高密度地震映像技术在工程勘察中的应用

杨春利，王　宁

（1.河北建设勘察研究院有限公司，河北石家庄050031；2.河北省地震局，河北石家庄050021）

高密度地震映像技术在工程勘察中的应用

杨春利*1，王宁2

（1.河北建设勘察研究院有限公司，河北石家庄050031；2.河北省地震局，河北石家庄050021）

粤东某岩土工程勘察项目的场地地基勘察是该项目施工的重要环节，在多种物探技术方法中，经试验选用高密度地震映像法进行勘探。利用对地震映像资料的分析解译基岩顶板的埋深及起伏，对场地孤石进行解释，最后结合验证钻孔资料进行验证，吻合性较好，为场地地基勘察提供了有利依据，也表明高密度地震映像法在工程勘察中有广泛的应用前景。

地质概况；物探判译；高密度地震映像；工程勘察

1　概述

随着我国经济建设的蓬勃发展，各类工业与民用建筑拔地而起，与此同时，建筑质量事故也时有发生。高密度地震映像勘探法作为工程勘察的一种重要手段，可有效查明场地不良地质作用的类型、成因、分布、规模、发展趋势和危害程度，并对场地的稳定性作出评价，防患于未然，避免因地基缺陷造成建筑物的破坏和重大安全事故的发生［1］。

2　勘察区地形与地质概况

2.1地形、地貌

本次勘察拟建场地位于广东省揭阳市惠来县神泉镇以东约8km、前詹镇以西约5km的芦园、沟疏村南部，沟疏哨所西侧。为海蚀平原，原始地貌为低矮的侵蚀残丘、台地和凹地组成，残丘海拔十几到二十几米。场地内地势较低，地形除残丘外起伏不大，总体上北高南低，东西两侧较多花岗岩巉岩。目前场地已整平，勘察范围高程为8.130～11.540m。

2.2地质概况

本地区的构造体系主要有3个：①东西向构造体系：该体系横跨全区，为高要—惠来东西向构造带东段，由里坑、蜈蚣山等5条压性断裂组成。②早期新华夏体系：该体系是本地区的主要构造体系，分梅陇、陆丰、惠城3个构造带。构造以走向北东40°～60°斜列式扭压断裂，强大的挤压破碎带为主，兼有褶皱。③新构造运动体系：系晚第三纪以来的地壳运动，主要运动形式有区域性地壳升降运动和断块与断裂运动2种［2］。

根据钻探揭露，勘察区地层主要为第四系残坡积层、淤积层及燕山期花岗岩层。本次勘察揭露54.0m深度范围，根据其岩性及物理力学性质自上而下分为4层，分述如下：①层：填土。②层：淤泥质粉质粘土，灰色—灰黑色，软塑—流塑。土质较均匀，切口稍光滑，干强度及韧性较高，局部含少量细砂。③层：砂质粘性土，褐红色或褐黄色，一般可塑状态。④层：花岗岩，矿物成份主要为长石、石英和少量角闪石。

3　高密度地震映像法的基本原理

高密度映像法属弹性波勘探范畴，它是通过接收和分析人工地震产生的波动场特征来获得地下地质信息，是一种间接勘查地下地质构造的方法［3-5］。地震映像法主要利用反射波、折射波、面波等多种弹性波作为有效波来进行探测，同样也可以采用一种特定的地震波作为有效波，常用反射波为有效波（图1）。在野外用地震映像法采集数据时，采用单点激发，单个检波器进行接收。仪器记录后，激发点和接收点同时向前移动一定的距离（点距），重复上述过程，可以获得一条地震映像的时间剖面图［6-7］。

4　物探成果的地质解释

4.1场区地层地球物理学特征

通过地质条件调查，该地区内具备进行高密度地震勘探的地球物理条件有：

（1）砂质粘性土残积层与基岩之间有明显的波阻抗差异和波速差异，同时受风化、剥蚀作用，浅部基岩又可分为全分化至弱风化的不同物性差异层面，可形成反射界面；

图1　地震映像法的工作原理示意图

（2）孤石一般为巨块花岗岩，与围岩砂混粘性土会有明显的波阻抗差异和波速差异，可形成地震波反射或绕射。

4.2数据采集及工作量

在此次工作中使用的是我国sws-6型多功能数字地震仪，固有频率为30Hz检波器接收激发信号，大锤激发震源，道间距1m，采样问隔0.5ms，采样点数1024，记录长度512ms。根据多次实验测试分析，最终确定20.0m为最优偏移距。

为避免周围震动的影响，现场测试在夜晚进行。在逐点测试时，检波器插好，所有人员停止走动后，进行信号触发，尽最大可能减少噪音，提高信噪比，取得准确的第一手资料（图2、图3）。

图2　检波器插放

图3　信号触发

本次高密度映像勘探采集参数及工作量见表1。

表1　高密度映像勘探参数及工作量一览表

4.3物探成果的数据处理

高密度地震映像勘探数据处理：高密度地震映像数据在计算机上进行压缩、拼接和滤波处理后即可得到反映波动场特征的映像图。

4.4成果地质判译

本次高密度地震映像采用了反射波和面波2种有效波进行分析。以20.0m等偏移距的形式实现对地层的连续扫描。物探成果判译的依据有：

（1）当地层水平展布时，高密度映像上表现为同相轴的水平展布，地层的尖灭（或分叉）表现为同相轴的尖灭（或分叉）；

（2）同向轴连续性较好，层位清晰，振幅大、低频率为上覆土层的反映，大面积的振幅稳定揭示上覆土层地层的良好连续性；

（3）下部没有反射反映了纵向上基岩的整体性好、厚度较大、裂隙不发育、无层理；

（4）土层与基岩接触面附近同相轴错乱、连续性差，为土混碎石或土质不均匀的反映；

（5）结合本场地工程地质特点，同相轴突变为低振幅，特性与下部完整基岩相似，并产生绕射，为花岗岩孤石的反映。

根据以上物探成果判译的依据，高密度地震映像剖面线基面埋深及孤石分布详见图4高密度地震映像解释图。

4.5物探结果判译

图4　Ⅵ测线高密度地震映像解译图

本次高密度地震映像采用了反射波与面波2种有效波进行分析，这样分析解释就有更充分的依据，结合地质钻探资料，得到了较好的地质效果。物探判译出的孤石与高密度地震映像线上的钻孔资料对比见表2。

表2　物探判译孤石与钻探结果对比表

5　结语

本次工作通过高密度地震映像解释出基岩顶板的埋深及起伏，对场地孤石进行解释，最后通过钻探成果验证吻合性良好。高密度地震映像为建筑物场地勘察提供了一个很好途径。地震映像法操作简单、工作效率高、效果较好等优点已经成为物探方法中使用频率较高的一种方法［8－21］。随着我国综合国力不断增强，建设工程不断开展，高密度地震映像法在不断研究和试验中将应用于更广阔领域。

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1004-5716（2016）09-0003-04

2015-10-21

2015-10-22

杨春利（1987-），男（满族），河北秦皇岛人，助理工程师，现从事地质工程及岩土工程技术工作。