多道瞬態(tài)面波法在某高壓線路工程地層劃分中的應(yīng)用

韓曉萌，岳英民

(中國能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計院有限公司，陜西 西安 710054)

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多道瞬態(tài)面波法在某高壓線路工程地層劃分中的應(yīng)用

韓曉萌，岳英民

(中國能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計院有限公司，陜西 西安 710054)

山區(qū)地形起伏較大，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，常規(guī)勘探設(shè)備不易到達(dá)，為更好的解決山區(qū)高壓線路工程勘察中地層劃分問題，可采用多道瞬態(tài)面波法，該方法來是近些年新興的物探勘察方法，其利用面波的頻散特性，通過記錄不同頻率面波的傳播速度，來探測不同深度的巖土介質(zhì)性質(zhì)，依據(jù)實測頻散曲線的“Z”字型變化點來劃分地巖性變化的分界面，進(jìn)而劃分地層。依據(jù)多道瞬態(tài)面波法的勘探原理，通過線路工程勘察實例進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，處理及解釋，結(jié)果顯示應(yīng)用效果良好，能夠較為準(zhǔn)確的劃分地層。

多道瞬態(tài)面波；頻散曲線；勘察；地層劃分

在電力工程勘察中，特別是線路工程勘察，采用傳統(tǒng)的鉆探方法進(jìn)行逐基鉆探比較困難，特別是地形復(fù)雜且地表為覆蓋層的山區(qū)工程，多數(shù)塔位鉆探設(shè)備無法到達(dá)。然而由于覆蓋層厚度不均，為更準(zhǔn)確的劃分各塔腿的土與基巖界面及基巖風(fēng)化程度，給設(shè)計提供可靠的地層參數(shù)，我們可以用多道瞬態(tài)面波法來解決這一問題，多道瞬態(tài)面波法是近些年來新興的一種物探勘察方法，利用面波的頻散特性，通過記錄不同頻率面波的傳播速度，來探測不同深度(距離)的巖土介質(zhì)性質(zhì)，依據(jù)實測頻散曲線的“Z”字型變化點來劃分地巖性變化的分界面，進(jìn)而劃分地層，近些年該方法在巖土工程勘察中得到較好的應(yīng)用。下面以某線路其中一塔位為例來說明面波勘探在覆蓋層及基巖劃分方面的應(yīng)用。

1 面波法的勘探原理

面波的能量只分布在地面附近，傳播深度約一個波長，面波在均勻介質(zhì)中傳播時無頻散性，在非均勻介質(zhì)中面波波速隨頻率而變，這就是面波的頻散特性。面波在傳播過程中，其振幅隨深度衰減，同一波長面波的傳播特性反映的地質(zhì)條件在水平方向的變化情況，不同波長面波的傳播特性反映不同深度的地質(zhì)情況。當(dāng)在地面激發(fā)并采集面波后，通過振幅譜分析和處理，分離出不同的頻率，獲得頻散曲線，進(jìn)而反映不同的地層情況。

瞬態(tài)面波在地面上沿面波傳播方向以一定的道間距Δx設(shè)置N個檢波器，就可檢測到(N-1)Δx長度范圍內(nèi)波的傳播過程。

設(shè)面波的頻率為fi，相鄰兩檢波器記錄的面波到達(dá)的時間差為Δt，相位差為Δφ，則相鄰道Δx長度內(nèi)面波傳播速度Vr為： Vr=Δx/Δt=2πfiΔx/Δφ

Δt可根據(jù)實際需要，根據(jù)試驗確定，相位差Δφ的求取則通過信號處理分析實現(xiàn)。在同一地段求出一些列頻率的Vr值，就可得到一條“Vr-f”曲線，即頻散曲線。利用實測的面波頻散曲線，通過數(shù)據(jù)處理，可以得到各地層波的傳播速度，在速度和各地層之間建立某種對應(yīng)關(guān)系，達(dá)到解決工程問題的目的。

2 工作方法

2.1 數(shù)據(jù)采集

多道瞬態(tài)面波法的野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)(地震儀)、震源、信號接收系統(tǒng)(檢波器)3部分組成，如圖1所示。

野外數(shù)據(jù)采集時使用低頻面波檢波器在震源縱向方向等間距排列，排列長度宜大于預(yù)期探測深度，排列線附近地面盡量避免有溝、坎、墻等能產(chǎn)生反射或散射的障礙物。采集時，排列長度要盡可能長一些，這樣可以得到深部的資料，使基階面波與高階面波易于分辨，若測線長度不夠，所拾取的基階面波的能量不足以抵制其它干擾波的影響，峰值點線易向下方偏移。

采集前需進(jìn)行試驗工作，調(diào)查測區(qū)干擾波，確定最佳采集參數(shù)，當(dāng)采集參數(shù)設(shè)定后，激發(fā)震源，地震儀會將所接受到的地震波形記錄顯示在屏幕上，可以通過增益控制鍵調(diào)整波形幅度，觀察有無缺道以及干擾的大小等，然后確定記錄信號的質(zhì)量是否合乎要求。有的測區(qū)，由于客觀條件的限制而無法避開干擾，這時就需要采用多次疊加技術(shù)來壓制干擾，疊加的次數(shù)視具體情況而定。采集時應(yīng)實時監(jiān)控波形是否滿足需要，評價原始記錄是否合格，當(dāng)確定接收的信號合乎要求后，即可存盤。

