城市強(qiáng)干擾條件下無損地質(zhì)勘查的一種有效方法—微動(dòng)法

查雁鴻

1中國地震局地震研究所 中國地震局地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 武漢 430071 2武漢地震工程研究院有限公司 湖北 武漢 430071

正文：

城市中的工程地質(zhì)勘查與山區(qū)等其它環(huán)境下的勘查不同，常面臨輸電線、噪音及金屬磁性等多重干擾。微動(dòng)法具有經(jīng)濟(jì)便捷、場地要求低及抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，能在城市工程地質(zhì)勘查中發(fā)揮作用。

1 微動(dòng)法概述

微動(dòng)是由空間中各處震動(dòng)源產(chǎn)生的震動(dòng)的疊加。由于體波以1/r2衰減的，而面波是以1/r衰減的，一定震中距以后波場能量以面波為主。微動(dòng)波場由主體的基階面波、少量的高階面波和體波組成。垂直方向波的主要成分是基階Rayleigh波，水平方向波的主要成分是基階Love波。

微動(dòng)的頻譜特征和偏振特性與場地條件有很好的相關(guān)性。Nakamurua 于1989年提出單點(diǎn)譜比法研究其關(guān)系，該法具有對(duì)環(huán)境無干擾、經(jīng)濟(jì)簡便等很多優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于城市地質(zhì)勘查，并迅速在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。場地單點(diǎn)水平向與豎直向（H/V）譜比常用的計(jì)算公式如下：

微動(dòng)臺(tái)陣法應(yīng)用比單點(diǎn)譜比法要求更為嚴(yán)格，首先要保證不同儀器間同步觀測數(shù)據(jù)和空間位置布設(shè)準(zhǔn)確，保證正確的識(shí)別和獲取微動(dòng)波場中的瑞利波。假設(shè)大地上的微動(dòng)是時(shí)間和空間上平穩(wěn)隨機(jī)過程，并且水平向傳播通過觀測臺(tái)陣，利用Aki（1957）提出并由Henstridge（1979）等應(yīng)用的空間自相關(guān)法和Capon（1969）提出并由Lacoss（1969）等應(yīng)用的頻率-波數(shù)法可從臺(tái)陣記錄中提取頻散曲線。兩類方法均假設(shè)。

2 資料處理

不同間距臺(tái)站計(jì)算得到的SPAC曲線有效周期范圍不同，將其綜合，就能得到我們需要的頻散曲線。圖1挑選頻散曲線圖。其中灰色的圓點(diǎn)是我們根據(jù)有SPAC曲線得到的頻率慢度關(guān)系圖而選擇的不同頻率的慢度點(diǎn)，相應(yīng)的實(shí)線為頻散曲線。

圖1 直線型臺(tái)陣頻散曲線圖

3 實(shí)例應(yīng)用

武漢市地鐵12號(hào)線部分路段穿越老城區(qū)，居民用電及來往車輛干擾強(qiáng)，沿途房屋、水泥路面不利于鉆探等勘查方法的實(shí)施，一般的地球物理勘探法難以取得有效成果，微動(dòng)法因其工作原理的不同能較好的適應(yīng)上述環(huán)境。本文以其中2條測線為例，對(duì)其適用性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 工作方法及實(shí)施

考慮地鐵線路的場地條件，采用8臺(tái)儀器構(gòu)成的直線型臺(tái)陣觀察系統(tǒng)（圖2），相鄰兩臺(tái)站間距均為20m，觀測系統(tǒng)總長140m，每個(gè)測點(diǎn)的監(jiān)測時(shí)間在30分鐘以上。首先利用RTK準(zhǔn)確放樣測點(diǎn)中心位置，通過測繩確定其余儀器位置，然后利用RTK記錄每個(gè)測點(diǎn)的平面坐標(biāo)和大地坐標(biāo)。在實(shí)施中使用連續(xù)滾動(dòng)法，每次將2臺(tái)儀器沿觀測方向移動(dòng)40m。

3.2 成果分析

WD1號(hào)測線全長180m，該基巖面起伏較大，兩側(cè)在20m左右，中間僅厚數(shù)m，從圖2 S波速度剖面看，在45m、60m、70-80m等處存在低速層，可能為巖溶主要集中在測線中部，深度較淺，在12m－20m之間。

圖2 WD1號(hào)測線速度剖面圖

4 結(jié)論

地鐵12號(hào)線部分路段的微動(dòng)法勘查揭露了基巖面的深度和基巖面以下巖溶的發(fā)育情況，為該線路的設(shè)計(jì)優(yōu)化及后期施工提供了參考。此次微動(dòng)法勘查的成功實(shí)施表明，在城市各類電、磁和噪音干擾下，在水泥路面等不利設(shè)備布設(shè)條件下，微動(dòng)法能獲得有效的淺部波速信息，為巖土類別劃分提供依據(jù)。