面波勘探技術分析

摘 要：近年來，由于地震的頻繁發生，對淺層地球物理勘探技術有了更高的要求，面波勘探技術就是在此情況下應運而生的新的勘探技術，其以簡便、快速、高分辨率等特點而在許多領域得以應用，并取得了很好的效果。本文對面波勘探技術進行了具體的介紹，同時分析了面波勘探技術在野外方法，以及面波勘探技術在工程及應用過程中存在的問題進行了具體的闡述。

關鍵詞：面波；勘探；瞬態法

1 概述

隨著近幾年對淺層地震研究的深入，面波勘探隨之發展起來，成為國內外在勘探淺層地震中普遍采取的一種方法。在面波中有瑞利波（R波）和拉夫波（L波）之分，在進行面波勘探時通常稱為R波，因其在同組波組中具有較強的能量、同時振幅也高于其他波，頻率也處于最低點，在測量時很容易識別。

同時面波勘探技術對于面波還有另外一種分法，穩態法、瞬態法和無源法，這種分類法主要是根據產生面波的震源不同進行分類的，但其在測試時的原理是一樣的。

2 面波勘探技術

面波是一種特殊的地震波，它與地震勘探中常用的縱波（P波）和橫波（S波）不同，它是一種地滾波。在各向均勻半無限空間彈性介質表面上，當一個圓形基礎上下運動時，由它產生的彈性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）出來，即P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是說，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作為勘探方法，其信噪比會大大提高。

綜合分析表明R波具有如下特點：

（1）在地震波形記錄中振幅和波組周期最大，頻率最小，能量最強。

（2）在不均勻介質中R波相速度（VR）具有頻散特性，此點是面波勘探的理論基礎。

（3）由P波初至到R波初至之間的1/3處為S波組初至，且VR與VS具有很好的相關性，其相關式為：

VR=VS·（0.87+1.12μ）/（1+μ）；式中：μ為泊松比；

此關系奠定了R波在測定巖土體物理力學參數中的應用。

（4）R波在多道接受中具有很好的直線性，即一致的波震同相軸。

（5）質點運動軌跡為逆轉橢圓，且在垂直平面內運動。

（6）R波是沿地表傳播的，且其能量主要集中在距地表一個波長（λR）尺度范圍內。

依據上述特性，通過測定不同頻率的面波速度VR，即可了解地下地質構造的有關性質并計算相應地層的動力學特征參數，達到巖土工程勘察之目的。

3 野外工作方法

在進行野外工作時，一般應用較多的為瞬態法來進行面波頻散曲線的繪制，在工作的過程中，會利用多道檢波器來對檢測的R波進行分析，這種方法在面波的分析和對比中具有很好的效果。工作時，利用錘子等重物直接作用在地表，然后會產生瞬態的激振力，由此產生寬頻帶R波，當寬頻帶的R波以匯集到一起有序的向外傳送時就會形成脈沖。當多道檢波器接收到這些R波后，經過系統的分析整理會將不同頻率的R波進行分離，進而得到VR值，最終繪制成面波頻散曲線。

為了能夠更好的進行巖土工程的勘探，在野外進行數據采集的過程中，應該根據實際情況做不同的處理，充分的考慮到采集場地的地質情況。如果說探測地的底層介質較淺時，可以采用小錘做高頻率信號的震源探測，可以獲得很好的效果，相反，如果在探測地的地質層介質較深的情況下，就可以采用重錘對地面進行沖擊以形成較低頻率的信號，以此來探測到更深處的地質信息，所以說應該具體問題具體分析，根據實際情況選擇適當的方法。

震源點的偏移距從理論上講越大越好，且易采用兩端對稱激發，有利于R波的對比、分辨和識別，但偏移距增大就要求震源能量加大和儀器性能的改善。一般來說，偏移距應根據試驗結果選取。就目前的儀器設備條件和反演技術水平，選用偏移距20～40m即可獲得較好的測試結果。

由多道檢波數據反演處理后可得一條頻散曲線，一般把它作為接收段中點的解釋結果。實際上該曲線所反映的地層特性為接收段內地層性質的平均結果，故當探測場地地下介質水平方向變化較大時，只要能滿足勘探深度的要求，盡量使反演所用的接收段減小，以使解釋結果更具客觀實際。

4 工程實例

某測試區的地層結構如下：①覆蓋層由全新統風積砂壤土、粉細紗和全新統沖洪積砂卵礫石組成；②下伏基巖由棕紅色、紫紅色砂質粘土巖組成，局部夾有礫巖。為探測覆蓋層厚度并進行地層劃分，采用瞬態面波進行勘探。

R波在非均勻介質中傳播具有頻散特性，所以不同頻率（波長）的R波具有不同的傳播速度。模型試驗和實測結果表明，當探測的巖土層介質較為均一時，R波的相速度隨深度的加大而按線性增加，只有出現不同介質的分界面時，頻散曲線會出現一個所謂“Z”字型變化，該變化特征是由于地表接收到的波從上一層漏能型波轉入下一層漏能型面波，且此轉折點與兩介質間的界面埋深有密切的關系，由此可依據實測頻散曲線的“Z”字型變化點來劃分地下巖性變化的分界面。

5 面波探測存在的問題分析

雖然面波探測技術在工程中的應用已很廣泛，但實際工作中還存在以下問題：

5.1 在進行面波的頻散曲線測試中，有時會出現“Z”字型現象，但是從理論的層面來講的話，只能是出現折點，所以說對于這種現象在目前的狀況下還無法解釋，所以還需要在實踐中不斷的摸索；

5.2 對于面波勘探深度的確定，國內外大多采用半波長作為R波的勘探深度，此關系是一經驗公式，但在實際工作中，應根據場地地質條件、探測對象以及孔旁測試對比結果等作適當調整；

5.3 在測試的深度上，以目前的技術力量可以獲得的可靠測量深度為二十到三十米，最深的也不會超過五十到六十米。如果說還要加大探測深度的話，那么對于震源信號就有所要求，必須有足夠的低頻信號。但是以現在的技術力量來講還無法滿足更深一步的需求。

5.4 在實際的工作過程中，會因為勘測目的和要求的不同，而對于震源處的R波頻率有不同的要求，所以就需要根據實際情況來選擇不同的測試工具，產生不同的頻率值。

6 結束語

隨著科學技術的不斷發展，在地球表面的物理勘探中，面波勘探是一種比較新型的勘探技術，其具有一定的優點，操作簡單，適用性強，所需的場地較小，可以應用的范圍較廣。但是這種技術在實際的使用過程中還存在很多的問題，無論是在理論上還是在實際應用中，都需要通過實踐不斷的完善，以使這項技術更加的成熟，可以為我國的建筑工程、地質勘探等工程建設做出更大的貢獻。

參考文獻

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