畢丹BI Dan

（中油遼河工程有限公司，盤錦124010）

0 引言

最近幾年，我國在城市建設、交通、資源等方面投入了大量的物力與財力，為工程項目的地質勘測及項目質量檢驗創(chuàng)造了機遇，并且，也向項目地質勘測領域發(fā)起了挑戰(zhàn)。對于面波探測技術來講，其是項目工程地質勘測的一項間接方法，不但具備經濟性好、操作簡單、效率較高等優(yōu)點，同時還能夠把鉆探中的點勘測拓展成線或面的勘測，能夠更加精準、客觀的對地下信息進行了解。所以，其被廣泛應用到各項工程領域中，發(fā)揮重要的價值。[1-5]。本文結合遼河油田礦區(qū)4個場地的瑞雷波實測數據，建立瑞雷波波速值與相關土體標貫擊數的關系模型，反演測試場地剪切波速，探索利用瑞雷波評價場地的方法。利用瑞雷波波速的空間分布規(guī)律，對測試場地進行初步分層，并編制了相應的分析程序。

1 瑞雷波檢測原理

在不均勻介質中傳播的瑞雷波具有一個非常明顯的特性，即頻散，也就是說，在不同頻率介質中，瑞雷波的傳播速度也是不同的，此時，我們就可以利用這項特性對介質內部情況進行相應的探測。利用瑞雷波檢測地質情況的時候，可以采取以下幾項手段：其一，直接利用瑞雷波頻散曲線的特點對地質展開分層處理，之后初步評價地層波速；其二，在同一直線基礎上分析多個測時間，通過追蹤、連接等方法將頻散曲線（vR-H）上的相同特性點描繪到物探剖面上。

1.1 瑞雷波工程勘測原理 在自由界面例如地面上開展縱向激振操作時，都可以在表面形成瑞雷波，同時，瑞雷波存在三個同項目工程質檢相關的重要特性：其一，在分層介質內，瑞雷波具備頻散的特點；其二，瑞雷波波長不相同，地質的穿越深度也不一致；其三，瑞雷波的傳遞速率同介質的物理特性質檢存在密切關聯。通過研究顯示，瑞雷波的能量大約為整體地震波總能量的65%，并且通常聚集在地表下的波長范圍內，其傳播速度就是波長的一半。因此，一般而言均是將瑞雷波檢測深度定義成半個波長。除此之外，波長和頻率、速率間的關系如下，假設瑞雷波的傳遞速率為 Vr，頻率為 fK，則波長為：λr=Vr/fK（1）

如果傳遞速率不改變，則頻率同測試深度成反比例關系。瑞雷波測試方法可以劃分成兩種：其一，瞬時法；其二，穩(wěn)態(tài)法。此二者的分別就在于震源。瞬時法就是指在激振階段產生的一定頻率瑞雷波，通過復波的形式進行傳遞；穩(wěn)態(tài)法就是指在激振階段產生的單一頻率瑞雷波同時持續(xù)以單一的頻率進行傳遞。數據的現場收集應用豎向排列的形式，先進行現場實驗，依據現場的實際情況，選取相應的工作參數，例如：長度、間隔、偏移距離等。

