高密度地震映像技術(shù)在工程勘察中的應(yīng)用

楊春利，王　寧

（1.河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北石家莊050031；2.河北省地震局，河北石家莊050021）

高密度地震映像技術(shù)在工程勘察中的應(yīng)用

楊春利*1，王寧2

（1.河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北石家莊050031；2.河北省地震局，河北石家莊050021）

粵東某巖土工程勘察項(xiàng)目的場(chǎng)地地基勘察是該項(xiàng)目施工的重要環(huán)節(jié)，在多種物探技術(shù)方法中，經(jīng)試驗(yàn)選用高密度地震映像法進(jìn)行勘探。利用對(duì)地震映像資料的分析解譯基巖頂板的埋深及起伏，對(duì)場(chǎng)地孤石進(jìn)行解釋，最后結(jié)合驗(yàn)證鉆孔資料進(jìn)行驗(yàn)證，吻合性較好，為場(chǎng)地地基勘察提供了有利依據(jù)，也表明高密度地震映像法在工程勘察中有廣泛的應(yīng)用前景。

地質(zhì)概況；物探判譯；高密度地震映像；工程勘察

1　概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，各類工業(yè)與民用建筑拔地而起，與此同時(shí)，建筑質(zhì)量事故也時(shí)有發(fā)生。高密度地震映像勘探法作為工程勘察的一種重要手段，可有效查明場(chǎng)地不良地質(zhì)作用的類型、成因、分布、規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)和危害程度，并對(duì)場(chǎng)地的穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)，防患于未然，避免因地基缺陷造成建筑物的破壞和重大安全事故的發(fā)生［1］。

2　勘察區(qū)地形與地質(zhì)概況

2.1地形、地貌

本次勘察擬建場(chǎng)地位于廣東省揭陽(yáng)市惠來(lái)縣神泉鎮(zhèn)以東約8km、前詹鎮(zhèn)以西約5km的蘆園、溝疏村南部，溝疏哨所西側(cè)。為海蝕平原，原始地貌為低矮的侵蝕殘丘、臺(tái)地和凹地組成，殘丘海拔十幾到二十幾米。場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)較低，地形除殘丘外起伏不大，總體上北高南低，東西兩側(cè)較多花崗巖巉巖。目前場(chǎng)地已整平，勘察范圍高程為8.130～11.540m。

2.2地質(zhì)概況

本地區(qū)的構(gòu)造體系主要有3個(gè)：①東西向構(gòu)造體系：該體系橫跨全區(qū)，為高要—惠來(lái)東西向構(gòu)造帶東段，由里坑、蜈蚣山等5條壓性斷裂組成。②早期新華夏體系：該體系是本地區(qū)的主要構(gòu)造體系，分梅隴、陸豐、惠城3個(gè)構(gòu)造帶。構(gòu)造以走向北東40°～60°斜列式扭壓斷裂，強(qiáng)大的擠壓破碎帶為主，兼有褶皺。③新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)體系：系晚第三紀(jì)以來(lái)的地殼運(yùn)動(dòng)，主要運(yùn)動(dòng)形式有區(qū)域性地殼升降運(yùn)動(dòng)和斷塊與斷裂運(yùn)動(dòng)2種［2］。

根據(jù)鉆探揭露，勘察區(qū)地層主要為第四系殘坡積層、淤積層及燕山期花崗巖層。本次勘察揭露54.0m深度范圍，根據(jù)其巖性及物理力學(xué)性質(zhì)自上而下分為4層，分述如下：①層：填土。②層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色—灰黑色，軟塑—流塑。土質(zhì)較均勻，切口稍光滑，干強(qiáng)度及韌性較高，局部含少量細(xì)砂。③層：砂質(zhì)粘性土，褐紅色或褐黃色，一般可塑狀態(tài)。④層：花崗巖，礦物成份主要為長(zhǎng)石、石英和少量角閃石。

3　高密度地震映像法的基本原理

高密度映像法屬?gòu)椥圆碧椒懂?，它是通過(guò)接收和分析人工地震產(chǎn)生的波動(dòng)場(chǎng)特征來(lái)獲得地下地質(zhì)信息，是一種間接勘查地下地質(zhì)構(gòu)造的方法［3-5］。地震映像法主要利用反射波、折射波、面波等多種彈性波作為有效波來(lái)進(jìn)行探測(cè)，同樣也可以采用一種特定的地震波作為有效波，常用反射波為有效波（圖1）。在野外用地震映像法采集數(shù)據(jù)時(shí)，采用單點(diǎn)激發(fā)，單個(gè)檢波器進(jìn)行接收。儀器記錄后，激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)同時(shí)向前移動(dòng)一定的距離（點(diǎn)距），重復(fù)上述過(guò)程，可以獲得一條地震映像的時(shí)間剖面圖［6-7］。

