地震勘探在岩土工程勘察中的应用

乔得福

（甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730020）

在各类工程项目建设之初，都需要进行岩土工程勘察，以保证后续项目建设的顺利推进。地震勘探技术作为目前岩土工程勘察中使用最多的技术，是一门电磁波、电学等多学科成果组成的技术，在专用仪器的支持下，能实现对地下岩土层的全面有效勘探，从而为后续岩土工程建设提供第一手的真实决策资料[1]。地质勘探技术对保证岩土工程勘察的质量和效率具有特殊作用。本文主要介绍地震勘探技术的概念和应用的领域特点，结合岩土工程勘察的需要，探讨了多种地震勘探技术的应用特点。

1 岩土工程勘察

（1）岩土工程勘察意义。任何工程项目所在地的地质状况和其周围环境都有着非常密切的关系。岩土工程勘察就是要对所在地的地质情况结合周围环境进行情况勘探。这是一项需要投入巨大工作量的细致工作，必须对每一项工作进行详细的记录，并在结束后进行汇总分析，为工程施工提供地质地层情况的决策依据。目前岩土工程勘察工作中，如果只关注所在区域内的地形地貌，单纯对施工场地进行地质勘察，忽视了周边的地质地层情况，就会导致最后的勘查结果不够准确，科学性不足。这也说明岩土工程勘察工作是否全面覆盖周边环境、是否详细真实掌握地质情况非常重要。

（2）岩土工程勘察的主要工作内容。岩土工程勘察的主要工作内容包含三个方面：第一，对工程建设区域的地下水文数据，如地下水的位置、水流波动情况、水质情况等数据进行全面采集，找到工程建设中可能存在的水文方面的安全隐患，避免工程建设时受到影响[2]。第二，对工程作业区域的地质构造情况数据，如地层组成、地层厚度、节理发育情况、溶洞、软土地基等多种情况进行全面采集，针对不同的地质地层情况制定针对性处理措施，以避免地质构造对工程后续建设带来影响。第三，对工程作业区域的气象气候情况数据进行采集，主要有季节温度变化、雨季的周期和持续时间、降雨量等，避免受到气候因素带来的影响。

（3）岩土工程勘察的重要性。岩土工程勘察的重要性主要来源于其采集的各种地质参数的可靠性和准确性。在勘察岩土工程中，如果勘察测点分布不够科学合理，或者分布不够全面，就会导致后续工程建设直接受到影响。比如基础工程设计过于保守，或者是对地层地质条件认识不足，从而安全性设计缺失或者不足等。因此在岩体工程勘察中，必须要针对不同区域的场地条件、地层结构等因素选择最适合的勘探技术来进行勘察，这样不仅能保证勘察水平，还能有效控制勘察成本，以优良的勘查结果为后续的工程设计方案制定和工程功能质量提供最可靠的支持。

2 地震勘探技术

（1）地震勘探技术发展历史。最早的地震勘探技术于1919 年由德国人申请了技术专利，主要应用于石油勘探领域，采用的是地震折射波的原理进行数据采集。之后英国的学者又提出了基于反射波原理的地震勘探方法。但无论是折射波还是反射波，地震勘探技术最主要的特点就是需要人工激发地震波，这被称之为人工激发源。人工激发源包括炸药震源、气枪、可控震源等类型。其中可控震源的地震勘探技术是工业化应用的重要类型。可控震源地震勘探技术诞生于20 世纪的50 年代，并于20 世纪70 年代开始进入工业化应用。可控震源地震勘探技术大规模应用中，主要是采用多台设备组合激发产生可控震源，在利用相关方法采集野外单炮记录。该技术具有安全环保的特点，具体地震勘探中能按照所在区域的地表条件、地层深处地震物质条件等对地质震源的出力大小、扫描时间、相位等参数进行科学调整，有效地提高了地震勘探技术的工作效率，改变了传统的勘查工作方式，因此可控震源地震勘探技术是目前世界上应用最为广泛的地震勘探技术。

（2）地震勘探技术的可控震源系统。可控震源的地震勘探技术依据激发地震波的类型俩分类，主要有纵波、横波和纵横波三种类型，其中纵波可控震源的应用范围最广最为普遍。可控震源系统是一个比较复杂的控制系统，主要是由以下三大部分组成。第一，扫描信号发生器。这是产生扫描信号的发生器，也被称为编码器，是安装在地震仪器车上，主要作用是产生具有一定延续时间的连续震动信号作为向地下传播的激发信号，为区别该信号和炸药作为震源产生的脉冲信号，称这种信号为扫描信号、真参考信号。扫描信号发生器不仅产生信号，还能通过把信号遥控器安装到所有施工的可控震源上，从而让可控震源按照真参考信号一样产生振动，并控制振动的启动时间，利用无线电接收到实时震源的监控数据[3]。第二，可控震源。它是整个系统的主体部分，也是通常说的震源车，它能按照设定的指标产生振动信号，并将设定好产生频率、振动时间的信号向地下传播。震源车本身的组成比较复杂，包括，动力、驱动、振动、辅助等部分组成。而振动系统又是整个部分的核心所在。一般的振动系统是由震动器、震动液压装置、电动控制系统、电动控制箱体等组成。

