李奮勇 扈桂讓

(山西省地震局，山西 太原 030002)

0 引言

波速測試技術(shù)為現(xiàn)今勘探技術(shù)的一個重要分支[1,2]。單孔聲波測試法在巖土工程勘察中應(yīng)用最為廣泛，它可以同時測得巖土層的P波(壓縮波)、S波(剪切波)，為場地等級劃分提供直接依據(jù)，結(jié)合土工試驗可以查明其他巖土層的原位信息。

面波勘探作為地震勘探的重要分支，因其在縱向高分辨率的特點在工程勘察和場地劃分領(lǐng)域也有較大應(yīng)用，因其數(shù)據(jù)采集方式較單孔波速測試更便捷、廉價，如果面波波速測試得到結(jié)果與單孔聲波測試結(jié)果一致性高，用面波去代替單孔聲波作原位測試有較大可行性。本文結(jié)合工程實例，對兩種波速測試方法的效果進行對比、分析。強調(diào)用面波代替單孔聲法進行原位測試是大勢所趨。

1 實驗區(qū)概況簡介

本次對比試驗工區(qū)位于山西河津某工廠內(nèi)，場地距離地震活動性較強的韓城斷裂[3]較近，場地內(nèi)部平坦，原為內(nèi)陸湖床，后水位下降形成的濱湖區(qū)陸地。海拔約100 m，地下水位較淺，地層依次為雜填土、素填土、淤泥土、粉質(zhì)粘土、粘土、強風化砂巖、砂巖。場地平整，噪聲小，滿足剪切波測試和面波測試條件。

2 剪切波測試原理

目前工程上波速實測一般采用單孔測試法，即由人工在地表水平方向敲擊木板產(chǎn)生振動(見圖1)，這種振動沿著地層由淺及深傳播開來，并被不同深度的檢波器接收，最終根據(jù)不同深度及剪切波到達時間求取地層剪切波信息。其現(xiàn)場工作方式如圖2所示。

3 面波測試原理

面波是一種特殊的地震波，面波勘探是由人工震源激發(fā)，在地層中形成一種擾動，這種擾動沿一定方向在地下半空間中由遠及近傳播，在傳播的過程中被檢波器接收，最終基于面波的頻散特性(不同頻率面波具有不同波速)將不同頻率面波分離并繪制成頻散曲線，最終根據(jù)頻散曲線特點去反演，得出地層由淺及深的波速信息。

4 現(xiàn)場工作方式和數(shù)據(jù)采集

4.1 剪切波現(xiàn)場測試

本次剪切波測試采用的12磅鐵錘，2 m×0.3 m×0.1 m的木板，累加不低于400 kg重物，現(xiàn)場測試孔口震源距1.5 m，震源孔口高差0 m，鉆孔深度40 m，測試深度38 m，測試移距1 m，采用正反剪同時采集方式。

現(xiàn)場工作圖見圖3。

4.2 面波現(xiàn)場測試方法及數(shù)據(jù)采集

本次面波采用的18道檢波器，2 m道間距，偏移距8 m，24磅大錘激發(fā)，墊板尺寸20 cm×20 cm×2 cm。

現(xiàn)場工作圖見圖4。

5 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果對比分析

5.1 實測剪切波數(shù)據(jù)

將采集到的剪切波數(shù)據(jù)導入相關(guān)分析軟件，得到波速隨深部變化曲線圖。

5.2 面波數(shù)據(jù)處理

面波數(shù)據(jù)處理相較剪切波復雜很多，數(shù)據(jù)處理流程一般為：導入數(shù)據(jù)、預處理(排列參數(shù)校正、干擾波切除、濾波、歸一化等)、頻散曲線提取、建立反演模型、反演、成果導出。

5.3 測試結(jié)果對比與分析

為了驗證上文中兩種方法的測試效果，將鉆孔資料與兩種測試結(jié)果進行對比，其對比結(jié)果見圖5，圖6。

6 結(jié)論及建議

由上文中剪切波和面波的測試結(jié)果可知，以上兩種方法的波速測試結(jié)果很相近，剪切波測試得到的結(jié)果分層層厚更精細，波速更精準，但是受場地或其他噪聲干擾容易在局部波形上出現(xiàn)較大誤差；面波測試結(jié)果與剪切波基本一致，但是在層厚反演上受道間距的影響較剪切波大，但是整體波速穩(wěn)定，不會出現(xiàn)不規(guī)則的大跳躍。

因而在場地劃分領(lǐng)域因不需要精確知道每1 m層厚的波速值，可以用面波測試代替剪切波，但是在巖土層原位測試或者其他要求縱向分辨率高、波速精確的領(lǐng)域面波不宜取代剪切波測試。