面波法與單孔波速測試法在工程實踐中的對比研究★

李奮勇 扈桂讓

(山西省地震局，山西 太原 030002)

0 引言

波速測試技術為現(xiàn)今勘探技術的一個重要分支[1,2]。單孔聲波測試法在巖土工程勘察中應用最為廣泛，它可以同時測得巖土層的P波(壓縮波)、S波(剪切波)，為場地等級劃分提供直接依據(jù)，結合土工試驗可以查明其他巖土層的原位信息。

面波勘探作為地震勘探的重要分支，因其在縱向高分辨率的特點在工程勘察和場地劃分領域也有較大應用，因其數(shù)據(jù)采集方式較單孔波速測試更便捷、廉價，如果面波波速測試得到結果與單孔聲波測試結果一致性高，用面波去代替單孔聲波作原位測試有較大可行性。本文結合工程實例，對兩種波速測試方法的效果進行對比、分析。強調用面波代替單孔聲法進行原位測試是大勢所趨。

1 實驗區(qū)概況簡介

本次對比試驗工區(qū)位于山西河津某工廠內，場地距離地震活動性較強的韓城斷裂[3]較近，場地內部平坦，原為內陸湖床，后水位下降形成的濱湖區(qū)陸地。海拔約100 m，地下水位較淺，地層依次為雜填土、素填土、淤泥土、粉質粘土、粘土、強風化砂巖、砂巖。場地平整，噪聲小，滿足剪切波測試和面波測試條件。

2 剪切波測試原理

目前工程上波速實測一般采用單孔測試法，即由人工在地表水平方向敲擊木板產生振動(見圖1)，這種振動沿著地層由淺及深傳播開來，并被不同深度的檢波器接收，最終根據(jù)不同深度及剪切波到達時間求取地層剪切波信息。其現(xiàn)場工作方式如圖2所示。

3 面波測試原理

面波是一種特殊的地震波，面波勘探是由人工震源激發(fā)，在地層中形成一種擾動，這種擾動沿一定方向在地下半空間中由遠及近傳播，在傳播的過程中被檢波器接收，最終基于面波的頻散特性(不同頻率面波具有不同波速)將不同頻率面波分離并繪制成頻散曲線，最終根據(jù)頻散曲線特點去反演，得出地層由淺及深的波速信息。

4 現(xiàn)場工作方式和數(shù)據(jù)采集

4.1 剪切波現(xiàn)場測試

本次剪切波測試采用的12磅鐵錘，2 m×0.3 m×0.1 m的木板，累加不低于400 kg重物，現(xiàn)場測試孔口震源距1.5 m，震源孔口高差0 m，鉆孔深度40 m，測試深度38 m，測試移距1 m，采用正反剪同時采集方式。

現(xiàn)場工作圖見圖3。

4.2 面波現(xiàn)場測試方法及數(shù)據(jù)采集

本次面波采用的18道檢波器，2 m道間距，偏移距8 m，24磅大錘激發(fā)，墊板尺寸20 cm×20 cm×2 cm。

現(xiàn)場工作圖見圖4。

5 數(shù)據(jù)處理及結果對比分析

5.1 實測剪切波數(shù)據(jù)

將采集到的剪切波數(shù)據(jù)導入相關分析軟件，得到波速隨深部變化曲線圖。

5.2 面波數(shù)據(jù)處理

面波數(shù)據(jù)處理相較剪切波復雜很多，數(shù)據(jù)處理流程一般為：導入數(shù)據(jù)、預處理(排列參數(shù)校正、干擾波切除、濾波、歸一化等)、頻散曲線提取、建立反演模型、反演、成果導出。

5.3 測試結果對比與分析

為了驗證上文中兩種方法的測試效果，將鉆孔資料與兩種測試結果進行對比，其對比結果見圖5，圖6。

6 結論及建議

由上文中剪切波和面波的測試結果可知，以上兩種方法的波速測試結果很相近，剪切波測試得到的結果分層層厚更精細，波速更精準，但是受場地或其他噪聲干擾容易在局部波形上出現(xiàn)較大誤差；面波測試結果與剪切波基本一致，但是在層厚反演上受道間距的影響較剪切波大，但是整體波速穩(wěn)定，不會出現(xiàn)不規(guī)則的大跳躍。

因而在場地劃分領域因不需要精確知道每1 m層厚的波速值，可以用面波測試代替剪切波，但是在巖土層原位測試或者其他要求縱向分辨率高、波速精確的領域面波不宜取代剪切波測試。