二維微動(dòng)剖面探測(cè)“孤石”：以深圳地鐵7號(hào)線為例

徐佩芬，侍 文，2，凌蘇群，郭慧麗，2，李志華

1中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029 2中國科學(xué)院研究生院，北京 100049 3日本地學(xué)數(shù)據(jù)分析研究所，東京 184－0012 4鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251

二維微動(dòng)剖面探測(cè)“孤石”：以深圳地鐵7號(hào)線為例

徐佩芬1，侍 文1，2，凌蘇群3，郭慧麗1，2，李志華4

1中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029 2中國科學(xué)院研究生院，北京 100049 3日本地學(xué)數(shù)據(jù)分析研究所，東京 184－0012 4鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251

“孤石”是花崗巖不均勻風(fēng)化所殘留的風(fēng)化核，在我國南方沿海地區(qū)普遍發(fā)育.“孤石”埋藏分布隨機(jī)，形狀大小各異，給地鐵盾構(gòu)施工帶來重大安全隱患，探測(cè)“孤石”一直是地鐵工程勘察面臨的難題.我們首次嘗試?yán)枚S微動(dòng)剖面技術(shù)探測(cè)“孤石”，在深圳地鐵7號(hào)線車公廟—上沙段區(qū)間實(shí)測(cè)二條剖面，結(jié)合少量鉆孔資料進(jìn)行巖性層劃分和“孤石”解釋.實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，在二維微動(dòng)視S波速度剖面上，素填土、粉質(zhì)粘土、礫質(zhì)粘性土等巖土層、全風(fēng)化、強(qiáng)－中風(fēng)化、微風(fēng)化和未風(fēng)化的花崗巖層，視S波速度值各不相同，剖面特征也存在較大差異，利用少量鉆孔結(jié)果標(biāo)定，易于劃分；在強(qiáng)－中風(fēng)化花崗巖層中，視S波速度（巖性）橫向變化劇烈，局部發(fā)育“團(tuán)塊狀”高速體，本文將其解釋為未風(fēng)化的花崗巖“孤石”.本文結(jié)果表明，二維微動(dòng)剖面技術(shù)探測(cè)“孤石”是有效的微動(dòng)視S波速度剖面除能直觀顯示巖性的縱、橫向變化，提供工程基巖面的埋深及起伏形態(tài)信息外，還可給出巖土層風(fēng)化程度的判斷信息，為高層建筑的樁基設(shè)計(jì)提供地球物理依據(jù).作為一種全新的“孤石”探測(cè)手段，二維微動(dòng)剖面技術(shù)尤其適用于交通繁忙、建筑物密集的、各種場(chǎng)源干擾嚴(yán)重的鬧市區(qū).

二維微動(dòng)剖面，微動(dòng)探測(cè)，視S波速度，“孤石”，地鐵工程勘察

1 引 言

我國南方沿海地區(qū)廣泛發(fā)育燕山期花崗巖.花崗巖構(gòu)造裂隙發(fā)育，基巖易沿裂隙面風(fēng)化.在長期風(fēng)化過程中，花崗巖的主要礦物成分長石及少量黑云母、角閃石均容易完全風(fēng)化形成殘積土，唯有石英礦物不易風(fēng)化而形成石英角礫質(zhì)殘留核（球狀風(fēng)化核）［1］，俗稱“孤石”.“孤石”是花崗巖發(fā)育地區(qū)普遍存在的地質(zhì)現(xiàn)象，埋藏及分布較為隨機(jī)，形狀各異，大小從幾十公分到幾米不等，強(qiáng)度可以達(dá)到100MPa以上，比其周圍殘積土、全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化巖的強(qiáng)度大得多［1－3］.

