微动勘探技术在岩土工程勘察中的应用

郭利君

（广东邦鑫数据科技股份有限公司，广东 广州 510250）

微动勘探技术是对微动信息地表介质相关的波面信息进行勘探过程。微动是一种波体和面波组成的复杂振动现象，是地球表面非地震情况下发生的随机振动，由于振动幅度小，振动周期短所以称之为微动。而微动信号根据周期频率分为近距离人为振动信号和自然现象振动信号，周期＜0.5的短周期判断为人为振动，像风、海浪等气候变化引起的振动周期＞0.5可判定为自然现象振动。微动信号会随着时空改变来变化自身的形态和振幅，在时间和空间上有平稳统计性。微动中面波信息占总能能量的一大部分，与地表介质紧密相关，也是微动勘探技术不可替代的重要部分。

1 微动勘探技术

在微动数据中进行频散曲线提取主要方法有两种，其一，SPAC 法即空间自相关法，该方法以圆心点为接收点，其他接收点位于圆台周围；其二，PK法即频率波数法，此方法适用与任何形状的台阵。

2 工作方法

建筑岩土在勘测过程中，资料处理时采用单点观测，对资料的解释、分析以及处理等工作需采用剖面处理。野外工作方法也是采用单点观测，唯一不同的野外工作采用单点观测是需要按间距沿剖面进行。用于微动勘探工作的仪器，每台之间使用无线进行连接，且有较高的一致性，每次单点采集观测 时长约为12min-20min，通过卫星定位实现各仪器间的信号同步。在微动勘探技术中单点观测台阵由6台工作仪器组成，将S1放置在圆心，S1与圆周间距大约为1.5-3.0（单位：米），该数值用R表示，而S2-S6放置在同一圆周上且均匀分散安排。为了控制微动观测时的探测盲区，需保证R值范围不变大，这种情况下只能采用嵌套圆形观测系统，不建议使用直线型和L性观测系统。

3 微动数据处理

为有效提高微动勘探的精确度，在勘察过程中需充分利用各项微动数据，并对其参数属性进行处理。详细步骤如图1所示。

图1 微动勘探数据处理步骤

4 微型勘探技术在建筑岩土勘察中的应用

4.1 建筑场地的判定

根据《建筑抗震设计规范》以地层横波速度为基础对建筑场地进行判定。在实际勘察过程中，为获得准确的横波结构，可将微动资料进行反演。全文根据微动资料对波速测试的方法主要分为以下几种：①利用微动相速度曲线进行反演；②利用H/V曲线进行反演;③利用微动曲线和H/V进行联合反演[1]。其中①是最普遍的反演算法，②③还处于试验阶段[2]。对波速测试的算法一般采用最小二乘法，也可采用模拟退火法和遗传算法[3]。在勘察工程方面过程中，利用微动信号对某建筑工地进行处理所得到的分布图，如图2所示，蓝色线为相速度频散曲线。

图2 频率－ 慢度密度分布图及频率－ 慢度曲线

图3 左边图为采用模拟退火法反演得到横、纵波模型，右边图为各模型误差分布，红线对应最优反演模型[4]。当地层结构确定情况下，在钻探孔位置布置波速测点，较大范围德 对地层结构的横波速度采用遗传算法或模拟退火法进行曲线反演，不会因为初始模型问题导致最优模型漏掉。

图3 孔面波反演成果图( 模拟退火法)

4.2 岩土地层分层

岩土地层的不同，参照辅助图件的侧重点也不同，微动勘探技术是以深度Vx等值线图作为基础对地层进行划分的。地质测绘、钻探、井探等相关资料都是以能量谱、频率H/V、频率相速度等值线图进行综合解释。为了能够提高微动资料的解释的准确度和精准度，可对场地各土层特征进行分析，通过对这些土层曲线特征的分析证实勘察中钻孔与微动对比点是需要有一定的比例的。在微动勘察过冲中，某些地质条件下，波面的传播会发生异常，这是可以直接在Vx剖面图中看到的。对于这种高阶面波成分的发生，主要原因是由于层位中不均匀引起的，容易发生这种面波情况的地质可分为以下3种：①黏土中含有碎石；②岩石中有较厚的砂土被风化；③土中有较厚的淤泥，鉴于这种情况的存在，在对地层进行分层是应重点关注，识别。

4.3 风化残留体探测

岩浆地区球状风化一种常见的地质现象，由于该地质现象在勘探过程中不易被发现，所以在工程施工中很容易因为未及时发现该现象导致工程设计出现误差、施工困难、结构失稳等问题，情况严重时还会误导勘察结果，这样会对工程及建筑物造成严重威胁，主要由以下体现在断桩、钻孔条件难判定以及建筑物发生裂缝等。所以在利用微动勘探技术对岩土分层进行勘察时，还需对风化残留物进行探测，侧重分析。在微动属性参数中，风化残留物对相速度、自相关系树以及H/V值都是有直接关系的，如果风化残留物为高速异常则在频率相速度等值图中；在H/V比值线图中，该残留物表现为多峰异常且凸起；在频率自相关系数等值图中，该残留物表现为高值异常。

5 结语

近几年科学技术的不断发展，微动勘探技术被熟练的运用至建筑工程勘察中，对建筑场地的进行勘测，由于建筑场地可能存在场地小，要求精度高等特点，对野外观测方式和对勘测资料的处理提供了完美的解决方案。为了更有效的提高勘测资料的解释精度和准确度，可采用微动多参数属性对地层划分进行综合分析。文章叙述了建筑场地的风化残留物、地层划分和类别区分等。随着微动勘探技术的广泛应用研究发现，对塌陷区、采空区和岩溶探测都可以利用微动多参数属性解释，微动勘探技术也充分发挥了自身优势，证明该技术在勘察中的重要作用，是勘察中必不可少的有效勘探手段。