瞬态瑞雷波勘探技术在南水北调配套工程中的应用

１ 前 言
瞬态 面波 勘探 技术 是在 ２ ０世 纪 ９ ０年代 ，在 我 国才 发展 起来 的一 种 工程勘 察方 法 。但 通 过这 几年 的发展 ，在基 础理 论和 应用 等方 面都 取得 了可 喜 的 研 究成 果 。 与 其他 地震 勘探 方法相 比，瞬态 瑞 雷波勘 探 技
入京的有利形势，做好全市水资源配置的战略性调 整和全市供水系统空 间布局战略性调整而建设 的 南水北调工程总干渠至各 自来水厂的联络工程 。南 水北调配套工程 多以地 下铺设管道来 实现全 市水 资源的调整 ，在工程施工过程中，多处需要进行工
程 地 质勘 查 ， 以及 地下 不 良体 分 布 的勘 查确 定 。
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作者 简介 ：晋 凤 鸣 （ １ ９ ８ ２年一 ） ，男 ，工程 师 。
设 计施 工
水 利规 划与 设计 物 探 方法 中具 有一 定 的优越 性 。
（ １ ）工作 方 法 ：
２ ０ １ ３年 第 ３期
质 中 ，瑞雷波 的传 播速度 与 振动 频率 无关 ， 即无频
２ 瞬态瑞雷波勘探 的基本理论
２ ． １ 基本原理 地 表震 源 不仅激 发 纵波和 横 波 ，同时 由于 纵波 和横波 的相互干涉叠加，会出现波形的转换，使地
下介质质点按一定 的轨迹运动，形成一种新的能量 很 强 且主 要集 中在 地表 附近 的波 动 ，称为 瑞 雷面波 。
瞬态瑞雷波勘探法应用于南水 北调 配套工程 瑞 雷 波 的传 播 具有 如下 特性 ： 中 ，可解 决如 下两 个方 面 的浅层 地质 问题 ： （ １ ）在分层介质 中，瑞雷波具有频散特性， （ １ ）工程地质勘查：利用实测 的面波频散 曲 即瑞雷波 的传播速度 是频率的函数； 而在均匀介 线，通过定量解释 ，可得到各地质层的厚度及弹性 波的传播速度 ，传播速度的大小直接反映了地层的
关速 度 Ｖ Ｒ 传 播 ，Ｖ Ｒ 是频 率厂的函数 。在 地 面上布 置
多道 检波 器进 行观 测 ，记录 面波 的垂直 分量 。为 了
获得 对应 于不 同深 度 的波速 ，要 求震源 能产 生各 种 频率 成分 的波 。测 试浅 层时 应激 发高频 波 ，测试 深 度 大 时则 相反 。 （ ２ ）应用 条件 ：
覆盖层厚度勘查及层位划分等地质 问题 ，为工程施工提供 了科学依据 。 【 关键词 】 南水北调配套工程
【 中图分类 号】 ［ ＤＯ Ｉ 编码 】 １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ｄ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ － ２ ４ ６ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ２ １ Ｔ ｖ５ 【 文献标识码 】 Ｂ 【 文章编号 】 １ ６ ７ ２ ． ２ ４ ６ ９（ ２ ０ １ ３ ）０ ３ ． ０ ０ ６ ２ ． ０ ４
些 物 体 的深度 相 当时 ，频散 曲线 就会 出现 异 常跳 跃 。 据 此 可 以确定 其埋 深及 范 围 。地 下掩 埋物 （ 南水 北 调 配 套工 程 中主要 为垃 圾体 分布 ）对 工程 的施 工 有 很 大 的影 响 ，对其 的有 效勘 察 可方便 施 工过程 中的
安全 支护 。
设 计施 工
水利 规划 与设 计
２ ０ １ ３年第 ３期
瞬态瑞雷波勘探技术
在南水北０ ４ ８ ）
（ 北京市 水利 规划 设计研 究院
【 摘
要】 瞬态瑞雷波勘探技术应用于南水北调配套工程 中，有效解决 了场地评价 、地质薄层划分及第 四系 瞬态瑞雷波 频散 曲线 视层速度
ｚ与 相 当时 ，面波 能量 迅速 衰减 。 因此 ，某 一波 长 的面 波速度 主 要与深 度 小于 的地 层物 性有 关 ， 该 特 性 为 利 用 面 波 进 行 浅 层 勘 探 定 量 解 释 提 供 了 依据 。通常认 为 面波 的勘探 深度 约 为半个 波长 。
简谐波组成的瑞雷波，每一个简谐波都 以一定的相
“ 软”“ 硬 ”程度 。因此 ，可 以对第四系地层进行 划分 ， 确定地基 的持力层 ， 还可 以对场地进行评价 。 地层 中存 在低 速 度 带 反 映 了地 下赋 存 有 软弱 夹 层 ， 这类 地层 对 建筑物 易造成 危害 。面 波勘 探 可方便 划
分 软弱 夹层 的埋深 及 范 围，为 施工 过程 中方 法 的选 择 及安 全设 施 的配套 提供 有利 的依 据 。 （ ２ ）地 下 空 洞及 掩 埋 物探 测 ：地 下 空洞 以及 各 种掩 埋体 ，有 时 需要准 确地 探测 其在 地 下 的赋 存
（ ３ ）瑞雷波 的传播速度与体波 的传播速度具 有相关性，瑞雷波的传播速度比体波慢，其速度关
位 置 。用瞬 态面 波勘 查 时 ，当面波 的勘 查深 度 与这
术具有仪器设备轻便、所需勘探场地较小、所需震 源 能量 较小 、较 高 的地质 薄层 分辨 率 、较大 的勘 探
深 度 等优 点 。上述 瞬态瑞 雷波 勘探 技术 的优 点使 得 其 广 泛应 用于 工程地 质 勘查 中 ，解 决 浅层地 质 问题 ， 包 括 覆盖 层分 层 、覆 盖层 厚度 探测 、地 下 空洞及 掩 埋 物 探测 ，地 下不 良地 质体 分布 范 围确 定 ，地基 加 固处 理效 果评 价等 方面 。 南 水 北 调 配 套 工 程 是为 了利 用 南 水 北 调 引水
散现象。在均匀介质中无频散性和不均匀介质 引起 频散性这一特性是瑞雷波勘探的物理基础 。 （ ２ ）瑞雷波的波长不同，穿透深度也不同。
瞬 态 瑞 雷 面 波 勘 探 法 是 在 地 面 上施 加 一 瞬 间 冲击 力 ，在地 层表层 产 生一 定频 率范 围 的、 由多个
瑞雷波沿地层表层传播，穿透深度约为一个波长 ， 当深度 ｚ为波长 的一半时， 面波 的能量较强，当