未探明的“孤石”會(huì)給地鐵盾構(gòu)施工帶來重大安全隱患.在花崗巖殘積層中鉆遇“孤石”時(shí)，盾構(gòu)掘進(jìn)非常困難，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)難以控制，刀盤頻繁被卡或嚴(yán)重變形甚至磨損，即使能通過地面土壤加固、排石或換刀等技術(shù)措施處理，也會(huì)極大地增加施工成本，對(duì)工期和投資控制產(chǎn)生重大不利影響.更嚴(yán)重時(shí)，甚至導(dǎo)致工作面噴涌、塌方，危及地面行車或建筑物安全［2］.以深圳為例，某地鐵工程線路沿線第四系松散層主要由人工填土、海相沉積層、沖洪積層及殘積層組成，下伏基巖為侏羅系砂巖、震旦系混合巖、混合花崗巖以及燕山期花崗巖，不同地貌單元和不同深度的殘積土、基巖全—強(qiáng)風(fēng)化帶中均有“孤石”發(fā)育，“孤石”高度從0.2m至3.4m不等，部分“孤石”位于盾構(gòu)隧道洞身深度范圍［3］，探測(cè)“孤石”成為地鐵盾構(gòu)施工亟待解決的難題.

鉆探和物探方法是探測(cè)“孤石”的重要手段.鉆探可直觀地揭露地層，對(duì)“孤石”進(jìn)行采樣，無疑是最為精準(zhǔn)的點(diǎn)位探測(cè)方法.然而，相對(duì)于地鐵工程詳勘階段40～50m的鉆孔間距而言，“孤石”尺寸要小得多，因此，通過詳勘鉆探所揭露的“孤石”十分有限［3］，即使通過加密鉆孔提高揭露“孤石”的機(jī)率，但受成本、場(chǎng)地條件等限制難于實(shí)施.

“孤石”與其周圍殘積土、全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化巖的物性差異，是地球物理方法探測(cè)“孤石”的物性前提.廣州地鐵建設(shè)中針對(duì)“孤石”探測(cè)問題，選用了多達(dá)十余種物探方法，先后在三號(hào)線（機(jī)場(chǎng)線）和六號(hào)線二期工程多次開展“孤石”地球物理勘探方法試驗(yàn)和專題研究.結(jié)果表明［3］，受地鐵建設(shè)沿線場(chǎng)地條件及多種場(chǎng)源干擾限制，采用地震及電法類的地球物理勘探方法探測(cè)“孤石”，不同方法的探測(cè)結(jié)果存在較大差異，瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法、地震映像法等地面物探方法均達(dá)不到理想效果.孔間/孔中物探方法具有相對(duì)較好的探測(cè)效果，但不同探測(cè)方法探測(cè)效果也不盡相同.如電磁波CT探測(cè)，對(duì)“孤石”位置的描述誤差較大.跨孔回聲法對(duì)“孤石”平面定位的工作量較大，且“孤石”成群發(fā)育時(shí)無法分辨?zhèn)€體.跨孔超高密度電法CT和跨孔地震CT取得了較好效果，對(duì)“孤石”定位較好，與鉆孔揭露結(jié)果較為吻合.孔間/孔中物探方法必須有鉆孔作為探測(cè)前提，在道路、建筑物密集的城區(qū)，鉆探難于施工，容易成為“孤石”探測(cè)的盲區(qū)，從而形成安全隱患.再者，孔間/孔中物探方法的探測(cè)效果也受鉆孔間距影響.

我們首次嘗試采用二維微動(dòng)剖面技術(shù)探測(cè)“孤石”.本文介紹其理論、方法及其在深圳地鐵7號(hào)線車公廟—上沙段區(qū)間的應(yīng)用效果.

2 微動(dòng)與微動(dòng)勘探

微動(dòng)（Microtremor）是指地球表面的微弱振動(dòng)［4］，它是由體波和面波組成的復(fù)雜振動(dòng)，且面波（Reyleigh波和Love波）能量約占總能量的70%以上［5］.由于面波的頻散特性，微動(dòng)信號(hào)具有振幅、頻率隨時(shí)間、空間發(fā)生顯著變化的特點(diǎn)，但在一定時(shí)空范圍內(nèi)仍滿足統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定性，可用平穩(wěn)隨機(jī)過程來描述［6］.與傳統(tǒng)地震勘探及地震學(xué)中采用射線理論估算地震波傳播速度不同，由于微動(dòng)源的不確定性，微動(dòng)信號(hào)中面波的相速度則通過求取圓形觀測(cè)陣列中臺(tái)站間的空間自相關(guān)系數(shù)獲得，而無需考慮微動(dòng)源的位置及其與觀測(cè)臺(tái)站的距離，該方法稱之為空間自相關(guān)法（Spatial Auto Correration Method，簡(jiǎn)稱SPAC法），最早由Aki［6］提出，其基本原理如下.

