韓曉萌，岳英民

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710054)

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多道瞬態(tài)面波法在某高壓線路工程地層劃分中的應(yīng)用

韓曉萌，岳英民

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710054)

山區(qū)地形起伏較大，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，常規(guī)勘探設(shè)備不易到達(dá)，為更好的解決山區(qū)高壓線路工程勘察中地層劃分問(wèn)題，可采用多道瞬態(tài)面波法，該方法來(lái)是近些年新興的物探勘察方法，其利用面波的頻散特性，通過(guò)記錄不同頻率面波的傳播速度，來(lái)探測(cè)不同深度的巖土介質(zhì)性質(zhì)，依據(jù)實(shí)測(cè)頻散曲線的“Z”字型變化點(diǎn)來(lái)劃分地巖性變化的分界面，進(jìn)而劃分地層。依據(jù)多道瞬態(tài)面波法的勘探原理，通過(guò)線路工程勘察實(shí)例進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，處理及解釋，結(jié)果顯示應(yīng)用效果良好，能夠較為準(zhǔn)確的劃分地層。

多道瞬態(tài)面波；頻散曲線；勘察；地層劃分

在電力工程勘察中，特別是線路工程勘察，采用傳統(tǒng)的鉆探方法進(jìn)行逐基鉆探比較困難，特別是地形復(fù)雜且地表為覆蓋層的山區(qū)工程，多數(shù)塔位鉆探設(shè)備無(wú)法到達(dá)。然而由于覆蓋層厚度不均，為更準(zhǔn)確的劃分各塔腿的土與基巖界面及基巖風(fēng)化程度，給設(shè)計(jì)提供可靠的地層參數(shù)，我們可以用多道瞬態(tài)面波法來(lái)解決這一問(wèn)題，多道瞬態(tài)面波法是近些年來(lái)新興的一種物探勘察方法，利用面波的頻散特性，通過(guò)記錄不同頻率面波的傳播速度，來(lái)探測(cè)不同深度(距離)的巖土介質(zhì)性質(zhì)，依據(jù)實(shí)測(cè)頻散曲線的“Z”字型變化點(diǎn)來(lái)劃分地巖性變化的分界面，進(jìn)而劃分地層，近些年該方法在巖土工程勘察中得到較好的應(yīng)用。下面以某線路其中一塔位為例來(lái)說(shuō)明面波勘探在覆蓋層及基巖劃分方面的應(yīng)用。

1 面波法的勘探原理

面波的能量只分布在地面附近，傳播深度約一個(gè)波長(zhǎng)，面波在均勻介質(zhì)中傳播時(shí)無(wú)頻散性，在非均勻介質(zhì)中面波波速隨頻率而變，這就是面波的頻散特性。面波在傳播過(guò)程中，其振幅隨深度衰減，同一波長(zhǎng)面波的傳播特性反映的地質(zhì)條件在水平方向的變化情況，不同波長(zhǎng)面波的傳播特性反映不同深度的地質(zhì)情況。當(dāng)在地面激發(fā)并采集面波后，通過(guò)振幅譜分析和處理，分離出不同的頻率，獲得頻散曲線，進(jìn)而反映不同的地層情況。

瞬態(tài)面波在地面上沿面波傳播方向以一定的道間距Δx設(shè)置N個(gè)檢波器，就可檢測(cè)到(N-1)Δx長(zhǎng)度范圍內(nèi)波的傳播過(guò)程。

設(shè)面波的頻率為fi，相鄰兩檢波器記錄的面波到達(dá)的時(shí)間差為Δt，相位差為Δφ，則相鄰道Δx長(zhǎng)度內(nèi)面波傳播速度Vr為： Vr=Δx/Δt=2πfiΔx/Δφ

Δt可根據(jù)實(shí)際需要，根據(jù)試驗(yàn)確定，相位差Δφ的求取則通過(guò)信號(hào)處理分析實(shí)現(xiàn)。在同一地段求出一些列頻率的Vr值，就可得到一條“Vr-f”曲線，即頻散曲線。利用實(shí)測(cè)的面波頻散曲線，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，可以得到各地層波的傳播速度，在速度和各地層之間建立某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，達(dá)到解決工程問(wèn)題的目的。

2 工作方法

2.1 數(shù)據(jù)采集

多道瞬態(tài)面波法的野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)(地震儀)、震源、信號(hào)接收系統(tǒng)(檢波器)3部分組成，如圖1所示。

野外數(shù)據(jù)采集時(shí)使用低頻面波檢波器在震源縱向方向等間距排列，排列長(zhǎng)度宜大于預(yù)期探測(cè)深度，排列線附近地面盡量避免有溝、坎、墻等能產(chǎn)生反射或散射的障礙物。采集時(shí)，排列長(zhǎng)度要盡可能長(zhǎng)一些，這樣可以得到深部的資料，使基階面波與高階面波易于分辨，若測(cè)線長(zhǎng)度不夠，所拾取的基階面波的能量不足以抵制其它干擾波的影響，峰值點(diǎn)線易向下方偏移。

采集前需進(jìn)行試驗(yàn)工作，調(diào)查測(cè)區(qū)干擾波，確定最佳采集參數(shù)，當(dāng)采集參數(shù)設(shè)定后，激發(fā)震源，地震儀會(huì)將所接受到的地震波形記錄顯示在屏幕上，可以通過(guò)增益控制鍵調(diào)整波形幅度，觀察有無(wú)缺道以及干擾的大小等，然后確定記錄信號(hào)的質(zhì)量是否合乎要求。有的測(cè)區(qū)，由于客觀條件的限制而無(wú)法避開(kāi)干擾，這時(shí)就需要采用多次疊加技術(shù)來(lái)壓制干擾，疊加的次數(shù)視具體情況而定。采集時(shí)應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控波形是否滿足需要，評(píng)價(jià)原始記錄是否合格，當(dāng)確定接收的信號(hào)合乎要求后，即可存盤(pán)。