2.2 數(shù)據(jù)處理與解釋

瞬態(tài)面波法是通過人工震源激發(fā)，產(chǎn)生一定頻率范圍的面波，再通過頻譜分析，把記錄中不同頻率的面波分離出來，然后分別對各頻率諧波進(jìn)行互相關(guān)運算，計算出各頻率諧波的傳播速度，從而得到一條稱為“頻散曲線”的Vr-f曲線，然后根據(jù)Vr-f曲線的結(jié)果進(jìn)行反演計算，求取各巖土層的厚度及波速，最后根據(jù)各巖土層的深度及速度繪制出地層波速圖。數(shù)據(jù)處理流程見圖1。

本文所采用的儀器型號為DZQ24高分辨地震儀，數(shù)據(jù)處理軟件為驕佳技術(shù)公司的Geogiga Seismic Pro7.1地震處理軟件。

3 工程實例

本文結(jié)合面波勘探法在某線路工程勘察中的應(yīng)用實例，介紹面波勘探法在地層劃分方面的應(yīng)用情況及效果。

某線路工程其中一塔位位于山梁緩坡處，地貌屬低山，交通不便，鉆機(jī)和靜探車均無法進(jìn)場，為查明該塔位地層，為基礎(chǔ)設(shè)計提供必要的地層參數(shù)，在該塔基范圍內(nèi)開展了瞬態(tài)面波勘探工作。據(jù)調(diào)查，該塔位處主要地層為上覆蓋土層及下伏基巖地層，覆蓋土層以碎石土、黃土狀粉質(zhì)粘土為主，基巖以灰?guī)r為主。

現(xiàn)場布置剖面1條，剖面上布置測點2個，測點間距20 m，通過現(xiàn)場試驗后，采集參數(shù)設(shè)置如下：采樣點數(shù)2 048個，采樣間隔0.125 ms，道間距1 m，偏移距10 m，24道檢波器接收，大錘錘擊墊板激發(fā)面波，其中測點一反演結(jié)果及解譯的柱狀圖如圖1所示，通過提取頻散曲線、反演等數(shù)據(jù)處理步驟，得到頻散曲線及解釋的地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 頻散曲線及解譯柱狀圖

從圖1左側(cè)頻散曲線(圖中虛線為視橫波速度)可以看出，0～1.9 m為相對低速層，平均波速為344.6 m，根據(jù)現(xiàn)場情況，定為碎石土，1.9～11.0 m，波速由690.8 m/s增至937.8 m/s，該層可推斷為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，其中6.0～8.6 m為一低速層，平均波速為580.8 m/s，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解，基巖呈層狀分布，局部夾有全風(fēng)化的破碎帶，可推斷為該低速層為一破碎帶；11.0～23.4 m波速均值增至1 350.2 m/s，該層可判為中等風(fēng)化基巖，以下為波速均值為1 821 m/s，可推斷為微風(fēng)化灰?guī)r。根據(jù)上述分析，該處的地層情況解譯如圖2右側(cè)柱狀圖所示。

根據(jù)測得的地震數(shù)據(jù)，經(jīng)過反演處理后解譯的地質(zhì)剖面圖如圖3所示。

從圖3可以看出，測點1地層推斷為碎石土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層(含破碎帶)、中風(fēng)化灰?guī)r層及微風(fēng)化灰?guī)r層；測點2地層推斷為黃土狀粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層(含破碎帶)、中風(fēng)化灰?guī)r層及微風(fēng)化灰?guī)r層，與現(xiàn)場地層剖面基本吻合。

通過上述案例可知：面波勘探法能夠很好的反映土與基巖的分界面，土的波速較低，一般在100～350 m/s之間，強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化及微風(fēng)化基巖波速逐漸增大，說明瑞利波速度隨風(fēng)化程度的減弱而升高，根據(jù)經(jīng)驗，基巖的橫波波速一般大于500 m/s。在線路工程中，可以對鉆探工作較困難或無法進(jìn)行鉆探的塔位通過面波勘探法來查找基巖界面，保證勘察質(zhì)量。

4 結(jié)語

通過上述工程實例可以看出，多道瞬態(tài)面波法在地層劃分方面應(yīng)用效果良好，利用實測的頻散曲線，通過數(shù)據(jù)處理及解釋，可以得到覆蓋層及基巖風(fēng)化的厚度及波速，波速的大小直接反映了地層的“軟、硬”程度。該方法用于劃分地層方面具有設(shè)備輕便、方法簡單、效率高等優(yōu)點，尤其在鉆探設(shè)備不能進(jìn)場的地形復(fù)雜地區(qū)優(yōu)勢明顯。

雖然該方法應(yīng)用廣泛，但也存在一些問題，尤其是在進(jìn)行成果解釋時，應(yīng)考慮其多解性，區(qū)分有用與干擾信息，必要時需采用多種方法聯(lián)合探測，進(jìn)行綜合解釋，同時盡可能多的收集測區(qū)的地質(zhì)資料及鉆探資料，以充分了解測區(qū)的地層及分布特征，減小或克服人為因素。

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1004-1184(2016)06-0085-02

2016-05-23

韓曉萌(1983-)，男，山東青州人，工程師，主要從事巖土工程勘察方面的工作。