對(duì)于圓周上布設(shè)n個(gè)臺(tái)站、圓心布設(shè)1個(gè)參考臺(tái)站的圓形觀測(cè)陣列而言，用垂直分量拾震器檢測(cè)到的基階面波（瑞雷波）微動(dòng)信號(hào)，它們的空間自相關(guān)系數(shù)［6］可用下式計(jì)算：

Cjc（f）是圓周與圓心上的拾震器記錄到微動(dòng)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，rjc是第j個(gè)拾震器相對(duì)于方位角為θjc的拾震器的位移，k是頻率為f的波的波數(shù)值，φ是單一頻率平面波傳播到臺(tái)陣的入射角.

由于實(shí)際觀測(cè)臺(tái)陣中拾震器數(shù)量總是有限的，為此，用（1）式求和時(shí)需表達(dá)為沿圓周的方位平均，從而得到空間自相關(guān)譜［4，6］：

其中ave c（f）為自相關(guān)系數(shù)的方位平均（空間自相關(guān)系數(shù)），f表示頻率，J0是第I類零階Bessel函數(shù)，r是圓形臺(tái)陣中臺(tái)站的間距，v（f）為待求相速度.用（2）式可求出相速度頻散曲線.

微動(dòng)勘探法（The Microtremor Survey Method，簡(jiǎn)稱MSM）是基于利用地震臺(tái)陣微動(dòng)信號(hào)的垂直分量估算面波相速度的理論［6］，通過對(duì)瑞雷波頻散曲線反演，獲得觀測(cè)臺(tái)陣下方介質(zhì)S波速度結(jié)構(gòu)的地球物理勘探方法［4］.目前，MSM被公認(rèn)為是獲得S波速度結(jié)構(gòu)最有效、最便捷的方法之一，尤其適用于城區(qū)人口密度大、有振動(dòng)干擾的環(huán)境.早期，研究者們僅僅利用長周期（＞1s）微動(dòng)信號(hào)估算觀測(cè)臺(tái)陣之下的深部S波速度結(jié)構(gòu)［7－8］，也稱之為微動(dòng)測(cè)深.隨后，利用短周期微動(dòng)信號(hào)（＜1s）估算淺部S波速度結(jié)構(gòu)的研究成果［9－11］越來越多，MSM 對(duì)淺部S波速度結(jié)構(gòu)探測(cè)的有效性逐漸體現(xiàn)，這對(duì)城市工程地質(zhì)勘探具有重要意義.近些年來，長周期和短周期微動(dòng)信號(hào)已同時(shí)被用于估算淺－深部的S波速度結(jié)構(gòu)［12－13］，并采用二維微動(dòng)剖面探測(cè)技術(shù)［13－15］，實(shí) 現(xiàn)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)/構(gòu)造的二維探測(cè).

3 二維微動(dòng)剖面探測(cè)“孤石”的方法

3.1 測(cè)區(qū)概況

以深圳地鐵7號(hào)線為例.該線是連接特區(qū)內(nèi)主要居民區(qū)與就業(yè)區(qū)的局域線，從太安到西麗動(dòng)物園，全長28.9km，分27個(gè)區(qū)間，設(shè)站28個(gè)（圖1）.其中的車公廟—上沙段區(qū)間緊臨深圳灣，地表為交通要道和居民區(qū).前期鉆探工作揭示，該區(qū)段為花崗巖全風(fēng)化－中、強(qiáng)風(fēng)化地區(qū)，基巖面深度10m左右，地表～30m深度范圍內(nèi)的地層依次為素填土，粉質(zhì)粘土，礫質(zhì)粘性土，全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化花崗巖、風(fēng)化的花崗巖礦物成分以石英、長石為主，中粗粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造.全－強(qiáng)風(fēng)化花崗巖巖芯呈砂土狀，手掰易碎，遇水易崩解.中風(fēng)化花崗巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈塊、柱狀.在10～30m深度范圍內(nèi)發(fā)育“孤石”，直徑從幾十公分到數(shù)米不等.

