瞬態面波法在滑坡勘察中的應用

李志剛

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 工程地質概況

陜西省北部地區擬建一條高速公路，該區域為毛烏素沙漠至黃土高原過渡地帶，勘察地段黃土梁峁溝壑發育，屬于鄂爾多斯盆地東北部，跨越陜北坡和金溪彎帶兩個次生構造單元。北部和東部地勢高，海拔900～1350m。地層主要為黃土、砂、粉砂、砂巖、泥巖、頁巖等。

根據地質單元，碎屑巖裂隙水和松散巖石孔隙水劃分，水文地質條件有顯著差異。調查區位于滑坡體的分布區。

2 瞬態瑞利波勘探原理

瑞利波勘探是用彈性波進行勘探，人工激發彈性波沿界面附近傳播，勒夫波為水平方向傳播的面波，瑞利波為豎直方向傳播的面波。瑞利波特征在于界面振動中的高能量，低頻率和大振幅，在面波勘察中容易識別。

根據不同震源，瑞利波法可分為穩態瑞利波法和瞬態瑞利波法。瞬態瑞利波法是指一發多收的采集形式，對多個檢波器信號進行處理，通過相關計算，從而消除干擾、壓制縱波橫波，增加有效波信號。

瞬態瑞利波法一般在距離激發震源一定位置布設接收點，其兩者沿線方向布置測線排列，逐點進行面波數據采集工作，如圖1。

圖1 瞬態瑞利波工作原理

在地面激發地震波后，沿測線布置檢波器接收并記錄體波和瑞利波所引起的地面振動情況，以及波從震源出發至地面各接收點時間。從多道地震記錄各波形同相軸分布情況，瑞利波振幅能量最強，波形頻率低，提取瑞利波的頻散數據。

根據面波的傳播分析，波傳播越深，振幅越小，能量基本上控制在波長范圍內。不同波長反映了地下各層地質情況，通過數據的反演可得到各測點瑞利波波速情況，在頻譜分析之后，獲得分散曲線，最后可實現劃分地層勘探的目的。

3 野外工作方法技術

3.1 技術設計

依據面波勘探基本原理，結合現場情況，采用DZQ24地震儀測量系統1套，Geogiga Surface分析軟件，24磅重錘激發信號，使用2.5Hz檢波器接受，進行面波參數對比試驗，通過對不同參數設置獲取的試驗結果，獲取該區野外數據采集的最佳參數。

3.1.1 偏移距選取

通過現場試驗和測試，選擇表面波和反射波分離的區域，或在基底和高階可分離的情況下，選擇具有表觀表面波的接收部分。根據現場試驗選擇合適的偏移距。

3.1.2 排列長度選取

面波探測的排列長度主要是滿足探測深度要求，一般規定排列長度達到波長的一半，隨著勘察深度加大，排列長度與探測深度越接近。

3.1.3 道間距選取

道間距的大小要適中，一要滿足薄層探測的需要，二要保證探測最大深度的需要，同時還要兼顧工作效率。一般探測深度不大于40m，道間距不大于3m。

3.1.4 得出相關參數

采樣點1024，時間1.0ms，偏移距10m，道間距2.0m，探測點距10m。同時注意瞬態面波法可以利用儀器的信號增強功能，進行多次疊加，以達到提高有效信號抑制干擾的目的。

3.2 工作布置

CH14滑坡體位于高速路里程K27+720～K28+20段，該滑坡體主滑動方向為東南方向，地表覆蓋黃土，呈扇形椅狀。依照線路已有的樁位和1∶1000的地形圖進行布設3條測線，如圖2，橫Ⅰ測線沿主滑動方向布設，方位137°，長290m，橫Ⅱ測線與橫Ⅰ測線相互垂直，方位226°，長210m，縱測線與該路段擬建高速公路走向基本一致，方位275°，長180m。

圖2 測線布置

4 數據處理

資料數據處理主要是數據傳輸和處理軟件Geogiga Surface分析和處理采集數據，具體過程：第1步處理原始數據，第2步提取和分析頻散，第3步多個排列曲線斷面，第4步修改地形，形成等速度斷面圖。

原始資料處理，對原始資料進行整理核對、編錄，并結合測區不同地質單元對瑞利波探測資料進行分類。

在面波數據中包含有瑞利波和其他干擾波，如橫波、縱波和其他轉化波，其他干擾波可加時窗予以濾掉。只有基階面波是有效信號，并且利用干擾波和瑞利波之間的差異提取基階面波。

在頻率—波數（F-K）域中，容易區分瑞利波的各個能量，并且可以提取基階的頻散數據。

獲得基階面波能量最強，獲得瑞利波的頻散曲線，逐層分層，形成瑞利波的速度分布，最后形成解釋結果圖。

對CH14滑坡體測線進行處理，每條測線有多個排列，同時對多個面波進行處理，生成頻散曲線剖面，最終生成等速度剖面，如圖3～圖5。

圖3 橫I測線頻散曲線及等速度

圖4 橫Ⅱ測線頻散曲線及等速度

圖5 縱測線頻散曲線及等速度

5 物探成果的地質解釋

3條測線面波等速度剖面圖中黃土層位波速值Vm小于250m/s，黃土、風化層面波速度Vm在220～400m/s，中、微風化的巖石面波速度Vm在400～1200m/s，滑坡體面波速度Vm小于300m/s，如圖7～圖9。

圖7 滑坡體工程地質橫I剖面

圖8 滑坡體工程地質橫Ⅱ剖面

圖9 滑坡體工程地質縱剖面

根據面波勘探剖面特點，結合滑坡體的特征和現場觀測，推斷滑坡體以黃土滑坡為主。滑坡體的特征是顯而易見的。滑坡體后緣的拉伸裂縫清晰可見，滑體后壁至前緣長260m，寬190m，滑坡體的厚度一般8～17m，局部截面可達18m。在滑坡體前緣的底部，有大小各異的鈣化破碎巖石。滑坡體后墻的原始黃土厚度22m。表明該帶含水性較好，可能是地表水沿上部松散物質滲透富集所致，受大氣降水、地表水補給明顯。

6 結語

（1）通過滑坡時地球物理資料和野外勘察，確定了滑坡體的空間分布特征。為公路建設中的滑坡治理提供了基礎，并消除了安全隱患。

（2）瞬態面波法對滑坡體勘察有效可靠，在今后滑坡體勘察過程中具有參考價值。