面波法与单孔波速测试法在工程实践中的对比研究★

李奋勇 扈桂让

(山西省地震局，山西 太原 030002)

0 引言

波速测试技术为现今勘探技术的一个重要分支[1,2]。单孔声波测试法在岩土工程勘察中应用最为广泛，它可以同时测得岩土层的P波(压缩波)、S波(剪切波)，为场地等级划分提供直接依据，结合土工试验可以查明其他岩土层的原位信息。

面波勘探作为地震勘探的重要分支，因其在纵向高分辨率的特点在工程勘察和场地划分领域也有较大应用，因其数据采集方式较单孔波速测试更便捷、廉价，如果面波波速测试得到结果与单孔声波测试结果一致性高，用面波去代替单孔声波作原位测试有较大可行性。本文结合工程实例，对两种波速测试方法的效果进行对比、分析。强调用面波代替单孔声法进行原位测试是大势所趋。

1 实验区概况简介

本次对比试验工区位于山西河津某工厂内，场地距离地震活动性较强的韩城断裂[3]较近，场地内部平坦，原为内陆湖床，后水位下降形成的滨湖区陆地。海拔约100 m，地下水位较浅，地层依次为杂填土、素填土、淤泥土、粉质粘土、粘土、强风化砂岩、砂岩。场地平整，噪声小，满足剪切波测试和面波测试条件。

2 剪切波测试原理

目前工程上波速实测一般采用单孔测试法，即由人工在地表水平方向敲击木板产生振动(见图1)，这种振动沿着地层由浅及深传播开来，并被不同深度的检波器接收，最终根据不同深度及剪切波到达时间求取地层剪切波信息。其现场工作方式如图2所示。

3 面波测试原理

面波是一种特殊的地震波，面波勘探是由人工震源激发，在地层中形成一种扰动，这种扰动沿一定方向在地下半空间中由远及近传播，在传播的过程中被检波器接收，最终基于面波的频散特性(不同频率面波具有不同波速)将不同频率面波分离并绘制成频散曲线，最终根据频散曲线特点去反演，得出地层由浅及深的波速信息。

4 现场工作方式和数据采集

4.1 剪切波现场测试

本次剪切波测试采用的12磅铁锤，2 m×0.3 m×0.1 m的木板，累加不低于400 kg重物，现场测试孔口震源距1.5 m，震源孔口高差0 m，钻孔深度40 m，测试深度38 m，测试移距1 m，采用正反剪同时采集方式。

现场工作图见图3。

4.2 面波现场测试方法及数据采集

本次面波采用的18道检波器，2 m道间距，偏移距8 m，24磅大锤激发，垫板尺寸20 cm×20 cm×2 cm。

现场工作图见图4。

5 数据处理及结果对比分析

5.1 实测剪切波数据

将采集到的剪切波数据导入相关分析软件，得到波速随深部变化曲线图。

5.2 面波数据处理

面波数据处理相较剪切波复杂很多，数据处理流程一般为：导入数据、预处理(排列参数校正、干扰波切除、滤波、归一化等)、频散曲线提取、建立反演模型、反演、成果导出。

5.3 测试结果对比与分析

为了验证上文中两种方法的测试效果，将钻孔资料与两种测试结果进行对比，其对比结果见图5，图6。

6 结论及建议

由上文中剪切波和面波的测试结果可知，以上两种方法的波速测试结果很相近，剪切波测试得到的结果分层层厚更精细，波速更精准，但是受场地或其他噪声干扰容易在局部波形上出现较大误差；面波测试结果与剪切波基本一致，但是在层厚反演上受道间距的影响较剪切波大，但是整体波速稳定，不会出现不规则的大跳跃。

因而在场地划分领域因不需要精确知道每1 m层厚的波速值，可以用面波测试代替剪切波，但是在岩土层原位测试或者其他要求纵向分辨率高、波速精确的领域面波不宜取代剪切波测试。