淺析復雜地質(zhì)條件下的面波探測技術應用

楊強強 劉松

摘要：我國幅員遼闊，地質(zhì)復雜，如何在眾多的復雜環(huán)境、深厚覆蓋層條件下，使用面波探測技術，是我們需要有效解決的問題。本篇文章闡述了面波探測技術的有關內(nèi)容以及現(xiàn)狀，探索了面波探測技術在鐵帽覆蓋區(qū)、粘土覆蓋區(qū)、工程探測中的應用，通過對這些應用實例的分析，以期提升面波探測技術在復雜地質(zhì)環(huán)境中應用的能力。

關鍵詞：地質(zhì);覆蓋層;面波探測;應用

前言：

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國各項資源和工程不斷開發(fā)并深入，天然的優(yōu)良地基正在逐漸減少，所以需要我們在復雜的地質(zhì)條件下開發(fā)資源和建設工程，然而復雜的地質(zhì)會影響到資源的開發(fā)和工程的選址及安全，而面波探測技術是在這種情況下最佳的探測技術，能在最大程度上探測出工程地質(zhì)的情況，降低前期勘察選址的成本。

一、面波探測技術的概述

我國工程地質(zhì)勘察比較常用的探測方法有直流電阻率法、大地電磁法、地震折射法以及面波法。相比較其他幾種探測方法，面波探測法以其快速、經(jīng)濟、易激發(fā)和場地影響較小等優(yōu)勢，成為工程地質(zhì)勘察中最常用的工程物探技術。面波法主要有兩大分支，分別是被動源面波法及主動源面波法。被動源面波法的探測深度比較深，但是探測采集信息的時間過長，探測效率較低;主動源面波法易被震源影響，探測深度較淺。這兩種探測方法都有利有弊，近些年來才出現(xiàn)了結合二者優(yōu)點的面波探測技術，即場源補償情況下的面波探測技術。場源補償后的天然源面波有效信號更為豐富，頻散譜逐漸收斂，連續(xù)性更好。

二、面波探測技術的現(xiàn)狀

面波探測技術得到廣泛的應用，主要是它具有以下幾個優(yōu)點：面波探測技術更加方便、效率較高、準確度較高，在同一種介質(zhì)中，相比其他類型的彈性波傳播速度小，具有更高的分辨能力;面波探測技術的設備比較輕便，而且操作簡單，操作速度快，可以在現(xiàn)場實時處理信息，效率很高;面波探測技術可以對復合地基檢測并根據(jù)地基承載力的經(jīng)驗公式，計算出的地基承載力與靜載荷實驗結果符合。面波技術在得到大力推廣和應用的同時，在實際工作中也存在著甚多問題需要研究解決：面波探測法的震源問題，震源頻率和相互碰撞材料的硬度有關，與碰撞的速度、碰撞物的質(zhì)量和碰撞接觸面積也有關，也就是說震源的頻率和能量能夠影響到面波采集的質(zhì)量;復雜面波的識別和提取問題，面波數(shù)據(jù)處理過程中，應如何識別并提取面波、體波及其他各種干擾波;面波頻散曲線的正反演問題，面對邊界條件復雜的探測環(huán)境，對這方面的研究較少，不能滿足實際工作的需要。

三、在鐵帽覆蓋區(qū)的應用

如在鐵帽覆蓋區(qū)選擇水利工程壩址區(qū)，鐵帽覆蓋區(qū)一般下層基巖為輝綠巖，上覆地層是非均勻介質(zhì)的第四系松散層，由紅褐色細砂、粉質(zhì)粘土和磨圓度高的巖石及貼角礫巖細礫組成，兩岸的山坡頂部地表會有一層鐵帽層。鐵帽覆蓋區(qū)域有導電性差、波速高等特點，相當于一個高阻屏蔽體，相關電流會被阻擋，無法向下傳播。為了消除高阻屏蔽，可以采用面波探測法進行探測，面波探測技術的探測深度較低，天然源面波的對工作效率和現(xiàn)場工作場地需求要求較高，在常規(guī)擬線性排列獲取波速的精準度上又存在一定的缺陷，所以需要人工場源補償面波探測。在場源補償情況下，面波探測有效深度增加，面波速也隨之增大，能有效提高探測的精準度和工作效率，提高探測深度。

四、在粘土覆蓋區(qū)的應用

粘土覆蓋區(qū)，覆蓋層主要是碎石土、壤土以及粘土，下伏基巖是石灰?guī)r，覆蓋區(qū)域內(nèi)有巖溶通道和斷層構造的存在。粘土覆蓋層和溶洞、斷層破碎由于密度較低，含水率較高，會出現(xiàn)低波速及低阻的特點，完整基巖則是相對高波速和高電阻率。在粘土覆蓋區(qū)應用面波探測技術，場源補償?shù)那闆r下，有效探測深度不及大地電磁探測，覆蓋層和下伏基巖之間，溶洞、斷層的區(qū)域和完整基巖之間的波速也存在很大差異，根據(jù)這個特點可以分辨出覆蓋層厚度和下伏基巖存在的巖溶通道以及斷層分布。根據(jù)面波速度的變化，可以探測出覆蓋層和下伏基巖和交界面，探測深度和兩端存在的鉆孔深度相同;還能夠反映出巖溶通道，這種橫向的分辨能力要高于其他探測方法;也能夠在探測深度范圍內(nèi)反映一定較深部分的斷層，且結果較為準確。

五、在工程探測中的應用

面波探測技術在眾多條件下都能得到廣泛的應用，如工程探測中的應用。工程建設場地逐漸復雜，施工難度逐漸提高，巖土工程的施工對地下層位的厚度、橫波速度、物理學參數(shù)等都有了更高的要求，面波探測技術受到干擾小、成像精度更高的優(yōu)點，使它在工程探測中脫穎而出。面波探測技術探測到的橫波速度與地下介質(zhì)的密度和松散程度有關系，所以在劃分地層上有著較好的分辨能力，尤其是尋找基巖面或是密實度差異較大的土層。相比較于其他探測方法，面波探測能夠有效解決速度倒轉、薄層等問題，還能找到軟弱夾層和硬層，在劃分土層方面，面波探測技術優(yōu)勢很大。

六、面波探測技術的應用

除了上述提到的應用領域之外，面波探測技術在這些方面也得到了應用。如空洞探測，在面波的探測范圍內(nèi)有地下空洞和掩埋物體時，面波得到的頻散曲線會呈現(xiàn)異常，根據(jù)曲線異常的大小還能判斷空洞的深度和大小范圍。地質(zhì)災害探測，比如探測滑坡，瞬態(tài)面波法能確定滑坡體的軟弱帶、滑動面和不同的深度等，可以提供治理滑坡的參考資料。除此之外，面波探測的應用領域還有地下管線探測、地殼深層結構探測、場地土類別劃分、巖石物理力學參數(shù)原位測試等。隨著研究人員對面波探測技術儀器和處理方法的優(yōu)化，面波在其他方面的應用也會更加廣泛。

結語：

綜上所述，我國地質(zhì)情況復雜，在探測過程中，雖然也可以運用其他的探測方式，但是其能力會受到較大的制約和局限，導致探測效果不佳，對工程建設造成影響。面波探測技術的各項優(yōu)勢本就適合用于復雜環(huán)境的探測，而采用場源補償情況下的面波探測技術，能解決更大范圍內(nèi)的地質(zhì)問題，可以有效避免傳統(tǒng)瞬態(tài)面波會陷入的高速屏蔽，獲取更加豐富的地層信息。

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