波速綜合測試技術的應用

馮 偉

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

近幾年來越來越多運用彈性波、電磁波理論等工程物探方法配合傳統的鉆探為巖土工程勘察服務已成為一種趨勢。波速測試是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技術的一個重要分支。彈性波在地層介質中的傳播，可分為體波和面波，體波又可分為壓縮波和剪切波。它們在地層介質中傳播的特征和速度各不相同，由此，可以在時域波形中加以區別。利用面波測試方法可連續加密測點，來獲得連續的地質界面，并配合鉆探和剪切波測試可以有效的解決傳統鉆探方法以點帶面劃分地質界面時帶來的漏判、劃分不準確等問題，并可以提供工程建設所需的設計地震動參數等多項巖土動力學參數。

波速測試和鉆探相結合的綜合勘察技術方法能夠起到互相補充、互相驗證的作用，可為后續的工程設計提供更加準確的數據基礎。

1 項目概況

本次為集運站槽倉至裝車站斜坡場地的勘察，設計利用斜坡坡度和自然高差將煤從槽倉通過皮帶傳送至裝車站。主要查明地層結構、成因類型，為設計提供可靠的巖土工程資料，并對建筑地段的穩定性做出評價。

勘察場地地層上部為素填土，下部為第四系全新統風積沙，底部為侏羅系中統的砂巖、泥巖互層。鉆探設備到達不了的斜坡地段根據現場調查和人工釬探進行推測。本次勘察斜坡地帶未見地下水。

2 物探測試

2.1 方法及原理

1)剪切波測試。

采用人工擊振單孔檢層法，在已完成鉆孔中進行，儀器選用武漢中巖科技有限公司生產的RSM-24FD浮點工程動測儀器和JBT-Ⅱ型井下三分向探頭。該儀器采用高信噪比電路設計，采樣間隔范圍大，多核16位A/D速度快，精度高。在本次實測過程中，儀器主要技術指標和工作參數為:孔口震源距為1.5 m，測點間距為1 m，動態范圍100 dB，采樣間隔200 μs，采樣長度1 024，采樣分辨率24位A/D，信號分辨率16 bit，噪聲水平不大于20 μV。

2)面波測試。

由于地層的時代不同，成因不同，地層的風化程度不同，存在波速及密度差異，地震勘探會得到覆蓋層底、風化殼等波阻抗信息。從物性前提講，勘探區具有良好的地震勘探的地震地質條件。

為提高本次工程物探的精度及有效性，在物探工作之前，根據場區的具體條件，進行了反射地震勘探方法、折射地震勘探方法及面波地震勘探方法的對比試驗。由于該場區波阻抗界面埋深較淺，地面高差大，現場干擾大，對反射地震勘探的資料解釋影響很大，放棄了反射地震勘探方法。經過認真分析研究對比試驗，折射波地震勘探方法對巖土分層也不甚理想。最終采用對巖土分層較理想的面波地震勘探方法。

試驗儀器采用GeoPenSE2404D型瞬時浮點高分辨率綜合數字地震儀。測試方法采用落重激振瞬態法，震源采用24磅錘擊震源。儀器主要技術指標和工作參數為：地震勘探道距1.0 m，24通道標準儀器接收；儀器的記錄長度設置為1 024～2 048樣點，采樣間隔0.5 ms～0.2 ms，動態范圍大于120 dB，瞬時浮點放點，信號分辨率20 bit。

2.2 測試方案

本場地槽倉至裝車站之間斜坡段距離約600 m，以設計提供的1∶ 500地形圖及現場測放的鉆孔位置為依據，采用測繩測量各地球物理勘探點。布置了三條面波測試剖面，每條剖面10個測試點，共計30個面波測試點。在測試點位于斜坡位置布置鉆探孔4個，并在每個鉆孔處進行剪切波速測試，在斜坡處面波測試點位進行人工釬探。

3 數據對比分析

本次采用面波地震勘探查明了覆蓋層厚度、基巖埋深和基巖風化層厚度。對野外采集到的面波地震勘探資料，經過數據處理及綜合解釋，與剪切波測試結果和鉆探、釬探地層對比分析，建立了物探試驗波速與巖土層界面的對應關系，提高了勘察資料的準確性和可靠性。表1列出了根據勘探分層結果進行的物探數據統計情況。

表1 勘探和物探結果分層統計表

根據統計分析結果可以得出，因素填土的密實程度不同導致波速值發生很大變化，密實度增大，波速增高，密實度減小，波速相應降低；因場地上部砂層處于凍結狀態，凍結程度不同其波速值有所變化，凍結程度越高，波速越高，凍結層的砂層波速比未凍結波速高出很多。根據巖體的風化程度不同，巖體風化程度越深，波速越低。

4 結語

本文通過對傳統的勘察方法進行擴展，利用波速測試方法結合鉆探結果查明了斜坡段場地的巖土界線和凍結層厚度。通過不同方法的數據對比可以建立良好的相互關系，對于探索工程勘察中較復雜地段的方法研究提供了參考。波速測試方法還有很多不同類型的綜合應用，在勘察、設計、施工中都能起到很大的作用，需要我們進一步去發掘，為工程建設提供更大的幫助。