基于微動(dòng)技術(shù)的地質(zhì)工程邊坡勘探分析

楊正剛，孫 濤

（1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550016；3.沈陽(yáng)中冶檢測(cè)工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

地質(zhì)邊坡有著自身的特點(diǎn)，受開挖、回填、底下結(jié)構(gòu)、噪聲干擾、離散電源等諸多因素影響，對(duì)其勘探方法選擇、地質(zhì)工作布置有著較大的影響[1]。用面波勘探方法對(duì)地質(zhì)工程邊坡勘探時(shí)，若其震源采用天工源，難以獲得能夠提供大能量震源的炸藥，大功率的可控源在為勘探提供大能量的同時(shí)，也會(huì)對(duì)地質(zhì)周邊環(huán)境造成一定的影響[2]。因此，微動(dòng)探測(cè)成了面波方法對(duì)邊坡進(jìn)行勘探的首選。

1 測(cè)線布置

1.1 觀測(cè)臺(tái)陣布置

微動(dòng)探測(cè)常用觀測(cè)臺(tái)陣主要有直線形、夾角形、三角形、圓形4種，其中直線形為傳統(tǒng)的人工源排列方式引用過來(lái)的，其各個(gè)檢波點(diǎn)在一條直線上，屬于一維排列；夾角形由兩條直線形組合而來(lái)，當(dāng)兩直線形的一個(gè)端點(diǎn)重合其夾角為直角時(shí)便是“L”形；三角是夾角形的組合升級(jí)，三角形里面包括有直線形和夾角形；圓形是前三種的升級(jí)和變化，后三種排列方式為二維排列方式。

1.2 勘探深度

微動(dòng)探測(cè)的深度受直線長(zhǎng)度或臺(tái)陣半徑大小、檢波器數(shù)量、震源頻率豐富程度、地質(zhì)條件等因素存在相關(guān)性[3]。通過模擬不同方法間臺(tái)陣半徑和有效波長(zhǎng)范圍的關(guān)系，理論模擬實(shí)驗(yàn)得出了F-K法有效波長(zhǎng)范圍為臺(tái)陣半徑的2.3倍～6.8倍，SPAC法有效波長(zhǎng)范圍為臺(tái)陣半徑的3.2倍～17.2倍，有效波長(zhǎng)范圍上限隨地下構(gòu)造的不同和臺(tái)陣的大小而變化[3]。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目背景

某地質(zhì)工程建設(shè)單位位于貴陽(yáng)市，擬建場(chǎng)地已進(jìn)行拆遷及局部平場(chǎng)，場(chǎng)地周邊較為空曠。場(chǎng)地出露及現(xiàn)場(chǎng)鉆探情況揭示，下伏基巖包括有泥盆系蟒山群（Dm）灰黃色-肉紅色薄至中厚層砂巖、紫紅色泥巖、志留系高寨田群（Sgz）泥灰?guī)r夾頁(yè)巖及粘土巖。受構(gòu)造活動(dòng)的影響，場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在多個(gè)產(chǎn)狀，場(chǎng)區(qū)巖石節(jié)理較發(fā)育，場(chǎng)地內(nèi)開挖剖面觀察，主要有兩組，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面為巖屑夾泥質(zhì)充填，張開度1mm～3mm，線密度1條/米～3條/米，連通性0.4m～1.2m，節(jié)理面結(jié)合差。節(jié)理面為巖屑夾泥質(zhì)充填，張開度1mm～3mm，節(jié)理面結(jié)合差，線密度1條/米～2條/米，連通性0.3m～1.1m，節(jié)理面結(jié)合差，對(duì)礦體完整性及其工程性能影響較大。

2.2 物性參數(shù)確定

物性差異是進(jìn)行地球物理勘探的前提，為了確保微動(dòng)探測(cè)的效果，在正式開展工作前在不同的目標(biāo)體上進(jìn)行了背景噪聲測(cè)試，提取出了頻散曲線，利用已知的目標(biāo)位置、深度等信息，統(tǒng)計(jì)出了不同目標(biāo)體的面波速度。詳見圖1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)物性參數(shù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

從表中可以看出，不同的目標(biāo)體之間存在波速差別，具備了利用地球物理勘探的前提條件。

2.3 測(cè)線布置

本次勘探綜合考慮探測(cè)深度、精度和地形條件，靈活選用嵌套式等邊三角形、L形和直線形三種臺(tái)陣。采用10個(gè)主頻為2.5Hz的垂向檢波器接收信號(hào)，測(cè)點(diǎn)間距選用10m～20m不等。

2.4 成果解釋

本次勘探共完成3條測(cè)線，以其中一條DW1～DW1'測(cè)線為例進(jìn)行解釋，該測(cè)線位于測(cè)區(qū)東緣，測(cè)線長(zhǎng)220m，測(cè)線方向S18°E，測(cè)試成果見圖1。

（1）測(cè)線地表以下厚度3.5m～33m范圍內(nèi)，視橫波速約250m/s～500 m/s，將該層解釋為中密、稍密碎石土。該層厚度變化相對(duì)較大，沿測(cè)線方向整體可分為4個(gè)區(qū)間：平距0m～40m為滑坡體前緣緩坡，該層厚度變化相對(duì)較小，約14m～16m，平均厚度15m；平距40m～160m為滑坡體中部較平緩階地，該層厚度變化相對(duì)較大，約10m～33m，平均厚度19m；平距160m～220m為滑坡體后緣陡坡，該層厚度變化相對(duì)較小，約3.5m～12m，平均厚度7m。

（2）中密、稍密碎石土以下厚度2.8m～8m，平均厚度5m范圍內(nèi)，視橫波速約500m/s～780 m/s，將該層解釋為密實(shí)碎石土或較破碎巖體。該層厚度變化相對(duì)較小，整體呈薄層狀。

（3）密實(shí)碎石土或較破碎巖體以下，視橫波速大于800m/s，解釋為較完整基巖。

（4）地表以下9m～46m（中密、稍密碎石土下部）零星分布有薄層低速異常體（頻散曲線上反映為相速度“之”字型轉(zhuǎn)折、視橫波速拐點(diǎn)或縱向梯度帶特征），推測(cè)為軟弱夾層。

（5）根據(jù)視橫波速分布特征，結(jié)合軟弱夾層分布范圍，推測(cè)平距0m～180m范圍內(nèi)中密、稍密碎石土與密實(shí)碎石土或較破碎巖體接觸面（視橫波速約500m/s）為滑坡體底界面，滑坡體厚度約7m～33m，平均厚度22m。

圖1 DW1-DW1'測(cè)線測(cè)試成果圖

3 結(jié)論

通過工程實(shí)例證明了利用微動(dòng)探測(cè)技術(shù)能夠很好反映地下面波速度的變化，結(jié)合速度大小、變化趨勢(shì)和地質(zhì)條件可判斷出地質(zhì)邊坡覆蓋層深度、結(jié)構(gòu)的變化及滑動(dòng)面的起伏情況。

微動(dòng)探測(cè)技術(shù)利用天然源的各種振動(dòng)，將傳統(tǒng)的干擾源作為勘探的有用信號(hào)，通過加大采集時(shí)間可讓數(shù)據(jù)信號(hào)的信噪比滿足工程勘探需求。