2.2 數(shù)據(jù)處理與解釋

瞬態(tài)面波法是通過(guò)人工震源激發(fā)，產(chǎn)生一定頻率范圍的面波，再通過(guò)頻譜分析，把記錄中不同頻率的面波分離出來(lái)，然后分別對(duì)各頻率諧波進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，計(jì)算出各頻率諧波的傳播速度，從而得到一條稱為“頻散曲線”的Vr-f曲線，然后根據(jù)Vr-f曲線的結(jié)果進(jìn)行反演計(jì)算，求取各巖土層的厚度及波速，最后根據(jù)各巖土層的深度及速度繪制出地層波速圖。數(shù)據(jù)處理流程見(jiàn)圖1。

本文所采用的儀器型號(hào)為DZQ24高分辨地震儀，數(shù)據(jù)處理軟件為驕佳技術(shù)公司的Geogiga Seismic Pro7.1地震處理軟件。

3 工程實(shí)例

本文結(jié)合面波勘探法在某線路工程勘察中的應(yīng)用實(shí)例，介紹面波勘探法在地層劃分方面的應(yīng)用情況及效果。

某線路工程其中一塔位位于山梁緩坡處，地貌屬低山，交通不便，鉆機(jī)和靜探車均無(wú)法進(jìn)場(chǎng)，為查明該塔位地層，為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供必要的地層參數(shù)，在該塔基范圍內(nèi)開(kāi)展了瞬態(tài)面波勘探工作。據(jù)調(diào)查，該塔位處主要地層為上覆蓋土層及下伏基巖地層，覆蓋土層以碎石土、黃土狀粉質(zhì)粘土為主，基巖以灰?guī)r為主。

現(xiàn)場(chǎng)布置剖面1條，剖面上布置測(cè)點(diǎn)2個(gè)，測(cè)點(diǎn)間距20 m，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后，采集參數(shù)設(shè)置如下：采樣點(diǎn)數(shù)2 048個(gè)，采樣間隔0.125 ms，道間距1 m，偏移距10 m，24道檢波器接收，大錘錘擊墊板激發(fā)面波，其中測(cè)點(diǎn)一反演結(jié)果及解譯的柱狀圖如圖1所示，通過(guò)提取頻散曲線、反演等數(shù)據(jù)處理步驟，得到頻散曲線及解釋的地質(zhì)剖面見(jiàn)圖2。

圖2 頻散曲線及解譯柱狀圖

從圖1左側(cè)頻散曲線(圖中虛線為視橫波速度)可以看出，0～1.9 m為相對(duì)低速層，平均波速為344.6 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，定為碎石土，1.9～11.0 m，波速由690.8 m/s增至937.8 m/s，該層可推斷為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，其中6.0～8.6 m為一低速層，平均波速為580.8 m/s，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解，基巖呈層狀分布，局部夾有全風(fēng)化的破碎帶，可推斷為該低速層為一破碎帶；11.0～23.4 m波速均值增至1 350.2 m/s，該層可判為中等風(fēng)化基巖，以下為波速均值為1 821 m/s，可推斷為微風(fēng)化灰?guī)r。根據(jù)上述分析，該處的地層情況解譯如圖2右側(cè)柱狀圖所示。

根據(jù)測(cè)得的地震數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)反演處理后解譯的地質(zhì)剖面圖如圖3所示。

從圖3可以看出，測(cè)點(diǎn)1地層推斷為碎石土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層(含破碎帶)、中風(fēng)化灰?guī)r層及微風(fēng)化灰?guī)r層；測(cè)點(diǎn)2地層推斷為黃土狀粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層(含破碎帶)、中風(fēng)化灰?guī)r層及微風(fēng)化灰?guī)r層，與現(xiàn)場(chǎng)地層剖面基本吻合。

通過(guò)上述案例可知：面波勘探法能夠很好的反映土與基巖的分界面，土的波速較低，一般在100～350 m/s之間，強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化及微風(fēng)化基巖波速逐漸增大，說(shuō)明瑞利波速度隨風(fēng)化程度的減弱而升高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，基巖的橫波波速一般大于500 m/s。在線路工程中，可以對(duì)鉆探工作較困難或無(wú)法進(jìn)行鉆探的塔位通過(guò)面波勘探法來(lái)查找基巖界面，保證勘察質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述工程實(shí)例可以看出，多道瞬態(tài)面波法在地層劃分方面應(yīng)用效果良好，利用實(shí)測(cè)的頻散曲線，通過(guò)數(shù)據(jù)處理及解釋，可以得到覆蓋層及基巖風(fēng)化的厚度及波速，波速的大小直接反映了地層的“軟、硬”程度。該方法用于劃分地層方面具有設(shè)備輕便、方法簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)點(diǎn)，尤其在鉆探設(shè)備不能進(jìn)場(chǎng)的地形復(fù)雜地區(qū)優(yōu)勢(shì)明顯。

雖然該方法應(yīng)用廣泛，但也存在一些問(wèn)題，尤其是在進(jìn)行成果解釋時(shí)，應(yīng)考慮其多解性，區(qū)分有用與干擾信息，必要時(shí)需采用多種方法聯(lián)合探測(cè)，進(jìn)行綜合解釋，同時(shí)盡可能多的收集測(cè)區(qū)的地質(zhì)資料及鉆探資料，以充分了解測(cè)區(qū)的地層及分布特征，減小或克服人為因素。

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1004-1184(2016)06-0085-02

2016-05-23

韓曉萌(1983-)，男，山東青州人，工程師，主要從事巖土工程勘察方面的工作。