吳 東

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局三一一地質(zhì)隊(duì)，安徽 安慶 246000）

面波勘查技術(shù)是20世紀(jì)80年代興起的一種新型地質(zhì)勘查技術(shù)。隨著近幾年來相關(guān)資料解釋理論和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)以及設(shè)備硬件軟件的不斷發(fā)展完善，在傳統(tǒng)面波勘查技術(shù)的基礎(chǔ)上又衍生出了最新型的瞬態(tài)瑞雷面波勘查技術(shù)。該技術(shù)主要利用了瞬態(tài)瑞雷面波頻散性和傳播性與地質(zhì)力學(xué)相關(guān)性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系和聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，進(jìn)行工程地質(zhì)勘查。與傳統(tǒng)面波勘探技術(shù)相比，瞬態(tài)瑞雷面波地質(zhì)勘查技術(shù)對(duì)工作場(chǎng)地要求小，使用簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)性高且信號(hào)能量強(qiáng)，對(duì)地層分辨速度快且分辨率極高。目前，瞬態(tài)瑞雷面波技術(shù)可以有效解決大量工程地質(zhì)問題，包括：工程地質(zhì)勘查、工程地基壓力測(cè)評(píng)、地下空間探測(cè)、巖土力學(xué)參數(shù)測(cè)評(píng)等，并取得非常好的效果[1]。

1 瞬態(tài)瑞雷面波離散曲線求取

圖1瑞雷波原理圖

在測(cè)量前，礦山地質(zhì)勘查人員需要先使用炸藥、重錘或者其他落重設(shè)備對(duì)地表進(jìn)行施工作業(yè)，使作業(yè)點(diǎn)產(chǎn)生一定頻率范圍的瑞雷面波。瑞雷面波會(huì)沿地表或者其他傳播介質(zhì)進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)散?？睖y(cè)人員需要在作業(yè)點(diǎn)附近沿著瞬態(tài)瑞雷面波擴(kuò)散的方向，按照相同的間距離Y設(shè)立N個(gè)瑞雷波接收器，從而監(jiān)測(cè)瑞雷波在（N-1）Y距離內(nèi)的傳播過程，詳情如圖1。

測(cè)量結(jié)果出來后，可以進(jìn)一步計(jì)算頻散曲線，設(shè)瑞雷波的頻率為f1，其相鄰兩個(gè)瑞雷波接收器記錄時(shí)間差為△t，相位差為△a，總長(zhǎng)度為△X，該長(zhǎng)度向內(nèi)瑞雷波的傳播速度為Vr；由此可以得出△X內(nèi)瑞雷波的速度：

在測(cè)量范圍內(nèi)的平均速度為：

公式中的時(shí)間差（△t）需要實(shí)際測(cè)量確定，通過相應(yīng)差△a可以通過求取信號(hào)來確定，通過公式（1）和（2）可以求出同一頻率的速度值，也就能確定離散曲線[2]。

從本質(zhì)上來看，瞬態(tài)瑞雷波勘測(cè)法最核心步驟就是獲取不同頻率下的面波向速度，通過其變化幅度，可以反映出不同巖土地質(zhì)的條件特征，而同一頻率的波長(zhǎng)速度變化則可以反映出同一地質(zhì)的水平變化特征。離散曲線的形態(tài)規(guī)律直接反映了當(dāng)前地質(zhì)條件，通過分析其聯(lián)動(dòng)關(guān)系，就可以解決礦山地質(zhì)問題[3]。

2 瞬態(tài)瑞雷面波技術(shù)實(shí)際應(yīng)用方法

2.1 地面設(shè)施布置

在實(shí)際勘測(cè)前，需要設(shè)立測(cè)量點(diǎn)M，把所有瑞雷波接收器按照相同間隔距離，均勻排放在M點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩側(cè)，間距離為△X。間距離的確定應(yīng)該根據(jù)實(shí)際礦山地質(zhì)勘查深度確定，深度越大、間距離也應(yīng)該相應(yīng)增加。瑞雷波接收器、到間距具體數(shù)值可以利用多次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行最優(yōu)選。就目前技術(shù)而言，間距離最大值需要小于40m，如果距離過長(zhǎng)，有可能出現(xiàn)接收不穩(wěn)情況。

