瞬态面波法在伊东工业园供水工程勘察中的应用

摘要:岩土工程包括的基本内容有:岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程治理、岩土工程监测等方面。随着国民经济的发展,科学技术的不断进步,物探这门科学技术在岩土工程的勘察、治理等方面发挥了应有的作用。瞬态面波勘探就是物探技术中的一种。它可以快速和经济地测定岩土层的厚度及面波速度,并可换算成横波速度。本文介绍了它的原理和野外试验方法。并以实例说明了此方法的有效性。最后对这一方法的优点作了讨论。

Abstract: The basic elements of geotechnical engineering include geotechnical engineering reconnaissance,geotechnical engineering design,geotechnical engineering management and geotechnical engineering monitoring. With the development of national economy,science and technology,geophysical exploration techniques have played a due role in geotechnical engineering investigation,management. Transient surface wave exploration is a geophysical exploration technique. It can be fast and economical to determine soil layer thickness and surface wave velocity,and convert to shear velocity. This article describes its principle and field test methods. An example is given to explain the effectiveness of this method. Finally,the advantages of this approach are discussed.

关键词:面波勘探;瞬态面波;波速

Key words: surface wave exploration;transent surface wave;wave speed

中图分类号:TV22 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)24-0057-01

1瞬态面波基本原理及工作方法

1.1 基本原理

①多道瞬态面波法是利用瑞利面波在地下地层传播过程中,其振幅随深度衰减,能量基本限制在一个波长范围内,某一面波波长的一半即为地层深度(半波长解释法)。即同一波长的面波的传播特性反映地质条件在水平方向的变化情况,不同波长的面波的传播特性反映不同深度的地质情况。在地面通过锤击、落重或炸药震源,产生一定频率范围的瑞利面波,再通过振幅谱分析和相位谱分析,把记录中不同频率的瑞利波分离开来,从而得到VR～f曲线或VR～λ曲线,通过解释处理,可获得地层深度与面波速度的分布。

②瑞利波速度与横波速度的相关性

由瑞利波速度VR与横波速度Vs的关系式 VR=Vs

计算出岩土介质中δ与VR、Vs的关系见表1,利用该相关性,即可得到地层的横波速度。

1.2 实测工作布置

在测区条件许可的情况下,在钻孔点、钻孔点之间及钻孔点布置的同方向布置多道瞬态面波,利用综合物探资料解释地层的厚度。在本次勘探中我们采用的接收道数为24道,采样间隔为0.5ms,采样点为1024,道间距为2m,偏移距为5m,检波器的固有频率为4Hz,面波采集采用全通滤波档(即采集时不进行滤波)。在实测工作中,把检波器对称埋置在勘探点M的两侧,震源点和检波器排列在一条直线上,并在排列两侧激振。

1.3 震源选择

瑞利面波的勘探效果与激发能量和频率密切相关,瞬态面波勘探要求单次激振有较宽的频谱范围和一定的能量。通过选择比较,激发采用锤击震源,解释深度30m以内。

1.4 仪器设备性能及参数选择

本次多道瞬态面波工作使用北京市水电物探研究所生产的SWS-Ⅱ型多波列数字图像工程勘探和工程检测仪,该型仪器具有面波采集和常规地震采集等功能,瞬时浮点放大,A/D转换为20bit ,信号迭加增强为32bit、具有全通、高通、低通模拟滤波功能、仪器通频带为0.5～4000Hz。

2资料处理及成果解释

2.1 多道瞬态面波资料处理

对多道瞬态面波资料的处理一般分为两阶段,一是野外处理,即在现场对所采集的记录进行预处理(主要检测资料是否达到勘察深度),发现未满足勘察目的,立即补测,严格控制第一手资料的质量。二是对所采集的资料进行内业整理解释。最后进行综合归纳总结并绘制等速度彩色剖面图,并做出地质剖面与解释成果。本节主要介绍第二阶段的资料处理。主要步骤归纳如下:

①对原始资料进行整理核对、编录;②通过专用软件显示或打印各工区所采集的记录,分析纵波与面波以及基阶面波的时空域分布特征;③根据基阶面波在时间―空间域中的分布特征确定面波时间―空间窗口;④根据上述确定窗口,在频率―波数域内提取面波;⑤面波进行频散分析,形成频散曲线后存盘;⑥根据频散曲线进行分层和层速度计算并做出定性解释;⑦在定性解释的基础上,进行定量解释;确定各层的厚度,计算各层的横波传播速度,并对获得结果进行反演拟合处理;⑧对定量解释的频散曲线利用SWS面波软件绘制面波等速度彩色剖面图,然后转到CAD软件下根据各速度参数划分地层并进行地质分层解释。

2.2 成果解释

该工程的物探任务,采用多道瞬态面波方法,并结合少量钻孔地质资料所进行的综合勘探,在本测区行之有效和适宜的。通过对取得综合资料的分析解释,获得以下解释成果。

统计工程区多道瞬态面波以及四个钻孔资料,获得本区岩体的弹性波参数为:

①圆砾层的面波视速度Vr为110～511m/s;②卵石层的面波视速度Vr为370～660m/s;③半胶结状砂砾石层的面波视速度Vr为680～700m/s;④弱风化泥岩层的面波视速度Vr为600～700m/s;⑤新鲜面泥岩层的面波视速度Vr为735～1470m/s。

该参数综合反映土层中含水、淤泥和细颗粒的情况。

3结语

瞬态面波勘探探测速度快、测点密度大、成本相对较低,在21世纪的头10到20年里,将更迅速更全面的发展。以瞬态面波勘探新技术为代表,在仪器设备、测试技术和资料处理、评价等方面将取得更全面的进展。可以解决不少的技术问题,随着科学技术的发展,特别是物探硬件、软件技术的发展,该项必将在岩土工程中发挥更大的作用。

参考文献:

[1]新疆水利厅伊犁水文水资源勘测大队.新疆维吾尔自治区伊宁县地表水资源评价[Z].2000.

[2]JGJ/T143-2004 多道瞬态面波勘察技术规程[S].

[3]GB50027-2001 供水水文地质勘察规范[S].