多道瞬态面波法在某高压线路工程地层划分中的应用

2016-12-12韩晓萌岳英民

地下水 2016年6期

关键词：面波基岩波速

韩晓萌，岳英民

(中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西西安 710054)

多道瞬态面波法在某高压线路工程地层划分中的应用

韩晓萌，岳英民

(中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西西安 710054)

山区地形起伏较大，地质条件比较复杂，常规勘探设备不易到达，为更好的解决山区高压线路工程勘察中地层划分问题，可采用多道瞬态面波法，该方法来是近些年新兴的物探勘察方法，其利用面波的频散特性，通过记录不同频率面波的传播速度，来探测不同深度的岩土介质性质，依据实测频散曲线的“Z”字型变化点来划分地岩性变化的分界面，进而划分地层。依据多道瞬态面波法的勘探原理，通过线路工程勘察实例进行野外数据采集，处理及解释，结果显示应用效果良好，能够较为准确的划分地层。

多道瞬态面波；频散曲线；勘察；地层划分

在电力工程勘察中，特别是线路工程勘察，采用传统的钻探方法进行逐基钻探比较困难，特别是地形复杂且地表为覆盖层的山区工程，多数塔位钻探设备无法到达。然而由于覆盖层厚度不均，为更准确的划分各塔腿的土与基岩界面及基岩风化程度，给设计提供可靠的地层参数，我们可以用多道瞬态面波法来解决这一问题，多道瞬态面波法是近些年来新兴的一种物探勘察方法，利用面波的频散特性，通过记录不同频率面波的传播速度，来探测不同深度(距离)的岩土介质性质，依据实测频散曲线的“Z”字型变化点来划分地岩性变化的分界面，进而划分地层，近些年该方法在岩土工程勘察中得到较好的应用。下面以某线路其中一塔位为例来说明面波勘探在覆盖层及基岩划分方面的应用。

1 面波法的勘探原理

面波的能量只分布在地面附近，传播深度约一个波长，面波在均匀介质中传播时无频散性，在非均匀介质中面波波速随频率而变，这就是面波的频散特性。面波在传播过程中，其振幅随深度衰减，同一波长面波的传播特性反映的地质条件在水平方向的变化情况，不同波长面波的传播特性反映不同深度的地质情况。当在地面激发并采集面波后，通过振幅谱分析和处理，分离出不同的频率，获得频散曲线，进而反映不同的地层情况。

瞬态面波在地面上沿面波传播方向以一定的道间距Δx设置N个检波器，就可检测到(N-1)Δx长度范围内波的传播过程。

设面波的频率为fi，相邻两检波器记录的面波到达的时间差为Δt，相位差为Δφ，则相邻道Δx长度内面波传播速度Vr为： Vr=Δx/Δt=2πfiΔx/Δφ

Δt可根据实际需要，根据试验确定，相位差Δφ的求取则通过信号处理分析实现。在同一地段求出一些列频率的Vr值，就可得到一条“Vr-f”曲线，即频散曲线。利用实测的面波频散曲线，通过数据处理，可以得到各地层波的传播速度，在速度和各地层之间建立某种对应关系，达到解决工程问题的目的。

2 工作方法

2.1 数据采集

多道瞬态面波法的野外数据采集系统由数据接收系统(地震仪)、震源、信号接收系统(检波器)3部分组成，如图1所示。

野外数据采集时使用低频面波检波器在震源纵向方向等间距排列，排列长度宜大于预期探测深度，排列线附近地面尽量避免有沟、坎、墙等能产生反射或散射的障碍物。采集时，排列长度要尽可能长一些，这样可以得到深部的资料，使基阶面波与高阶面波易于分辨，若测线长度不够，所拾取的基阶面波的能量不足以抵制其它干扰波的影响，峰值点线易向下方偏移。

采集前需进行试验工作，调查测区干扰波，确定最佳采集参数，当采集参数设定后，激发震源，地震仪会将所接受到的地震波形记录显示在屏幕上，可以通过增益控制键调整波形幅度，观察有无缺道以及干扰的大小等，然后确定记录信号的质量是否合乎要求。有的测区，由于客观条件的限制而无法避开干扰，这时就需要采用多次叠加技术来压制干扰，叠加的次数视具体情况而定。采集时应实时监控波形是否满足需要，评价原始记录是否合格，当确定接收的信号合乎要求后，即可存盘。

2.2 数据处理与解释

瞬态面波法是通过人工震源激发，产生一定频率范围的面波，再通过频谱分析，把记录中不同频率的面波分离出来，然后分别对各频率谐波进行互相关运算，计算出各频率谐波的传播速度，从而得到一条称为“频散曲线”的Vr-f曲线，然后根据Vr-f曲线的结果进行反演计算，求取各岩土层的厚度及波速，最后根据各岩土层的深度及速度绘制出地层波速图。数据处理流程见图1。

本文所采用的仪器型号为DZQ24高分辨地震仪，数据处理软件为骄佳技术公司的Geogiga Seismic Pro7.1地震处理软件。

3 工程实例

本文结合面波勘探法在某线路工程勘察中的应用实例，介绍面波勘探法在地层划分方面的应用情况及效果。

某线路工程其中一塔位位于山梁缓坡处，地貌属低山，交通不便，钻机和静探车均无法进场，为查明该塔位地层，为基础设计提供必要的地层参数，在该塔基范围内开展了瞬态面波勘探工作。据调查，该塔位处主要地层为上覆盖土层及下伏基岩地层，覆盖土层以碎石土、黄土状粉质粘土为主，基岩以灰岩为主。

现场布置剖面1条，剖面上布置测点2个，测点间距20 m，通过现场试验后，采集参数设置如下：采样点数2 048个，采样间隔0.125 ms，道间距1 m，偏移距10 m，24道检波器接收，大锤锤击垫板激发面波，其中测点一反演结果及解译的柱状图如图1所示，通过提取频散曲线、反演等数据处理步骤，得到频散曲线及解释的地质剖面见图2。

图2 频散曲线及解译柱状图

从图1左侧频散曲线(图中虚线为视横波速度)可以看出，0～1.9 m为相对低速层，平均波速为344.6 m，根据现场情况，定为碎石土，1.9～11.0 m，波速由690.8 m/s增至937.8 m/s，该层可推断为强风化灰岩，其中6.0～8.6 m为一低速层，平均波速为580.8 m/s，根据现场调查了解，基岩呈层状分布，局部夹有全风化的破碎带，可推断为该低速层为一破碎带；11.0～23.4 m波速均值增至1 350.2 m/s，该层可判为中等风化基岩，以下为波速均值为1 821 m/s，可推断为微风化灰岩。根据上述分析，该处的地层情况解译如图2右侧柱状图所示。

根据测得的地震数据，经过反演处理后解译的地质剖面图如图3所示。

从图3可以看出，测点1地层推断为碎石土、强风化灰岩层(含破碎带)、中风化灰岩层及微风化灰岩层；测点2地层推断为黄土状粉质粘土、强风化灰岩层(含破碎带)、中风化灰岩层及微风化灰岩层，与现场地层剖面基本吻合。

通过上述案例可知：面波勘探法能够很好的反映土与基岩的分界面，土的波速较低，一般在100～350 m/s之间，强风化、中风化及微风化基岩波速逐渐增大，说明瑞利波速度随风化程度的减弱而升高，根据经验，基岩的横波波速一般大于500 m/s。在线路工程中，可以对钻探工作较困难或无法进行钻探的塔位通过面波勘探法来查找基岩界面，保证勘察质量。