2.2 瑞雷波信號(hào)接收

接收器和間距離確定后，即可進(jìn)行瑞雷波信號(hào)的生成和接收。信號(hào)接收效果與瑞雷波生成頻率和瑞雷波接收器頻率有直接關(guān)系。對(duì)于0到5米左右淺層礦山地質(zhì)調(diào)查必須激發(fā)高頻瑞雷波信號(hào)，同時(shí)選取25到100Hz左右的高頻瑞雷波接收器進(jìn)行信號(hào)接收。對(duì)于地下30米左右的地質(zhì)情況勘測(cè)，需要激發(fā)低頻信號(hào)，使用10Hz左右的低頻信號(hào)接收器。此外，如果地質(zhì)探測(cè)深度小于15米，可以選擇直接落錘或者500毫升左右炸藥量進(jìn)行瑞雷波激發(fā)。

2.3 信號(hào)數(shù)據(jù)分析

瑞雷波信號(hào)數(shù)據(jù)采集的精度可以直接影響到礦山地質(zhì)勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究可以得出，對(duì)于地質(zhì)淺部測(cè)量，瑞雷波接收器的間距離為0.5米左右最優(yōu)，記錄長(zhǎng)度為250ms。深層地質(zhì)探測(cè)采樣率可以選擇為0.9ms，采樣點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)，記錄長(zhǎng)度最好為1000ms。瑞雷面波選擇全通濾波，可以有效避免礦山某些特殊地段對(duì)濾波產(chǎn)生的抑制作用，如果發(fā)現(xiàn)瑞雷面波記錄質(zhì)量較差，可以嘗試變化敲擊方法，直到可以采集清晰的濾波信號(hào)，保證信號(hào)采集成果。

3 瞬態(tài)瑞雷面波技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

為了實(shí)際檢測(cè)瞬態(tài)瑞雷面波勘查技術(shù)的應(yīng)用效果，以山東省蓬萊礦區(qū)為例進(jìn)行實(shí)際勘測(cè)檢驗(yàn)。山東蓬萊礦區(qū)是我國(guó)最大的金礦區(qū)之一，位于山東熔巖發(fā)育帶上，地質(zhì)較為復(fù)雜。為了探明某礦區(qū)的地質(zhì)情況，進(jìn)行實(shí)際探測(cè)。具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：信號(hào)接收器間距離15m，偏移距離5m、瑞雷面波由150kg重錘生成，地層上部為基面覆蓋區(qū)。通過勘測(cè)可以確定，礦區(qū)地層從上到下可以劃分為砂土層、卵石層、基巖層、石灰?guī)r層、熔巖層。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 瑞雷面波勘查數(shù)據(jù)表

4 結(jié)語(yǔ)

瞬間瑞雷面波地質(zhì)勘查技術(shù)的核心點(diǎn)有兩個(gè)一是瑞雷波激發(fā)方式的選擇，因?yàn)檎ㄋ幍奈ｋU(xiǎn)性、不可控性以及經(jīng)濟(jì)性等方面劣勢(shì)，現(xiàn)代礦山企業(yè)對(duì)瑞雷面波激發(fā)方式更多選擇的是重錘激發(fā)。其二是瑞雷波接收器的間隔確定，無論間隔過長(zhǎng)還是過短，均有可能造成瑞雷波接收效果不穩(wěn)定，從而影響勘測(cè)準(zhǔn)確率?？偟膩碚f，瑞雷波地質(zhì)勘查技術(shù)具有鮮明的適應(yīng)力強(qiáng)、勘測(cè)效果好、圖像分辨率高等特性，具有極強(qiáng)的推廣研究?jī)r(jià)值。

[1]許新剛,岳建華,李娟娟,等．面波勘查技術(shù)及在滑坡地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用研究[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展,2016,31(3)：1367-1372．

[2]陳實(shí),李延清,張靜,等．淺地表面波和縱波反射勘探方法的技術(shù)要點(diǎn)及進(jìn)展[J]．西部探礦工程,2017,29，58(4)：165-167．

[3]王小明,席超強(qiáng),胡澤安．應(yīng)用面波法在混凝土表面測(cè)試條件下調(diào)查基巖特征[J]．山東工業(yè)技術(shù),2016,19(4)：127-128．