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1、面波勘探技術(shù)分析摘要：面波勘探是近年起來的一種新的淺層地球物理勘探，具有簡便、快速、分辨率高、成果直觀、適用場地小等優(yōu)點，已在許多領(lǐng)域得到，并取得了良好的應(yīng)用效果。文章介紹了面波勘探技術(shù)的發(fā)展概況、探測原理、主要特點及其野外測試方法，對其應(yīng)用范圍及存在的作了說明，并給出一個應(yīng)用實例。主題詞：面波勘探瞬態(tài)法一、概述面波勘探，也稱彈性波頻率測深，是國內(nèi)外近幾年發(fā)展起來的一種新的淺層地震勘探方法。面波分為瑞利波（R波）和拉夫波（L波），而R波在振動波組中能量最強(qiáng)、振幅最大、頻率最低，容易識別也易于測量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。人們根據(jù)激振震源的不同，又把面波勘探分為①穩(wěn)態(tài)法、②瞬
2、態(tài)法、③無源法。它們的測試原理是相同的，只是產(chǎn)生面波的震源不同罷了。二、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：⑴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)；⑵在不均勻介質(zhì)中R波相速度（VR）具有頻散特性，此點是面波勘探的
3、理論基礎(chǔ)；⑶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；⑷R波在多道接受中具有很好的直線性，即一致的波震同相軸；⑸質(zhì)點運動軌跡為逆轉(zhuǎn)橢圓，且在垂直平面內(nèi)運動；⑹R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。三、野外工作方法應(yīng)用瞬態(tài)法進(jìn)行現(xiàn)場測試時一般采用多道檢波器接收
4、，以利于面波的對比和分析。當(dāng)錘子或落重在地表產(chǎn)生一瞬態(tài)激振力時，就可以產(chǎn)生一個寬頻帶的R波，這些不同頻率的R波相互迭加，以脈沖信號的形式向外傳播。當(dāng)多道低頻檢波器接收到脈沖形振動信號后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集，頻譜分析后，把各個頻率的R波分離出來，并求得相應(yīng)的VR值，進(jìn)而繪制面波頻散曲線。當(dāng)選取兩道檢波數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理時，應(yīng)使兩檢波器接收到的信號具有足夠的相位差，其間距△x應(yīng)滿足（λR/3）～λR，即在一個波長內(nèi)采樣點數(shù)要小于在間距△x內(nèi)的采樣點數(shù)的3倍，而大于在間距△3x內(nèi)的采樣點數(shù)的1倍，該采集濾波原則對于不同的勘探深度及儀器分辨率和場地地層特性可作適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)采用多道檢波數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理時
5、，雖然不受道間距公式的約束，但野外數(shù)據(jù)采集時也應(yīng)考慮勘探深度和場地條件的。一般來說，當(dāng)探測較淺部的地層介質(zhì)特性時，易采用小的△x值并用小錘作震源以產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻信號，即可獲得較好的結(jié)果；當(dāng)探測較深部的地層介質(zhì)特性時，易采用較大的△x值，并用重錘沖擊地面，以產(chǎn)生較低頻率的信號，使其能反映地下更深處的介質(zhì)信息，達(dá)到巖土工程勘察之目的。震源點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
6、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的解釋結(jié)果。實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)果更具客觀實際。四、工程某建筑物由主壩和副壩兩部分組成，其中主壩擬選壩型為混凝土閘壩，最大壩高39.93m，壩長358.5m；副壩布置在河左岸Ⅰ級階地，擬建壩型為土石壩，壩高5m左右，壩長約1.5km。測區(qū)地層巖性由上至下依次為：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
7、層厚度并進(jìn)行地層劃分，采用瞬態(tài)面波進(jìn)行勘探。實測使用美國R24工程地震儀和4Hz低頻檢波器。室內(nèi)數(shù)據(jù)處理使用SFKSWS軟件，其流程為：輸入面波記錄文件→顯示和檢查實測曲線數(shù)據(jù)→圈定面波數(shù)據(jù)窗口→在F—K域搜索確定基階面波頻譜峰脊并拾取頻散數(shù)據(jù)→按搜索確定的基階面波頻譜峰脊圈定出基階面波頻譜范圍→生成面波頻散曲線→地質(zhì)分層（人工或自動）→繪制反演擬合曲線→打印輸出結(jié)果。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
