横波地震在工程勘察中的应用

横波地震在工程勘察中的应用

发表时间：2017-11-01T10:10:31.120Z 来源：《基层建设》2017年第20期作者：李俊亮

[导读] 摘要：以往地震勘探方法中所利用的主要是纵波，对横波的利用比较少，这是因为横波的激发、接收和识别在技术上要复杂得多、困难得多，以及勘探深度有限所致。

云南煤田地质局昆明工程勘察公司 650000

摘要：以往地震勘探方法中所利用的主要是纵波，对横波的利用比较少，这是因为横波的激发、接收和识别在技术上要复杂得多、困难得多，以及勘探深度有限所致。与纵波相比，横波具有波速低、波长短，不受地下水影响的特点，这使横波地震勘探反射方法可以提供传统纵波方法无法比拟的分辨率和解释精度，它所提供的反射地震剖面，是真正意义上的“浅层”，完全可以和工程地基的深度范围相匹配。基于此，本文主要对横波地震在工程勘察中的应用进行分析探讨。

关键词：横波地震；工程勘察；应用

1、前言

横波反射地震勘探方法可以直接提供土的横波（剪切波）波速，这是工程上非常关心的物性参数。横波地震勘探反射方法作为岩土工程勘察的一种新技术，已得到国内外工程界的广泛重视，到目前为止，横波反射已经在浅层岩溶勘察、浅层松散沉积物勘察、岩性划分、判断砂土液化等几个方面得到了比较广泛的应用。

2、横波地震在工程勘察中的应用

2.1横波反射法在浅层松散沉积物中的勘察应用

松散沉积物是指未固结成岩，一般保持松散状态下的沉积物。其成因复杂，类型繁多，变化较大而不易研究。但随着各种建筑工程的迅猛发展，许多较为松软的松散沉积物上也要求修建高大建筑或高速公路等大型工程。在这种情况下，为了搞清楚建设场地中松散沉积物埋深、厚度及展布规律，传统的方法是布置许多钻探工作，通过取岩芯、地质编录、测试分析来划分地层和提供建筑设计中所需要的参数。如果勘察面积大，则钻探与测试的费用就比较高，且钻孔之间的地质解释只能靠推测。

浅层地震纵波反射资料可反映地下数百米地层剖面及地质构造。但是，对浅部数米至数十米埋深的松散沉积物，当地下潜水面较浅时，由于水饱和度的影响，极大地降低了纵波勘察的分辨率。然而横波不受水饱和度的影响，还可在强干扰背景下利用其极化特性来提高信噪比。在松散地层中，横波的速度Vs比纵波的速度Vp要低得多，其波长也只有纵波的一半，横波有更高的分辨率。因此，地震横波反射法在松散沉积物工程地质勘察中是一种很有效的方法。它最大的特点是：

（1）勘察速度快，现场可提供实测剖面资料；

（2）勘察成本较钻探工艺要低得多

（3）可准确地反映连续的地下地质剖面。

图1是在江西盐矿30万吨扩建基地工程物探中取得的一条横波反射剖面。各地层的分界面均为良好的波阻抗界面，所以波组清晰、连续，很容易对比解释。

横波速度一般与物质的刚度有关，对于经常在潜水面以下的粘土层，由于饱和水的不可压缩性使其Vp值较高，而Vs偏低。因此，利用横波速度又可以对建筑场地的地基作出较直观的评价：

当Vs>500m/s时，微或未风化岩，为坚硬场地；

当500m/s>Vs>300m/s时，强或中风化岩，砾石层，为中硬场地；

当300m/s≥Vs>200m/s时，全或强风化岩，砂层，为中软场地；

当Vs≤150m/s时，泥砂层，松软土层，为软弱场地。

2.3横波速度在判定砂土液化中的应用

地下物质在一定的条件下由原来的固态转变为液态的物理作用和过程称“液化”。如饱和水状态下的砂土层受到振动力的作用之后，它的结构产生变化，固体颗粒间接触点上的应力要降低，而其中孔隙水的压力会升高，也就是说固体颗粒间的应力转移到孔隙水的压力中去了。当孔隙水的压力上升到与观测点上方覆盖的应力相等时，其固体颗粒将处于悬浮状态，此时，砂土层的抗剪强度为零，产生“液化”现

象。这时，砂土变成了粘滞流体，造成建筑物的下沉或倾斜，边岸坍塌，山坡滑动等灾害，给人民的生命财产造成巨大损失。因此，研究地基的液化问题，判断和评价饱和砂土的液化是一项非常重要的工作。

2.4横波反射法在浅部岩溶（土）洞勘察中的应用

岩溶是指可溶性岩层，如碳酸盐类岩层（石灰岩、白云岩）、硫酸盐类岩层（石膏）和卤素类岩层（岩盐）等受水的化学作用和物理作用产生溶槽、裂隙或空洞，以及由于空间顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等现象的总称。地面岩溶塌陷是地质灾害的主要灾种，由于其突发性，危害性，对人类的生产和生活造成很大威胁。江西省地处江南丘陵，并横跨扬子准地台和华南褶皱系两大地质构造单元，地质环境条件和地理环境条件十分复杂，是全国12个地质灾害易发、多发和危害最为严重的省份之一。因此，地质灾害已是制约我省经济和社会发展的重要因素之一。同时，也向我们地质工作者昭示了加强灾害地质勘查，保护地质环境，防治地质灾害已成为刻不容缓的紧迫任务。

浅部岩溶勘察是指查明100m以内对建筑场地和地基有影响的岩溶、土洞发育规律、成因类型、形态分布、规模大小和埋藏深度，对建筑场地的适宜性和地基的稳定性作出评价。浅层高分辨率地震技术可以查明塌陷的基岩地质条件，特别是横波反射法可以查明覆盖层中地下水作用形成的潜蚀带或土洞等，圈定出潜在岩溶塌陷危险区或地段，为实施防治工程提供具体位置。

图2是在瑞金沙洲坝地面塌陷物探调查时得到的一段横波反射剖面，图中基岩反射波清晰，同相轴可连续追踪对比，说明这一测段基岩结构完整，且起伏很小。剖面中部出现反射波组缺失，内部波组零乱，解释推断为一隐伏开口岩溶，沿测线最大宽度约12m，基岩顶面深度约10m，溶洞底板深度约18m。由图中还可看出，上覆第四系中波组杂乱，但在该溶洞上方50毫秒处出现绕射波，由此而推断该溶洞已连通上覆第四系松散沉积物，在原地下水潜蚀和搬运作用下，又形成高度约5m的土洞。也就是说，该溶洞顶离地面只有厚度为5m的土层了！无论天然作用或人为作用都有随时引起地面塌陷的。

从图2可以看出，反射波场异常清晰地反映了基岩溶洞和破碎带。这是因为横波反射法要比纵波反射有更高的分辨率；另外就是横波的速度值与地层的松散固结程度、承载力、切变模量等紧密相关，它更能反映覆盖层在地下水潜蚀作用下，原状结构被破坏的特征。因此，横波波场异常是判断潜在岩溶塌陷危险区的重要标志。

3、结语

通过对横波地震的研究，可以得到横波地震勘探的数据分辨率高，成图效果好，能精确地反映出地层的土质变化情况和提供连续的地质剖面，并且可以与钻孔资料完好的吻合。总之，横波地震勘探在工程勘察中有巨大的应用前景，可以为工程勘察带来新的技术活力，值得大家进一步分析、研究。

参考文献：

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