浅析复杂地质条件下的面波探测技术应用

杨强强 刘松

摘要：我国幅员辽阔，地质复杂，如何在众多的复杂环境、深厚覆盖层条件下，使用面波探测技术，是我们需要有效解决的问题。本篇文章阐述了面波探测技术的有关内容以及现状，探索了面波探测技术在铁帽覆盖区、粘土覆盖区、工程探测中的应用，通过对这些应用实例的分析，以期提升面波探测技术在复杂地质环境中应用的能力。

关键词：地质;覆盖层;面波探测;应用

前言：

随着经济的快速发展，我国各项资源和工程不断开发并深入，天然的优良地基正在逐渐减少，所以需要我们在复杂的地质条件下开发资源和建设工程，然而复杂的地质会影响到资源的开发和工程的选址及安全，而面波探测技术是在这种情况下最佳的探测技术，能在最大程度上探测出工程地质的情况，降低前期勘察选址的成本。

一、面波探测技术的概述

我国工程地质勘察比较常用的探测方法有直流电阻率法、大地电磁法、地震折射法以及面波法。相比较其他几种探测方法，面波探测法以其快速、经济、易激发和场地影响较小等优势，成为工程地质勘察中最常用的工程物探技术。面波法主要有两大分支，分别是被动源面波法及主动源面波法。被动源面波法的探测深度比较深，但是探测采集信息的时间过长，探测效率较低;主动源面波法易被震源影响，探测深度较浅。这两种探测方法都有利有弊，近些年来才出现了结合二者优点的面波探测技术，即场源补偿情况下的面波探测技术。场源补偿后的天然源面波有效信号更为丰富，频散谱逐渐收敛，连续性更好。

二、面波探测技术的现状

面波探测技术得到广泛的应用，主要是它具有以下几个优点：面波探测技术更加方便、效率较高、准确度较高，在同一种介质中，相比其他类型的弹性波传播速度小，具有更高的分辨能力;面波探测技术的设备比较轻便，而且操作简单，操作速度快，可以在现场实时处理信息，效率很高;面波探测技术可以对复合地基检测并根据地基承载力的经验公式，计算出的地基承载力与静载荷实验结果符合。面波技术在得到大力推广和应用的同时，在实际工作中也存在着甚多问题需要研究解决：面波探测法的震源问题，震源频率和相互碰撞材料的硬度有关，与碰撞的速度、碰撞物的质量和碰撞接触面积也有关，也就是说震源的频率和能量能够影响到面波采集的质量;复杂面波的识别和提取问题，面波数据处理过程中，应如何识别并提取面波、体波及其他各种干扰波;面波频散曲线的正反演问题，面对边界条件复杂的探测环境，对这方面的研究较少，不能满足实际工作的需要。

三、在铁帽覆盖区的应用

如在铁帽覆盖区选择水利工程坝址区，铁帽覆盖区一般下层基岩为辉绿岩，上覆地层是非均匀介质的第四系松散层，由红褐色细砂、粉质粘土和磨圆度高的岩石及贴角砾岩细砾组成，两岸的山坡顶部地表会有一层铁帽层。铁帽覆盖区域有导电性差、波速高等特点，相当于一个高阻屏蔽体，相关电流会被阻挡，无法向下传播。为了消除高阻屏蔽，可以采用面波探测法进行探测，面波探测技术的探测深度较低，天然源面波的对工作效率和现场工作场地需求要求较高，在常规拟线性排列获取波速的精准度上又存在一定的缺陷，所以需要人工场源补偿面波探测。在场源补偿情况下，面波探测有效深度增加，面波速也随之增大，能有效提高探测的精准度和工作效率，提高探测深度。

四、在粘土覆盖区的应用

粘土覆盖区，覆盖层主要是碎石土、壤土以及粘土，下伏基岩是石灰岩，覆盖区域内有岩溶通道和断层构造的存在。粘土覆盖层和溶洞、断层破碎由于密度较低，含水率较高，会出现低波速及低阻的特点，完整基岩则是相对高波速和高电阻率。在粘土覆盖区应用面波探测技术，场源补偿的情况下，有效探测深度不及大地电磁探测，覆盖层和下伏基岩之间，溶洞、断层的区域和完整基岩之间的波速也存在很大差异，根据这个特点可以分辨出覆盖层厚度和下伏基岩存在的岩溶通道以及断层分布。根据面波速度的变化，可以探测出覆盖层和下伏基岩和交界面，探测深度和两端存在的钻孔深度相同;还能够反映出岩溶通道，这种横向的分辨能力要高于其他探测方法;也能够在探测深度范围内反映一定较深部分的断层，且结果较为准确。

五、在工程探测中的应用

面波探测技术在众多条件下都能得到广泛的应用，如工程探测中的应用。工程建设场地逐渐复杂，施工难度逐渐提高，岩土工程的施工对地下层位的厚度、横波速度、物理学参数等都有了更高的要求，面波探测技术受到干扰小、成像精度更高的优点，使它在工程探测中脱颖而出。面波探测技术探测到的横波速度与地下介质的密度和松散程度有关系，所以在划分地层上有着较好的分辨能力，尤其是寻找基岩面或是密实度差异较大的土层。相比较于其他探测方法，面波探测能够有效解决速度倒转、薄层等问题，还能找到软弱夹层和硬层，在划分土层方面，面波探测技术优势很大。

六、面波探测技术的应用

除了上述提到的应用领域之外，面波探测技术在这些方面也得到了应用。如空洞探测，在面波的探测范围内有地下空洞和掩埋物体时，面波得到的频散曲线会呈现异常，根据曲线异常的大小还能判断空洞的深度和大小范围。地质灾害探测，比如探测滑坡，瞬态面波法能确定滑坡体的软弱带、滑动面和不同的深度等，可以提供治理滑坡的参考资料。除此之外，面波探测的应用领域还有地下管线探测、地壳深层结构探测、场地土类别划分、岩石物理力学参数原位测试等。随着研究人员对面波探测技术仪器和处理方法的优化，面波在其他方面的应用也会更加广泛。

结语：

综上所述，我国地质情况复杂，在探测过程中，虽然也可以运用其他的探測方式，但是其能力会受到较大的制约和局限，导致探测效果不佳，对工程建设造成影响。面波探测技术的各项优势本就适合用于复杂环境的探测，而采用场源补偿情况下的面波探测技术，能解决更大范围内的地质问题，可以有效避免传统瞬态面波会陷入的高速屏蔽，获取更加丰富的地层信息。

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