3.2 微動(dòng)數(shù)據(jù)采集

3.2.1 觀測(cè)系統(tǒng)

采用空間自相關(guān) 法（SPAC 法）［6，16－17］從微動(dòng)信號(hào)的垂直分量中提取瑞雷波頻散曲線時(shí)，需要觀測(cè)臺(tái)站沿圓周布置，且至少在圓周上等間隔布置三個(gè)、在圓心布置一個(gè)臺(tái)站組成圓形觀測(cè)陣列（見圖2）.圓形陣列的半徑稱為觀測(cè)半徑，決定探測(cè)深度.通常情況下，微動(dòng)臺(tái)陣的探測(cè)深度大約是觀測(cè)半徑的3～5倍［4］，在臺(tái)陣半徑較小情況下，探測(cè)深度可達(dá)觀測(cè)半徑10倍以上.實(shí)測(cè)中往往需采用多重圓形陣列進(jìn)行組合觀測(cè).本次采用二重圓形陣列，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距6.06m，以形成二維微動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng).

圖1 測(cè)區(qū)及微動(dòng)探測(cè)位置Fig.1 Location of microtremor survey

圖2 二維微動(dòng)剖面觀測(cè)系統(tǒng)及二重圓形觀測(cè)臺(tái)陣示意圖Fig.2 Microtremor observation array for 2Dmicrotremor profiling

3.2.2 儀器及參數(shù)

微動(dòng)數(shù)據(jù)采集采用日本地學(xué)數(shù)據(jù)分析研究所的MTKV－1C型微動(dòng)勘察儀系統(tǒng).由垂直分量拾震器（速度型、固有頻率1Hz）及LS－8000型記錄儀組成，主要性能指標(biāo)見表1.在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)（圖2中圓形陣列三角形頂點(diǎn)及中心點(diǎn)）各布置一套由拾震器、記錄儀組成的觀測(cè)系統(tǒng)（圖3）獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集，記錄儀的時(shí)間校正及各套儀器間的時(shí)間同步均由記錄儀內(nèi)置GPS自動(dòng)完成.

圖3 微動(dòng)勘察儀系統(tǒng)示意圖Fig.3 Block diagram of the equipment system

表1 微動(dòng)勘察儀的主要性能指標(biāo)Table 1 Main parameters for the microtremor observation equipment

3.2.3 數(shù)據(jù)采集方法

3.2.3.1 儀器一致性測(cè)試

在正式觀測(cè)之前必須進(jìn)行儀器一致性測(cè)試.具體做法是，將多套微動(dòng)勘察儀集中放置在同一地點(diǎn)，記錄大約10min，獲得一致性測(cè)試微動(dòng)記錄（圖4）.分別計(jì)算其功率譜、功率譜之比，相干性以及相位差等各項(xiàng)參數(shù)（圖5）.在有效頻率范圍內(nèi)儀器一致性優(yōu)于95%時(shí)，能滿足微動(dòng)探測(cè)對(duì)儀器一致性要求.

3.2.3.2 數(shù)據(jù)采集方法及參數(shù)

經(jīng)試驗(yàn)確定數(shù)據(jù)采集的儀器參數(shù)為：采樣頻率100Hz，濾波器通頻帶0～30Hz，放大倍數(shù)30倍.為不影響城市主干道交通，微動(dòng)數(shù)據(jù)采集在夜間進(jìn)行.每次觀測(cè)15～20min，在干擾較大的地方觀測(cè)時(shí)間延長到30min.沿測(cè)線依次逐點(diǎn)完成全部測(cè)點(diǎn)的微動(dòng)數(shù)據(jù)采集.

3.3 微動(dòng)數(shù)據(jù)處理

圖4 儀器一致性測(cè)試波形記錄Fig.4 Microtremor records of consistency tests to ensure all seismometers and recorders having identical properties

圖5 一致性測(cè)試結(jié)果（a）功率譜；（b）功率譜之比；（c）相干系數(shù)；（d）相位差.Fig.5 Results of consistency tests（a）Power spectrum；（b）Power spectrum ratio；（c）Coherency；（d）Phase difference.

