淺談面波勘探在工程勘察中的應(yīng)用

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1、淺談面波勘探在工程勘察中的應(yīng)用【摘要】瞬態(tài)面波法是近十多年來發(fā)展起來的i種新的淺層地震勘探方法，具有簡(jiǎn)便、快速、分辨率高、成果直觀、適用場(chǎng)地小等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果。本文以黃泥河防洪工程勘察為例，介紹瞬態(tài)面波法在城市防洪勘察中的實(shí)際應(yīng)用效果。【關(guān)鍵詞】面波；面波勘探；頻散曲線；瞬態(tài)面波法；面波速度1引言面波勘探，也稱彈性波頻率測(cè)深，是國(guó)內(nèi)外近十多年發(fā)展起來的一種新的淺層地震勘探方法。通過多年的實(shí)踐和研究，面波勘探在工程勘察中的應(yīng)用大致分為以下幾個(gè)方面：1.1查明工程區(qū)

2、地下介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)并進(jìn)行地層劃分；1.2對(duì)巖土體的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行原位測(cè)試；1.3工業(yè)與民用建筑的地基基礎(chǔ)勘察；1.4地下空洞、巖溶、古墓及廢棄礦井的埋深、范圍等探測(cè)；1.5公路、機(jī)場(chǎng)跑道質(zhì)量的無損檢測(cè)；1.6江河、水庫(kù)大壩（堤）屮軟弱夾層的探測(cè)和加固效果評(píng)價(jià)等；2勘探原理面波（主要指瑞雷面波）是在彈性分界面處山于波的干涉而產(chǎn)生，并口沿界面?zhèn)鞑ィ▌?dòng)現(xiàn)象集中在界面附近的一種彈性波，其具有以下幾種主要特性:2.1面波在自由表面附近傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)在波傳播方向的垂直平面內(nèi)振動(dòng)，振幅隨深度呈指數(shù)函數(shù)急劇衰減

3、，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)軌跡以波傳播的方向或反方向的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)。2.2面波的水平和垂直振幅從彈性介質(zhì)的表面向內(nèi)部呈指數(shù)減小，人部分能量損失在二分Z—波長(zhǎng)的深度范圍內(nèi)，這說明面波某一波長(zhǎng)的波速主要與深度小于二分之一波長(zhǎng)的地層物性有關(guān)。2.3在多層介質(zhì)中，面波具有明顯的頻散特性。面波沿地面表層傳播,影響表層的深度約為一個(gè)波長(zhǎng)，因此同一波長(zhǎng)面波的傳播特性反映了地質(zhì)條件在水平方向的變化情況，不同波長(zhǎng)的面波的傳播特性反映著不同深度的地質(zhì)情況。依據(jù)上述特性，通過測(cè)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

4、質(zhì)，達(dá)到工程勘察之冃的。3野外工作方法一般采用多道檢波器接收，以利于面波的對(duì)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(shí)，就可以產(chǎn)生一個(gè)寬頻帶的R波，這些不同頻率的R波相互迭加，以脈沖信號(hào)的形式向外傳播。當(dāng)多道低頻檢波器接收到脈沖形振動(dòng)信號(hào)后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集，頻譜分析后，把各個(gè)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。。儀器參數(shù)設(shè)置：道數(shù)根據(jù)實(shí)際情況確定用12道或24道；采樣率：常采用0?25或0.50ms；道間距：l-3ni；采樣長(zhǎng)度：常采用1024、2048；偏移距：2-1

5、0m；4工程實(shí)例工作地區(qū)為黃泥河兩岸，巖性由第四系全新統(tǒng)沖洪積堆積的人工填土、壤土、卵礫石含粘性土及玄武巖組成。數(shù)據(jù)采集使用SE2404EE綜合工程測(cè)震儀，錘擊激發(fā)；12道采集；道間距為lm；偏移距3、5、7m；采樣率0.50ms；采樣長(zhǎng)度1024。面波資料的處理，主要是應(yīng)用GeoRwa4.0面波處理軟件，具體流程為：1?將野外采集數(shù)據(jù)調(diào)入計(jì)算機(jī)；2?對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理（濾波）；3?根據(jù)瑞利波的傳播特征及其在時(shí)-空域波形特征選取瑞利波窗口；4?對(duì)所選波段進(jìn)行二維傅里葉變換，得到頻率波數(shù)譜；5?通過

6、轉(zhuǎn)換得到頻散曲線；6?利用頻散曲線的特征值點(diǎn)（曲線拐點(diǎn)處）進(jìn)行速度層劃分。據(jù)此結(jié)合地質(zhì)資料（鉆孔、探坑）確定各巖性名稱及巖土層的劃分。黃泥河防洪工程MB13與Z13孔地質(zhì)剖面資料對(duì)比由上圖MB13與Z13孔地質(zhì)剖面資料對(duì)比分析得出，面波頻散曲線在2.94m深度處的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)Z13鉆孔揭露3.00m深度處人工填土和下部卵礫石含粘性土的層面界線；面波頻散曲線5.96m深度處的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)Z13鉆孔揭露6.10m處卵礫石含粘性土與基巖（玄武巖）層面界線。同樣通過MB4與Z4孔地質(zhì)剖面資料對(duì)比分析得出，面波頻

7、散曲線在1.51m深度處的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)Z4鉆孔揭露1.70m深度處壤土和下部卵礫石含粘性上的層面分界線；頻散曲線3.20m深度處的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)Z4鉆孔揭露基巖埋深3.30mo從以上兩處面波層面劃分與鉆孔揭露地質(zhì)剖面對(duì)比不難看出，此次面波勘探的資料與鉆孔揭露地層巖性一致性接近95%,由此我們可以得出該測(cè)區(qū)內(nèi)相對(duì)應(yīng)的地層面波速度：人工填土（或壤土）的面波速度為80-240m/s；卵礫石含粘性土的面波速度為154-320ni/s；玄武巖面波速度為334-1032m/so據(jù)此我們可以對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)的其他面波勘探點(diǎn)

8、的地層劃分找到切合實(shí)際的速度依據(jù)，準(zhǔn)確的劃分地層，從而提高整個(gè)工程的勘探精度，為水工設(shè)計(jì)人員提供詳實(shí)的地層分布情況。4結(jié)束語通過上述水利工程勘察項(xiàng)冃實(shí)例和總結(jié)近幾年的工作實(shí)踐，可以得出如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。4.1瞬態(tài)面波法在淺層地震勘探中具有非常高的分辨率，鉆孔對(duì)比準(zhǔn)確率在90%以上；所以在一些鉆機(jī)或大型機(jī)械設(shè)備（鉤機(jī)）等無法到達(dá)的工作區(qū)，可以得到非常好的應(yīng)用。4.2在野外數(shù)據(jù)采集過程時(shí)，應(yīng)采用不同的偏移距分多次采集同一測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這樣在數(shù)據(jù)處理時(shí)可以選取瑞利波最好的記錄做資料處理分析。4.3野外數(shù)據(jù)采