吳 東

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

面波勘查技術是20世紀80年代興起的一種新型地質(zhì)勘查技術。隨著近幾年來相關資料解釋理論和電子計算機技術以及設備硬件軟件的不斷發(fā)展完善，在傳統(tǒng)面波勘查技術的基礎上又衍生出了最新型的瞬態(tài)瑞雷面波勘查技術。該技術主要利用了瞬態(tài)瑞雷面波頻散性和傳播性與地質(zhì)力學相關性質(zhì)之間的內(nèi)在關系和聯(lián)動效應，進行工程地質(zhì)勘查。與傳統(tǒng)面波勘探技術相比，瞬態(tài)瑞雷面波地質(zhì)勘查技術對工作場地要求小，使用簡便經(jīng)濟性高且信號能量強，對地層分辨速度快且分辨率極高。目前，瞬態(tài)瑞雷面波技術可以有效解決大量工程地質(zhì)問題，包括：工程地質(zhì)勘查、工程地基壓力測評、地下空間探測、巖土力學參數(shù)測評等，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備對地表進行施工作業(yè)，使作業(yè)點產(chǎn)生一定頻率范圍的瑞雷面波。瑞雷面波會沿地表或者其他傳播介質(zhì)進行大規(guī)模擴散?？睖y人員需要在作業(yè)點附近沿著瞬態(tài)瑞雷面波擴散的方向，按照相同的間距離Y設立N個瑞雷波接收器，從而監(jiān)測瑞雷波在（N-1）Y距離內(nèi)的傳播過程，詳情如圖1。

測量結果出來后，可以進一步計算頻散曲線，設瑞雷波的頻率為f1，其相鄰兩個瑞雷波接收器記錄時間差為△t，相位差為△a，總長度為△X，該長度向內(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：

在測量范圍內(nèi)的平均速度為：

公式中的時間差（△t）需要實際測量確定，通過相應差△a可以通過求取信號來確定，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)律直接反映了當前地質(zhì)條件，通過分析其聯(lián)動關系，就可以解決礦山地質(zhì)問題[3]。

2 瞬態(tài)瑞雷面波技術實際應用方法

2.1 地面設施布置

在實際勘測前，需要設立測量點M，把所有瑞雷波接收器按照相同間隔距離，均勻排放在M點對應兩側，間距離為△X。間距離的確定應該根據(jù)實際礦山地質(zhì)勘查深度確定，深度越大、間距離也應該相應增加。瑞雷波接收器、到間距具體數(shù)值可以利用多次實驗，進行最優(yōu)選。就目前技術而言，間距離最大值需要小于40m，如果距離過長，有可能出現(xiàn)接收不穩(wěn)情況。

2.2 瑞雷波信號接收

接收器和間距離確定后，即可進行瑞雷波信號的生成和接收。信號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系。對于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，同時選取25到100Hz左右的高頻瑞雷波接收器進行信號接收。對于地下30米左右的地質(zhì)情況勘測，需要激發(fā)低頻信號，使用10Hz左右的低頻信號接收器。此外，如果地質(zhì)探測深度小于15米，可以選擇直接落錘或者500毫升左右炸藥量進行瑞雷波激發(fā)。

2.3 信號數(shù)據(jù)分析

瑞雷波信號數(shù)據(jù)采集的精度可以直接影響到礦山地質(zhì)勘探結果的準確性。根據(jù)實驗探究可以得出，對于地質(zhì)淺部測量，瑞雷波接收器的間距離為0.5米左右最優(yōu)，記錄長度為250ms。深層地質(zhì)探測采樣率可以選擇為0.9ms，采樣點數(shù)為256點，記錄長度最好為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，保證信號采集成果。

3 瞬態(tài)瑞雷面波技術應用實例

為了實際檢測瞬態(tài)瑞雷面波勘查技術的應用效果，以山東省蓬萊礦區(qū)為例進行實際勘測檢驗。山東蓬萊礦區(qū)是我國最大的金礦區(qū)之一，位于山東熔巖發(fā)育帶上，地質(zhì)較為復雜。為了探明某礦區(qū)的地質(zhì)情況，進行實際探測。具體實驗參數(shù)如下：信號接收器間距離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 結語

瞬間瑞雷面波地質(zhì)勘查技術的核心點有兩個一是瑞雷波激發(fā)方式的選擇，因為炸藥的危險性、不可控性以及經(jīng)濟性等方面劣勢，現(xiàn)代礦山企業(yè)對瑞雷面波激發(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，從而影響勘測準確率?？偟膩碚f，瑞雷波地質(zhì)勘查技術具有鮮明的適應力強、勘測效果好、圖像分辨率高等特性，具有極強的推廣研究價值。

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

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

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