排列方向的延長線上按炮檢距的大小布置激發(fā)點(diǎn)，激發(fā)點(diǎn)位置放置直徑20cm的厚鋼板，使之與地面接觸良好，用重錘敲擊鋼板，產(chǎn)生地震波，將12道檢波器接收的地震波信號(hào)保存到主機(jī)內(nèi)，測(cè)試完畢。儀器采樣通道12道，道間距2m；炮檢距5m和10m；采樣間隔0.5ms；采樣點(diǎn)數(shù)1024點(diǎn)。

3.2數(shù)據(jù)資料整理

根據(jù)各測(cè)試點(diǎn)外業(yè)所采集的面波波形記錄，利用《面波處理系統(tǒng)V6.12》軟件通過X-T時(shí)距域原始數(shù)據(jù)頁面進(jìn)行原始波形處理提取面波波形；通過F-K頻率波數(shù)域提取頁面顯示出的頻率波數(shù)譜圖形上提取波形的幅度峰、讀取相速度；然后在Z-V深度速度域反演頁面設(shè)定反演模型、通過自動(dòng)和手動(dòng)擬合的交互使用擬合出各波速層的波速值（圖2）。

3.3成果分析

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010）之規(guī)定，本次面波測(cè)試將波速≤800m/s的層位巖石定為強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化構(gòu)造破碎帶；波速>800m/s的層位巖石定為中風(fēng)化或微風(fēng)化巖石。根據(jù)RL1～RL37點(diǎn)的擬合成果，統(tǒng)計(jì)出了場(chǎng)地內(nèi)37個(gè)面波測(cè)試點(diǎn)位的低波速（≤800m/s）層位，即強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化構(gòu)造破碎帶15處，結(jié)果見表1。

為了檢驗(yàn)面波測(cè)試的可信程度，地質(zhì)工程人員選擇了RL4、RL9、RL13、RL21、RL24和RL27號(hào)面波測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明：面波測(cè)試擬合的速度分層與實(shí)際地層基本吻合，其分層誤差一般在1-2m之間，面波測(cè)試確定的構(gòu)造破碎帶位置基本準(zhǔn)確，工作方法是有效的。

4結(jié)束語

從以上實(shí)例可以看出，瞬態(tài)面波勘探具有操作簡便、成本低、分辨率高、成果直觀、適用場(chǎng)地小等特點(diǎn)，它在淺層構(gòu)造破碎帶的確定方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，可以解決常規(guī)地震方法在淺層信噪比低，地震信息空白的問題；由于面波速度接近于橫波速度，測(cè)試精度高。因此，瞬態(tài)面波勘探法具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]楊成林.瑞雷波勘探[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1993.

[2]杜正濤，劉麗敏，程道偉. 瑞雷面波勘探技術(shù)在第四系分層方面的應(yīng)用.1999，23（4）：277-278.

[3]曹樂輝，左國青，陳程等. 瞬態(tài)面波勘探在建筑地基勘察中的應(yīng)用. 2012，9（2）：184-188.