高密度地震映像技術在工程勘察中的應用

楊春利，王　寧

（1.河北建設勘察研究院有限公司，河北石家莊050031；2.河北省地震局，河北石家莊050021）

高密度地震映像技術在工程勘察中的應用

楊春利*1，王寧2

（1.河北建設勘察研究院有限公司，河北石家莊050031；2.河北省地震局，河北石家莊050021）

粵東某巖土工程勘察項目的場地地基勘察是該項目施工的重要環節，在多種物探技術方法中，經試驗選用高密度地震映像法進行勘探。利用對地震映像資料的分析解譯基巖頂板的埋深及起伏，對場地孤石進行解釋，最后結合驗證鉆孔資料進行驗證，吻合性較好，為場地地基勘察提供了有利依據，也表明高密度地震映像法在工程勘察中有廣泛的應用前景。

地質概況；物探判譯；高密度地震映像；工程勘察

1　概述

隨著我國經濟建設的蓬勃發展，各類工業與民用建筑拔地而起，與此同時，建筑質量事故也時有發生。高密度地震映像勘探法作為工程勘察的一種重要手段，可有效查明場地不良地質作用的類型、成因、分布、規模、發展趨勢和危害程度，并對場地的穩定性作出評價，防患于未然，避免因地基缺陷造成建筑物的破壞和重大安全事故的發生［1］。

2　勘察區地形與地質概況

2.1地形、地貌

本次勘察擬建場地位于廣東省揭陽市惠來縣神泉鎮以東約8km、前詹鎮以西約5km的蘆園、溝疏村南部，溝疏哨所西側。為海蝕平原，原始地貌為低矮的侵蝕殘丘、臺地和凹地組成，殘丘海拔十幾到二十幾米。場地內地勢較低，地形除殘丘外起伏不大，總體上北高南低，東西兩側較多花崗巖巉巖。目前場地已整平，勘察范圍高程為8.130～11.540m。

2.2地質概況

本地區的構造體系主要有3個：①東西向構造體系：該體系橫跨全區，為高要—惠來東西向構造帶東段，由里坑、蜈蚣山等5條壓性斷裂組成。②早期新華夏體系：該體系是本地區的主要構造體系，分梅隴、陸豐、惠城3個構造帶。構造以走向北東40°～60°斜列式扭壓斷裂，強大的擠壓破碎帶為主，兼有褶皺。③新構造運動體系：系晚第三紀以來的地殼運動，主要運動形式有區域性地殼升降運動和斷塊與斷裂運動2種［2］。

根據鉆探揭露，勘察區地層主要為第四系殘坡積層、淤積層及燕山期花崗巖層。本次勘察揭露54.0m深度范圍，根據其巖性及物理力學性質自上而下分為4層，分述如下：①層：填土。②層：淤泥質粉質粘土，灰色—灰黑色，軟塑—流塑。土質較均勻，切口稍光滑，干強度及韌性較高，局部含少量細砂。③層：砂質粘性土，褐紅色或褐黃色，一般可塑狀態。④層：花崗巖，礦物成份主要為長石、石英和少量角閃石。

3　高密度地震映像法的基本原理

高密度映像法屬彈性波勘探范疇，它是通過接收和分析人工地震產生的波動場特征來獲得地下地質信息，是一種間接勘查地下地質構造的方法［3-5］。地震映像法主要利用反射波、折射波、面波等多種彈性波作為有效波來進行探測，同樣也可以采用一種特定的地震波作為有效波，常用反射波為有效波（圖1）。在野外用地震映像法采集數據時，采用單點激發，單個檢波器進行接收。儀器記錄后，激發點和接收點同時向前移動一定的距離（點距），重復上述過程，可以獲得一條地震映像的時間剖面圖［6-7］。

4　物探成果的地質解釋

4.1場區地層地球物理學特征

通過地質條件調查，該地區內具備進行高密度地震勘探的地球物理條件有：

（1）砂質粘性土殘積層與基巖之間有明顯的波阻抗差異和波速差異，同時受風化、剝蝕作用，淺部基巖又可分為全分化至弱風化的不同物性差異層面，可形成反射界面；

圖1　地震映像法的工作原理示意圖

（2）孤石一般為巨塊花崗巖，與圍巖砂混粘性土會有明顯的波阻抗差異和波速差異，可形成地震波反射或繞射。

4.2數據采集及工作量

在此次工作中使用的是我國sws-6型多功能數字地震儀，固有頻率為30Hz檢波器接收激發信號，大錘激發震源，道間距1m，采樣問隔0.5ms，采樣點數1024，記錄長度512ms。根據多次實驗測試分析，最終確定20.0m為最優偏移距。

為避免周圍震動的影響，現場測試在夜晚進行。在逐點測試時，檢波器插好，所有人員停止走動后，進行信號觸發，盡最大可能減少噪音，提高信噪比，取得準確的第一手資料（圖2、圖3）。

圖2　檢波器插放

圖3　信號觸發

本次高密度映像勘探采集參數及工作量見表1。

表1　高密度映像勘探參數及工作量一覽表

4.3物探成果的數據處理

高密度地震映像勘探數據處理：高密度地震映像數據在計算機上進行壓縮、拼接和濾波處理后即可得到反映波動場特征的映像圖。

4.4成果地質判譯

本次高密度地震映像采用了反射波和面波2種有效波進行分析。以20.0m等偏移距的形式實現對地層的連續掃描。物探成果判譯的依據有：

（1）當地層水平展布時，高密度映像上表現為同相軸的水平展布，地層的尖滅（或分叉）表現為同相軸的尖滅（或分叉）；

（2）同向軸連續性較好，層位清晰，振幅大、低頻率為上覆土層的反映，大面積的振幅穩定揭示上覆土層地層的良好連續性；

（3）下部沒有反射反映了縱向上基巖的整體性好、厚度較大、裂隙不發育、無層理；

（4）土層與基巖接觸面附近同相軸錯亂、連續性差，為土混碎石或土質不均勻的反映；

（5）結合本場地工程地質特點，同相軸突變為低振幅，特性與下部完整基巖相似，并產生繞射，為花崗巖孤石的反映。

根據以上物探成果判譯的依據，高密度地震映像剖面線基面埋深及孤石分布詳見圖4高密度地震映像解釋圖。

4.5物探結果判譯

圖4　Ⅵ測線高密度地震映像解譯圖

本次高密度地震映像采用了反射波與面波2種有效波進行分析，這樣分析解釋就有更充分的依據，結合地質鉆探資料，得到了較好的地質效果。物探判譯出的孤石與高密度地震映像線上的鉆孔資料對比見表2。

表2　物探判譯孤石與鉆探結果對比表

5　結語

本次工作通過高密度地震映像解釋出基巖頂板的埋深及起伏，對場地孤石進行解釋，最后通過鉆探成果驗證吻合性良好。高密度地震映像為建筑物場地勘察提供了一個很好途徑。地震映像法操作簡單、工作效率高、效果較好等優點已經成為物探方法中使用頻率較高的一種方法［8－21］。隨著我國綜合國力不斷增強，建設工程不斷開展，高密度地震映像法在不斷研究和試驗中將應用于更廣闊領域。

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1004-5716（2016）09-0003-04

2015-10-21

2015-10-22

楊春利（1987-），男（滿族），河北秦皇島人，助理工程師，現從事地質工程及巖土工程技術工作。