本次采用7個(gè)臺(tái)站的二重圓形陣列（圖2），有r1＝3.5m，r2＝6.06m，r3＝7m，r4＝10.5m 和r5＝12.12m五個(gè)不同臺(tái)間距.給定頻率值f，使計(jì)算得到的方位平均空間自相關(guān)系數(shù)符合第I類零階Bessel函數(shù)，用（2）式可求得分別與r1～r5相對(duì)應(yīng)的相速度Vr（f）［4，18］，從而獲得實(shí)測(cè)相速度頻散曲線（圖6）.在此基礎(chǔ)上，將相速度頻散曲線Vr～f轉(zhuǎn)換成視S波速度曲線（Vx～H）［13－14］，并通過內(nèi)插、光滑計(jì)算，獲得二維視S波速度剖面（Vx剖面，見圖7）.Vx剖面是解釋“孤石”及巖性層劃分的基本依據(jù).

圖6 實(shí)測(cè)頻散曲線（測(cè)點(diǎn)號(hào)標(biāo)于圖右上角）Fig.6 Observed dispersion curves at each point

4 結(jié)果及討論

由于巖土層壓實(shí)程度（埋深）、含水性等差異，不同地點(diǎn)同一種巖土層的巖性速度可能存大較大差異，所以，僅憑速度剖面解釋、劃分巖性層是困難的，但如果利用少量鉆探結(jié)果作巖性標(biāo)定，再結(jié)合視S波速度剖面特點(diǎn)，便可追蹤巖性界面的橫向變化，進(jìn)行巖性層劃分.圖7是本次工作獲得的視S波速度剖面及解釋結(jié)果，具有以下特點(diǎn)：

（1）素填土、粉質(zhì)粘土、礫質(zhì)粘性土三種巖土層：Vx速度約在120～200m/s（剖面一）和200～300 m/s（剖面二），速度異常呈片/層狀分布，但變化不大，巖性較為均勻.

（2）全風(fēng)化花崗巖層（剖面二）：Vx速度約在200～360m/s.鉆孔揭示其原巖結(jié)構(gòu)遭受完全破壞、風(fēng)化破碎呈碎屑狀、土狀或砂狀，所以該層的巖性速度與上覆巖土層相近或略為增大.不同的是，該層內(nèi)“零碎”的速度異常（體）較為發(fā)育，推測(cè)與風(fēng)化后殘留花崗巖的礦物成分不同有關(guān).

（3）強(qiáng)－中風(fēng)化花崗巖層：Vx速度約在180～450m/s（剖面一）和380～560m/s（剖面二），底界面埋深約在26～32m（剖面一）和26～35m（剖面二），起伏變化較大.這一結(jié)果符合深圳花崗巖分布區(qū)風(fēng)化殼厚度大部分在30～40m［19］的鉆孔統(tǒng)計(jì)結(jié)果.與上覆全風(fēng)化花崗巖和巖土層明顯不同，該層的速度（巖性）不均勻性更為明顯，這與花崗巖遭受強(qiáng)－中等程度風(fēng)化后，巖體破碎、裂隙發(fā)育、巖性變化較大的特點(diǎn)相吻合.在20～26m間，速度（巖性）橫向變化劇烈，局部可見“包裹”于低速圍巖中的“團(tuán)塊狀”高速體（分別位于圖7a中的G點(diǎn)和圖7b中的Q點(diǎn)之下，圖中用虛線示意畫出），本文將其解釋為“孤石”.這二處“孤石”都發(fā)育在強(qiáng)－中風(fēng)化花崗巖層中，與圍巖的Vx波速度比分別為0.87、0.88（見表3）.

（4）微風(fēng)化花崗巖層：Vx速度約450～500m/s（剖面一）540～600m/s（剖面二）.該層速度差異較小，巖性相對(duì)均勻，頂、底度界面起伏變化均較大.

（5）未風(fēng)化花崗巖層：Vx＞500m/s（剖面一）和600m/s（剖面二），速度橫向穩(wěn)定、巖性均勻.