（3）地震勘探技术的工作流程。地震勘探技术的工作流程主要是包含三个阶段。一是采集野外地震数据资料。在该阶段，地质工作者会利用相关的地质勘探设备和仪器在勘探区域进行相关数据的采集，通过提高采集数据的准确度、真实性，来保证后续数据处理的质量。主要工作是，先按照勘探区域的地区物理特征开展测量设计，就是要确定好测量的测线距离、爆炸点和接收点的位置。之后挖掘一个用来埋炸药的浅井，将一定剂量的炸药放入浅井中，从而产生爆炸震动发出地震波，或者是利用震动车来产生地震波。地震波在不同地层界面反射回来的数据被检波器接收并记录下来。工作人员采集的相关数据包括、排列县局、总覆盖次数等。地震勘探也分为一维、二维、三维勘探。一维勘探只能获得一个点的地震情况；二维勘探能感知一条线之下的地质情况；三维勘探能观测一个区域面积下的地层情况，得到的是地层立体图像。二是地震勘探数据处理。主要是对勘探地区的地形测量数据，采集到的其他原始数据进行处理，从而绘制出所在测区的地形平面图和立体图。三是地震勘探数据解释。解释工作目前主要是利用到计算机处理技术，在电脑上对采集的资料数据进行处理并作出相应的图形图纸。再依据绘制出的图件来进行地层地质解释工作，对探区范围地底下构造、地质发展情况、岩性结构和变化等进行整理，划分出关键地区和部位，写出总结分析报告，为后续岩土工程建设方案提供技术支持。

3 地震勘探技术在岩土工程勘察中的典型应用分析

（1）波速测试地震勘探技术。该技术主要是以波速作为分析岩土工程中地基图的物理性质的主要依据，是目前应用于岩土工程勘察中比较先进的技术。常见的波速测试地震勘探技术有横波技术、压缩波技术等。利用波测试测试的结果，能实现对岩土工程类型的具体分类，能非常准确的反应动剪切刚度、阻尼比等地震参数。在对测试的数据进行分析后，能准确判断岩土工程中是否存在着液化现象，从而判断出地下岩土的生命周期，保证后续的岩土工程现场施工方案划分更加科学合理。波速测试技术的计算中，在固体介质受到外力影响产生固体介质之间的应变时，弹性波就会产生，并从固体介质转移到周围位置。弹性波的组成非常复杂，常见的有表面波和体积波。目前主要采用的是横波速度测试技术应用于岩土工程勘察的浅层勘探中，用来计算出工程动力参数、场地土的承载力等。

（2）地震波层析成像技术。该技术通过利用浅层地震仪器，以地震钻探技术来实现坡面测试工作。在测试过程中，因为很好地隔离了风化层和障碍物带来的影响，有效提高了测试的准确性。但是目前的地震波层析成效技术的坡面测试还是会因为电缆盒子的井深有限而受到局限。也就是说，只要电缆的长度增加，就能实现更深的井深，这样测试坡面的深度就会越来越大，采集到的深层地质构造数据就会越多，就能更加全面地掌握地下的情况，进行科学全面分析研究。地震波层析成像技术还具有成像效果好，图像直观便于直接使用的优点，这些优点让该技术受到岩土工程勘察领域的欢迎，预计在该技术的不断优化和更新后，未来的应用领域和空间会更加广泛。

（3）隧道地震勘察技术。隧道地震勘察技术能实现远距离探测，测试结果的分辨率高，有很强的抗干扰能力，对施工带来的影响较少，因此是目前比较前沿的地震探测方法。该技术的原理是基于深度偏移成像原理，这也是最终成像精度高、预测预报准确度好的主要原因。但是从岩土工程勘察技术应用的过程也发现，该技术存在着一些不足，如还没有建立科学明确的不良地质条件的判断指标，目前采用的专家人工经验方法过于单一，科学性不好。而且该技术还有一个重要不足，无法对和隧道走向处于平行的断裂带、溶洞、饱水带等进行有效探测勘察。在岩土工程的围岩级别、塌方可能性分析上，还有一定的技术差距。该技术要提高应用的范围，必须进一步强化技术操作人员的技能水平，具有丰富的工作经验，才能提高预报的精度和数据翻译的水平。还可以采用多种测试相结合的方法，利用测试结果的相互应证来提高整体的勘探测试精度和准确性。

（4）地质雷达勘察技术。地质雷达勘察技术采用的是电磁波作为发射频率产生的电磁波作为探测介质，是目前比较新型的技术之一，在隧道岩土勘查中取得了很好的应用效果。地质雷达利用天线将电波传输到地下，并利用脉冲电磁波的强弱来反应地下地层结构的变化情况。在将地质雷达和钻探结合起来建立探测模型后，能更大程度地提高地震勘探效果和质量。

在岩土工程勘察中应用地震勘探技术的方法很多，本文结合岩土工程勘察的主要工作内容和地震勘探技术的主要特点，分析了波速测试地震勘探技术、地震波层析成像技术、隧道地震勘察技术、地质雷达勘察技术等应用的特点和不足，探讨了提高地震勘探技术效率和质量的方法。