波速综合测试技术的应用

冯 伟

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

0 引言

近几年来越来越多运用弹性波、电磁波理论等工程物探方法配合传统的钻探为岩土工程勘察服务已成为一种趋势。波速测试是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技术的一个重要分支。弹性波在地层介质中的传播，可分为体波和面波，体波又可分为压缩波和剪切波。它们在地层介质中传播的特征和速度各不相同，由此，可以在时域波形中加以区别。利用面波测试方法可连续加密测点，来获得连续的地质界面，并配合钻探和剪切波测试可以有效的解决传统钻探方法以点带面划分地质界面时带来的漏判、划分不准确等问题，并可以提供工程建设所需的设计地震动参数等多项岩土动力学参数。

波速测试和钻探相结合的综合勘察技术方法能够起到互相补充、互相验证的作用，可为后续的工程设计提供更加准确的数据基础。

1 项目概况

本次为集运站槽仓至装车站斜坡场地的勘察，设计利用斜坡坡度和自然高差将煤从槽仓通过皮带传送至装车站。主要查明地层结构、成因类型，为设计提供可靠的岩土工程资料，并对建筑地段的稳定性做出评价。

勘察场地地层上部为素填土，下部为第四系全新统风积沙，底部为侏罗系中统的砂岩、泥岩互层。钻探设备到达不了的斜坡地段根据现场调查和人工钎探进行推测。本次勘察斜坡地带未见地下水。

2 物探测试

2.1 方法及原理

1)剪切波测试。

采用人工击振单孔检层法，在已完成钻孔中进行，仪器选用武汉中岩科技有限公司生产的RSM-24FD浮点工程动测仪器和JBT-Ⅱ型井下三分向探头。该仪器采用高信噪比电路设计，采样间隔范围大，多核16位A/D速度快，精度高。在本次实测过程中，仪器主要技术指标和工作参数为:孔口震源距为1.5 m，测点间距为1 m，动态范围100 dB，采样间隔200 μs，采样长度1 024，采样分辨率24位A/D，信号分辨率16 bit，噪声水平不大于20 μV。

2)面波测试。

由于地层的时代不同，成因不同，地层的风化程度不同，存在波速及密度差异，地震勘探会得到覆盖层底、风化壳等波阻抗信息。从物性前提讲，勘探区具有良好的地震勘探的地震地质条件。

为提高本次工程物探的精度及有效性，在物探工作之前，根据场区的具体条件，进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对比试验。由于该场区波阻抗界面埋深较浅，地面高差大，现场干扰大，对反射地震勘探的资料解释影响很大，放弃了反射地震勘探方法。经过认真分析研究对比试验，折射波地震勘探方法对岩土分层也不甚理想。最终采用对岩土分层较理想的面波地震勘探方法。

试验仪器采用GeoPenSE2404D型瞬时浮点高分辨率综合数字地震仪。测试方法采用落重激振瞬态法，震源采用24磅锤击震源。仪器主要技术指标和工作参数为：地震勘探道距1.0 m，24通道标准仪器接收；仪器的记录长度设置为1 024～2 048样点，采样间隔0.5 ms～0.2 ms，动态范围大于120 dB，瞬时浮点放点，信号分辨率20 bit。

2.2 测试方案

本场地槽仓至装车站之间斜坡段距离约600 m，以设计提供的1∶ 500地形图及现场测放的钻孔位置为依据，采用测绳测量各地球物理勘探点。布置了三条面波测试剖面，每条剖面10个测试点，共计30个面波测试点。在测试点位于斜坡位置布置钻探孔4个，并在每个钻孔处进行剪切波速测试，在斜坡处面波测试点位进行人工钎探。

3 数据对比分析

本次采用面波地震勘探查明了覆盖层厚度、基岩埋深和基岩风化层厚度。对野外采集到的面波地震勘探资料，经过数据处理及综合解释，与剪切波测试结果和钻探、钎探地层对比分析，建立了物探试验波速与岩土层界面的对应关系，提高了勘察资料的准确性和可靠性。表1列出了根据勘探分层结果进行的物探数据统计情况。

表1 勘探和物探结果分层统计表

根据统计分析结果可以得出，因素填土的密实程度不同导致波速值发生很大变化，密实度增大，波速增高，密实度减小，波速相应降低；因场地上部砂层处于冻结状态，冻结程度不同其波速值有所变化，冻结程度越高，波速越高，冻结层的砂层波速比未冻结波速高出很多。根据岩体的风化程度不同，岩体风化程度越深，波速越低。

4 结语

本文通过对传统的勘察方法进行扩展，利用波速测试方法结合钻探结果查明了斜坡段场地的岩土界线和冻结层厚度。通过不同方法的数据对比可以建立良好的相互关系，对于探索工程勘察中较复杂地段的方法研究提供了参考。波速测试方法还有很多不同类型的综合应用，在勘察、设计、施工中都能起到很大的作用，需要我们进一步去发掘，为工程建设提供更大的帮助。