在工程建設(shè)中，微風(fēng)化花崗巖（工程基巖）是高層建筑的良好持力層，而強(qiáng)風(fēng)化與微風(fēng)化花崗巖層的樁端承載力相差懸殊，強(qiáng)化風(fēng)層的厚度將直接影響地基沉降變形及樁基設(shè)計(jì).當(dāng)高層建筑持力層的深度變化較大時(shí)，樁基設(shè)計(jì)首先要考慮到樁端承載力及變形能否滿足要求，這很大程度上取決于對(duì)持力層的了解，是設(shè)計(jì)人員非常關(guān)心的問題［19］.預(yù)先了解強(qiáng)風(fēng)化帶的厚度及深度變化情況，對(duì)建筑物樁基設(shè)計(jì)具有重要的工程指導(dǎo)意義.

巖石風(fēng)化程度主要根據(jù)野外鑒定特征和風(fēng)化因數(shù)、波速比、縱波速度來分級(jí).用波速比к（同一巖體中風(fēng)化與未風(fēng)化巖體的縱波速度之比）可將花崗巖的風(fēng)化程度分為5級(jí)（見表2）［20］.與之類似，我們利用視S波速度（Vx）計(jì)算了全風(fēng)化、強(qiáng)－中風(fēng)化花崗巖、“孤石”與未風(fēng)化花崗巖，“孤石”與圍巖的波速比KVx，結(jié)果列于表3.

表2 花崗巖風(fēng)化程度分級(jí)［20］Table 2 Classification of granite weathering［20］

表3 花崗巖風(fēng)化程度與Vx波速比Table 3 Granite weathering and Vxvelocity ratio

分析表3結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，全風(fēng)化、強(qiáng)－中風(fēng)化花崗巖與未風(fēng)化花崗巖的Vx波速比κVx1，具有與縱波速度比（表2）類似的數(shù)值范圍.也就是說，Vx波速比κVx也可以作為判斷花崗巖風(fēng)化程度的依據(jù).其工程意義在于，利用二維微動(dòng)剖面可大致作出巖土層風(fēng)化程度的判斷，并了解工程基巖面埋深及起伏形態(tài)信息，為樁基設(shè)計(jì)提供地球物理依據(jù).

本文微動(dòng)剖面解釋的“孤石”發(fā)育在強(qiáng)－中風(fēng)化花崗巖層中，與圍巖的Vx速度差異不大.“孤石”與圍巖具有顯著的物性差異、清晰的物理邊界，盡管如此，二維微動(dòng)剖面仍難于精確圈定“孤石”邊界，這主要是因?yàn)槲?dòng)剖面是由各測(cè)點(diǎn)結(jié)果經(jīng)內(nèi)插光滑得到，從而對(duì)“孤石”邊界具有“均衡效應(yīng)”.微動(dòng)剖面上圈出的“孤石”，其邊界精度還與測(cè)點(diǎn)間距有關(guān).盡管如此，在實(shí)際工作中，如果能利用二維微動(dòng)剖面探測(cè)出全風(fēng)化、中－強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層中的“團(tuán)塊狀”高速異常體（“孤石”），再配合鉆探驗(yàn)證，仍可給地鐵盾構(gòu)施工提供“預(yù)警”信息，這無疑對(duì)工程安全具有重要意義.

5 結(jié) 語

本文利用二維微動(dòng)剖面技術(shù)獲得二條微動(dòng)視S波速度剖面，結(jié)合鉆探結(jié)果標(biāo)定，對(duì)視S波速度剖面進(jìn)行了巖性解釋，圈出二處“孤石”，視S波速度剖面上清晰顯示各巖性層的起伏形態(tài).粉質(zhì)粘土－礫質(zhì)粘土層，速度橫向變化小，僅局部發(fā)育高速薄夾層，巖性相對(duì)均勻.全風(fēng)化花崗巖層中未發(fā)現(xiàn)高速塊體，但在下覆中－強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層中，速度橫向變化較大，發(fā)育團(tuán)塊狀高速體.本文將其解釋為未風(fēng)化的花崗巖“孤石”.

與鉆探結(jié)果相比，微動(dòng)探測(cè)獲得的二維視S波速度剖面能直觀顯示巖性縱、橫向變化，易于發(fā)現(xiàn)高速異常體（“孤石”）.在地鐵工程勘察中，采用二維微動(dòng)剖面技術(shù)探測(cè)“孤石”，可減少鉆探工程量.尤其在交通繁忙、建筑物密集、鉆探難于實(shí)施的鬧市區(qū)，往往是地質(zhì)信息的盲區(qū)，地鐵盾構(gòu)施工存在較大風(fēng)險(xiǎn)，二維微動(dòng)剖面不受場(chǎng)地條件限制，是經(jīng)濟(jì)、高效的地球物理探測(cè)手段.

