浅层地震折射波法在某隧道中的应用

曾树新 广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司

一、基本概况

（一）地质概况

广东省中山市某公路拟建一条隧道，该隧道覆盖层主要为粉质粘土，下伏基岩为花岗斑岩。为查明隧道的土层厚度、基岩起伏及不良地质的分布情况，拟采用浅层地震折射波法探明地质情况。沿设计隧道左、右线轴线布置2条纵测线，于隧道进出口布置了4条横测线。

（二）地球物理条件

隧道选址区内各岩土层的密度、弹性波速度均有一定的差异，存在波阻抗差异界面。一般情况下，松散覆盖层（第四系残坡积层、全、强风化层）地震纵波波速在300 m/s~1500 m/s之间，花岗斑岩纵波波速在3500 m/s~6500 m/s之间。两者之间的界面是强波阻抗界面，是极好折射界面。基岩内部存在断裂破碎带时，破碎带一般也表现为低速特征，与完整或较完整基岩有较明显速度差异。因而，场地具有开展地震折射波勘察的地球物理前提。

二、工作方法及资料整理

（一）工作方法

（1）浅层地震仪

本次测线布设采用亚米级GPS布点，皮尺量距。测量点距为5m，测线两端各加长80~100m作为远炮炮点。仪器采用Geode型地震仪为外接计算机控制的全数字化信号增强型高分辨率工程地震仪。技术参数如下：

通道数：24地震道；

通频带：1.7Hz~20000Hz；

动态范围：>130dB；

最小采样间隔：20.833μs；

振幅误差：<0.001%；

相位一致性误差：<20.833μs。

（2）检波器

工作使用重庆地质仪器厂生产的CDJ- Z38型检波器24个，现场进行的检波器一致性试验表明：CDJ-Z38型检波器的振幅误差小于10%，相位误差小于0.5ms，其性能满足《浅层地震勘查技术规范》的要求。

（3）地震折射法工作方法

本次折射波法采用双重相遇观测系统，每排列设置4炮。道间距5m，采用重锤锤击激发，多次叠加，锤击叠加数一般为15~80次，采样间隔0.25ms，记录长度512样点，远炮偏移距一般为80m，近炮在检波排列两端点布置。

折射波法地震记录中各道初至清晰，相遇炮互换时间小于3.0ms，追逐炮与相遇炮在折射初至区平行性较好，全部记录合格，原始记录质量满足《浅层地震勘查技术规范》的要求。

（二）资料整理

采集完原始资料后，数据处理流程如下：初至时间拾取→时距曲线绘制→T0法解释→测点高程输入→物探解释→地质解释剖面输出→完成。

折射解释采用T0法，结合工程需要，折射法主要解释覆盖层厚度及基岩的压缩波速，并寻找基岩中的波速异常带。各测线波速分布均使用二层速度模型。

三、结论与建议

（一）结论

（1）地层岩性

覆盖层主要为粉质粘土，下伏基岩为花岗斑岩。地震折射法成果表明，隧道物探测线段仅存在一个明显的波速差异界面，将隧道岩土层按物理特性分为二层。结合岩土层的波速特性，波速差异界面对应于中、微风化层顶面。

地震折射法将波速差异界面以上归并为覆盖层，结合地表情况，推断覆盖层由粉质粘土、全强风化花岗斑岩组成，隧道区间覆盖层层厚约为2.6~26.7 m，纵波波速约为380 m/s~1000 m/s之间，较松散，稳定性较差。地震折射法将波速差异界面以下归并为基岩，基岩由中、微风化花岗斑岩组成，测线隧道区间纵波波速1420 m/s~5730 m/s，根据波速推断，基岩岩体比较完整。

图1为L1测线部分地质解释剖面图，该区域覆盖层波速约520m/s~880m/s，土层较松散，稳定性较差。基岩波速约3690m/s，由中、微风化花岗斑岩组成。

图1 L1测线地质解释剖面图揭示的D1、D2波速异常带

（2）物探异常与地质构造

通过对折射波法资料的分析，结合地质调查情况，测区内发现2处波速异常带，分别编号为D1、D2。D1异常在L1测线（右线）的里程范围为：K31+383~K31+463，在L2测线（左线）的里程范围为：ZK31+ 362~ ZK31+427；D2异常在L1测线（右线）的里程范围为：K31+613~K31+678，在L2测线（左线）的里程范围为：ZK31+622~ZK31+657。如图1所示，该2处异常带均表现出纵波波速过低的特征，波速约1420m/s~2800m/s，明显小于正常值。

（二）建议

隧道区覆盖层稳定性较差，应采用适宜的支护措施，以保证安全进洞。在隧洞区间，可能还存在物探未发现的小的断裂构造和节理裂隙发育带，施工过程需时刻注意安全。