4　物探成果的地質(zhì)解釋

4.1場(chǎng)區(qū)地層地球物理學(xué)特征

通過(guò)地質(zhì)條件調(diào)查，該地區(qū)內(nèi)具備進(jìn)行高密度地震勘探的地球物理?xiàng)l件有：

（1）砂質(zhì)粘性土殘積層與基巖之間有明顯的波阻抗差異和波速差異，同時(shí)受風(fēng)化、剝蝕作用，淺部基巖又可分為全分化至弱風(fēng)化的不同物性差異層面，可形成反射界面；

圖1　地震映像法的工作原理示意圖

（2）孤石一般為巨塊花崗巖，與圍巖砂混粘性土?xí)忻黠@的波阻抗差異和波速差異，可形成地震波反射或繞射。

4.2數(shù)據(jù)采集及工作量

在此次工作中使用的是我國(guó)sws-6型多功能數(shù)字地震儀，固有頻率為30Hz檢波器接收激發(fā)信號(hào)，大錘激發(fā)震源，道間距1m，采樣問(wèn)隔0.5ms，采樣點(diǎn)數(shù)1024，記錄長(zhǎng)度512ms。根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，最終確定20.0m為最優(yōu)偏移距。

為避免周圍震動(dòng)的影響，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試在夜晚進(jìn)行。在逐點(diǎn)測(cè)試時(shí)，檢波器插好，所有人員停止走動(dòng)后，進(jìn)行信號(hào)觸發(fā)，盡最大可能減少噪音，提高信噪比，取得準(zhǔn)確的第一手資料（圖2、圖3）。

圖2　檢波器插放

圖3　信號(hào)觸發(fā)

本次高密度映像勘探采集參數(shù)及工作量見(jiàn)表1。

表1　高密度映像勘探參數(shù)及工作量一覽表

4.3物探成果的數(shù)據(jù)處理

高密度地震映像勘探數(shù)據(jù)處理：高密度地震映像數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行壓縮、拼接和濾波處理后即可得到反映波動(dòng)場(chǎng)特征的映像圖。

4.4成果地質(zhì)判譯

本次高密度地震映像采用了反射波和面波2種有效波進(jìn)行分析。以20.0m等偏移距的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的連續(xù)掃描。物探成果判譯的依據(jù)有：

（1）當(dāng)?shù)貙铀秸共紩r(shí)，高密度映像上表現(xiàn)為同相軸的水平展布，地層的尖滅（或分叉）表現(xiàn)為同相軸的尖滅（或分叉）；

（2）同向軸連續(xù)性較好，層位清晰，振幅大、低頻率為上覆土層的反映，大面積的振幅穩(wěn)定揭示上覆土層地層的良好連續(xù)性；

（3）下部沒(méi)有反射反映了縱向上基巖的整體性好、厚度較大、裂隙不發(fā)育、無(wú)層理；

（4）土層與基巖接觸面附近同相軸錯(cuò)亂、連續(xù)性差，為土混碎石或土質(zhì)不均勻的反映；

（5）結(jié)合本場(chǎng)地工程地質(zhì)特點(diǎn)，同相軸突變?yōu)榈驼穹?，特性與下部完整基巖相似，并產(chǎn)生繞射，為花崗巖孤石的反映。

根據(jù)以上物探成果判譯的依據(jù)，高密度地震映像剖面線基面埋深及孤石分布詳見(jiàn)圖4高密度地震映像解釋圖。

4.5物探結(jié)果判譯

圖4?、鰷y(cè)線高密度地震映像解譯圖

本次高密度地震映像采用了反射波與面波2種有效波進(jìn)行分析，這樣分析解釋就有更充分的依據(jù)，結(jié)合地質(zhì)鉆探資料，得到了較好的地質(zhì)效果。物探判譯出的孤石與高密度地震映像線上的鉆孔資料對(duì)比見(jiàn)表2。

表2　物探判譯孤石與鉆探結(jié)果對(duì)比表

5　結(jié)語(yǔ)

本次工作通過(guò)高密度地震映像解釋出基巖頂板的埋深及起伏，對(duì)場(chǎng)地孤石進(jìn)行解釋，最后通過(guò)鉆探成果驗(yàn)證吻合性良好。高密度地震映像為建筑物場(chǎng)地勘察提供了一個(gè)很好途徑。地震映像法操作簡(jiǎn)單、工作效率高、效果較好等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為物探方法中使用頻率較高的一種方法［8－21］。隨著我國(guó)綜合國(guó)力不斷增強(qiáng)，建設(shè)工程不斷開(kāi)展，高密度地震映像法在不斷研究和試驗(yàn)中將應(yīng)用于更廣闊領(lǐng)域。

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P642

B

1004-5716（2016）09-0003-04

2015-10-21

2015-10-22

楊春利（1987-），男（滿族），河北秦皇島人，助理工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)工程及巖土工程技術(shù)工作。