面波勘查技術(shù)在礦山地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

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(shù)是20世紀(jì)80年代興起的一種新型地質(zhì)勘查技術(shù)。隨著近幾年來相關(guān)資料解釋理論和電子計算機技術(shù)以及設(shè)備硬件軟件的不斷發(fā)展完善，在傳統(tǒng)面波勘查技術(shù)的基礎(chǔ)上又衍生出了最新型的瞬態(tài)瑞雷面波勘查技術(shù)。該技術(shù)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(xué)相關(guān)性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系和聯(lián)動效應(yīng)，進行工程地質(zhì)勘查。與傳統(tǒng)面波勘探技術(shù)相比，瞬態(tài)瑞雷面波地質(zhì)勘查技術(shù)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(shù)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(xué)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(shè)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(shè)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(jié)果出來后，可以進一步計算頻散曲線，設(shè)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(yīng)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(dāng)前地質(zhì)條件，通過分析其聯(lián)動關(guān)系，就可以解決礦山地質(zhì)問題[3]。

2 瞬態(tài)瑞雷面波技術(shù)實際應(yīng)用方法

2.1 地面設(shè)施布置

在實際勘測前，需要設(shè)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(yīng)兩側(cè)，間距離為△X。間距離的確定應(yīng)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(yīng)該相應(yīng)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(shù)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(guān)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(jié)果的準(zhǔn)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(shù)應(yīng)用實例

為了實際檢測瞬態(tài)瑞雷面波勘查技術(shù)的應(yīng)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(fù)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(jié)語

瞬間瑞雷面波地質(zhì)勘查技術(shù)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(zhǔn)確率。總的來說，瑞雷波地質(zhì)勘查技術(shù)具有鮮明的適應(yīng)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(shù)及在滑坡地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用研究[J]．地球物理學(xué)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(shù)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(yīng)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(shù),2016,19(4)：127-128．