利用二維微動(dòng)剖面結(jié)果還可大致做出巖土層風(fēng)化程度的判斷，提供工程基巖面的埋深及起伏形態(tài)信息，為樁基設(shè)計(jì)提供地球物理依據(jù).盡管如此，進(jìn)一步提高縱向分辨率，以滿足工程建設(shè)的精度需要，仍是微動(dòng)探測(cè)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn).

致 謝 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司深圳7號(hào)線地鐵勘察項(xiàng)目部的工程技術(shù)人員為微動(dòng)數(shù)據(jù)采集提供幫助并提供鉆孔資料.

圖7 二維微動(dòng)視S波速度剖面（a）剖面一；（b）剖面二.Fig.7 2Dmicrotremor apparent S－wave velocity section（a）Figure 7ais for Section I；（b）Figure 7bis for SectionⅡ.

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（本文編輯 劉少華）

Mapping spherically weathered“Boulders”using 2Dmicrotremor profiling method：A case study along subway line 7in Shenzhen

XU Pei－Fen1，SHI Wen1，2，LING Su－Qun3，GUO Hui－Li1，2，LI Zhi－Hua4
1 Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing100029，China 2 Graduate University，Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China 3 Geo－Analysis Institute Co.，Ltd.Tokyo 184—0012，Japan 4 The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin300251，China

A “boulder stone”is referred to the remnant of a granite body which has been unevenly weathered.These“boulders”become a common geological feature in areas close to the shoreline in south of China.They are typically randomly distributed and buried in soil or weathered rocks with varying shapes and sizes.Their existence poses a serious operational risk to the subway tunnel construction.Boulder detection has been a difficult problem in geotechnical investigationand surveying for subway building.This paper documents the first application of a 2D microtremor profiling method to map spherically weathered“boulders”.Principles of the method will be described followed by real application examples.Two microtremor profiles were obtained between Chegongmiao and Shangsha along subway line 7in Shenzhen.The microtremor data，combined with limited drilling data，were used for lithostratigraphic classification and boulder interpretation.On the 2Dprofiles，we observed different apparent S－wave velocity values for different lithologic sediment layers，such as plain fill，silty clay，rudaceous sediments.In particular，there appeared a strong correlation between apparent S－wave velocity and the degree of weathering of the granitic layers（namely completely，strongly，moderately，slightly，and nonweathered）.With the help of limited drilling data，it is possible to quantify，at least qualitatively，the degree of the granite weathering from the apparent S－wave velocity characteristics.Local high apparent S－wave velocity anomalies in otherwise moderately to strongly weathered granitic layers interpreted as unweathered “boulders”. Our results demonstrate that the 2Dmicrotremor profiling is a very effective technique for “boulder”detection and mapping.The lithological variation and weathering in both vertical and horizontal directions，the depth of the bedrock and its undulating configuration can be shown clearly in 2D microtremor apparent S－wave velocity profile. Therefore，the method can also provide geophysical basis for designing the pile foundations for the high－rise buildings.As a new method for“boulder”detection and mapping，the 2Dmicrotremor profiling method is particularly useful in densely－populated urban areas with crowded high－rise buildings and heavy traffic.

2DMicrotremor profiles， Microtremor survey， Apparent S－wave velocities，“Boulder”，Subway engineering investigation

10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.034

P631

2011－12－29，2012－04－02收修定稿

徐佩芬，侍文，凌蘇群等.二維微動(dòng)剖面探測(cè)“孤石”：以深圳地鐵7號(hào)線為例.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（6）：2120－2128，

10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.034.

Xu P F，Shi W，Ling S Q，et al.Mapping spherically weathered“Boulders”using 2Dmicrotremor profiling method：a case study along subway line 7in Shenzhen.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（6）：2120－2128，doi：10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.034.

中國科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目（KZCX2－EW－107）資助.

徐佩芬，女，1961年出生，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所副研究員，從事地震層析成像及應(yīng)用地球物理研究.E－mail：pfxu@mail.iggcas.ac.cn