圖1 瑞雷波測試原理

室內資料處理主要是對道間波形進行互相關，

由 R21(f)得 Δφ(f)，用 Vr=2πfΔX/Δφ，對不同頻率瑞雷波進行計算，繪制相應的頻散曲線，結合頻散曲線，對分層深度以及速度展開計算。

1.2 通過頻散曲線進行直接分層 在以瑞雷波速度-頻率為坐標系的瑞雷波頻散曲線上，每一點都表示一個頻率瑞雷波的傳播速度。一般而言，瑞雷波曲線均是一vR為橫坐標，深度為縱坐標，如圖2所示，在曲線中某一點瑞雷波的速度均表示在此點以上地層速度的平均值，所以，曲線隨著深度變化的情況，在某種程度上體現了地層波速變化的情況。進而利用此項特點勘探地層。如圖2所示，將地質鉆探結果和工程實測頻散曲線進行比較，可以了解到圖中左側是實際測量結果，根據拐點進行分層，右側是鉆孔描述的分層情況，這兩種情況非常接近。鉆探的結果超過2.0m的為粉質粘土層。2.0m至7.0m為細砂，松散。7.0m以下為細砂，中密。圖2為工程某一個測點的頻散曲線圖。如果在勘探現場沿著某一個測試剖面進行滾動，按照一定的距離展開多點測試，就可以得到相應的頻散曲線，其中在水平方向之上的一些有規(guī)律的特征點，就可以充分體現測試場區(qū)地層的實際情況，將這些特征點進行一定的連接，就可以形成相應的地層分界面。

圖2 利用頻散曲線的明顯拐點進行分層

1.3 反演分析及繪制地層波速vs曲線圖 在地質較為均勻的基礎上，例如：平原沖擊形成的厚層粘土等，通過瑞雷波的相關公式以及半波長原理，可以對vs值展開一定的估算，進而取得相應的測定結果。但是在進行檢測的時候，一般都會遇到一些層狀的地質。一定要通過反演分析軟件展開模擬，對各個土層的剪切波速vs進行計算。

圖3為縱波、剪切波和瑞利波速度與波松比關系，從圖中可以看出，剪切波速與瑞雷波速基本上呈線性關系，所以通過瑞雷波速評價場地土類型也是可行的。

2 瑞雷波速與標貫擊數之間關系模型研究

近些年來，瑞雷波地基承載力的測試方法在我國得到了廣泛的應用，并且已經成為一種全新的測試方法?，F階段，通過相關實踐測試說明，瑞雷波的標準貫入擊數和剪切波速度之間呈現服從指數關系，即：VS=ANB（5）

式中，N-標準貫入擊數；VS-剪切波速度；A、B-待定系數，針對不同的區(qū)域或者同一區(qū)域的不同土層而言，A、B系數的取值均是不相同的，因此，根據實踐結論規(guī)定了一些經驗公式。通過瑞雷波速度與標準貫入擊數的相關關系。通過對遼河油田礦區(qū)4個典型場地進行測試，回歸分析，獲得了場地粉質粘土、砂土的標貫擊數與瑞雷波速之間的回歸方程。

其相關系數為：R=0.82

其相關系數為：R=0.89

圖5 砂土標貫擊數與VR的擬合曲線

3 結論

對于瑞雷波勘探技術而言，特別是多道瞬態(tài)形式的技術，其已經成為了最近幾年比較新型的一種工程物探技術，主要就是因為其各方面的優(yōu)點深受相關工作人員的喜愛與關注。①瑞雷波的傳播速率和傳播介質動泊松比有著一定的關系，并且和介質剪切波速度也有著一定的關系，能夠良好的將傳播介質的物理學性質反應出來。②通過對遼河油田礦區(qū)4個典型場地的瑞雷波測試，獲得了粉質粘土和砂土的標貫擊數與瑞雷波速之間的關系方程，標貫擊數與瑞雷波速之間表現出良好的相關性。③基于測試結果利用VC++語言編制了遼河油田礦區(qū)共層場地特性瑞雷波評價應用程序。

[1]劉云楨,王振東.瞬態(tài)面波法的數據采集處理系統及其應用實例[J].物探與化探,1996,20(1).

[2]黃嘉正,周鴻秋,關小平.工程地質中瑞利波勘探的理論初探[J].物探與化探,1991,15(4).

[3]建設部.多道瞬態(tài)面波勘察技術規(guī)程(JGJ/T 143-2004)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社.

[4]關小平,黃嘉正,周鴻秋.工程勘探中穩(wěn)態(tài)瑞利波法解釋理論的探討[J].地球物理學報,1993,36(1).

[5]楊成林.瑞利波勘探[M].北京:地質出版社,1993.