微動勘探技術在巖土工程勘察中的應用

郭利君

（廣東邦鑫數據科技股份有限公司，廣東 廣州 510250）

微動勘探技術是對微動信息地表介質相關的波面信息進行勘探過程。微動是一種波體和面波組成的復雜振動現象，是地球表面非地震情況下發生的隨機振動，由于振動幅度小，振動周期短所以稱之為微動。而微動信號根據周期頻率分為近距離人為振動信號和自然現象振動信號，周期＜0.5的短周期判斷為人為振動，像風、海浪等氣候變化引起的振動周期＞0.5可判定為自然現象振動。微動信號會隨著時空改變來變化自身的形態和振幅，在時間和空間上有平穩統計性。微動中面波信息占總能能量的一大部分，與地表介質緊密相關，也是微動勘探技術不可替代的重要部分。

1 微動勘探技術

在微動數據中進行頻散曲線提取主要方法有兩種，其一，SPAC 法即空間自相關法，該方法以圓心點為接收點，其他接收點位于圓臺周圍；其二，PK法即頻率波數法，此方法適用與任何形狀的臺陣。

2 工作方法

建筑巖土在勘測過程中，資料處理時采用單點觀測，對資料的解釋、分析以及處理等工作需采用剖面處理。野外工作方法也是采用單點觀測，唯一不同的野外工作采用單點觀測是需要按間距沿剖面進行。用于微動勘探工作的儀器，每臺之間使用無線進行連接，且有較高的一致性，每次單點采集觀測 時長約為12min-20min，通過衛星定位實現各儀器間的信號同步。在微動勘探技術中單點觀測臺陣由6臺工作儀器組成，將S1放置在圓心，S1與圓周間距大約為1.5-3.0（單位：米），該數值用R表示，而S2-S6放置在同一圓周上且均勻分散安排。為了控制微動觀測時的探測盲區，需保證R值范圍不變大，這種情況下只能采用嵌套圓形觀測系統，不建議使用直線型和L性觀測系統。

3 微動數據處理

為有效提高微動勘探的精確度，在勘察過程中需充分利用各項微動數據，并對其參數屬性進行處理。詳細步驟如圖1所示。

圖1 微動勘探數據處理步驟

4 微型勘探技術在建筑巖土勘察中的應用

4.1 建筑場地的判定

根據《建筑抗震設計規范》以地層橫波速度為基礎對建筑場地進行判定。在實際勘察過程中，為獲得準確的橫波結構，可將微動資料進行反演。全文根據微動資料對波速測試的方法主要分為以下幾種：①利用微動相速度曲線進行反演；②利用H/V曲線進行反演;③利用微動曲線和H/V進行聯合反演[1]。其中①是最普遍的反演算法，②③還處于試驗階段[2]。對波速測試的算法一般采用最小二乘法，也可采用模擬退火法和遺傳算法[3]。在勘察工程方面過程中，利用微動信號對某建筑工地進行處理所得到的分布圖，如圖2所示，藍色線為相速度頻散曲線。

圖2 頻率－ 慢度密度分布圖及頻率－ 慢度曲線

圖3 左邊圖為采用模擬退火法反演得到橫、縱波模型，右邊圖為各模型誤差分布，紅線對應最優反演模型[4]。當地層結構確定情況下，在鉆探孔位置布置波速測點，較大范圍德 對地層結構的橫波速度采用遺傳算法或模擬退火法進行曲線反演，不會因為初始模型問題導致最優模型漏掉。

圖3 孔面波反演成果圖( 模擬退火法)

4.2 巖土地層分層

巖土地層的不同，參照輔助圖件的側重點也不同，微動勘探技術是以深度Vx等值線圖作為基礎對地層進行劃分的。地質測繪、鉆探、井探等相關資料都是以能量譜、頻率H/V、頻率相速度等值線圖進行綜合解釋。為了能夠提高微動資料的解釋的準確度和精準度，可對場地各土層特征進行分析，通過對這些土層曲線特征的分析證實勘察中鉆孔與微動對比點是需要有一定的比例的。在微動勘察過沖中，某些地質條件下，波面的傳播會發生異常，這是可以直接在Vx剖面圖中看到的。對于這種高階面波成分的發生，主要原因是由于層位中不均勻引起的，容易發生這種面波情況的地質可分為以下3種：①黏土中含有碎石；②巖石中有較厚的砂土被風化；③土中有較厚的淤泥，鑒于這種情況的存在，在對地層進行分層是應重點關注，識別。

4.3 風化殘留體探測

巖漿地區球狀風化一種常見的地質現象，由于該地質現象在勘探過程中不易被發現，所以在工程施工中很容易因為未及時發現該現象導致工程設計出現誤差、施工困難、結構失穩等問題，情況嚴重時還會誤導勘察結果，這樣會對工程及建筑物造成嚴重威脅，主要由以下體現在斷樁、鉆孔條件難判定以及建筑物發生裂縫等。所以在利用微動勘探技術對巖土分層進行勘察時，還需對風化殘留物進行探測，側重分析。在微動屬性參數中，風化殘留物對相速度、自相關系樹以及H/V值都是有直接關系的，如果風化殘留物為高速異常則在頻率相速度等值圖中；在H/V比值線圖中，該殘留物表現為多峰異常且凸起；在頻率自相關系數等值圖中，該殘留物表現為高值異常。

5 結語

近幾年科學技術的不斷發展，微動勘探技術被熟練的運用至建筑工程勘察中，對建筑場地的進行勘測，由于建筑場地可能存在場地小，要求精度高等特點，對野外觀測方式和對勘測資料的處理提供了完美的解決方案。為了更有效的提高勘測資料的解釋精度和準確度，可采用微動多參數屬性對地層劃分進行綜合分析。文章敘述了建筑場地的風化殘留物、地層劃分和類別區分等。隨著微動勘探技術的廣泛應用研究發現，對塌陷區、采空區和巖溶探測都可以利用微動多參數屬性解釋，微動勘探技術也充分發揮了自身優勢，證明該技術在勘察中的重要作用，是勘察中必不可少的有效勘探手段。