1.SWS瞬态面波勘察技术介绍-刘云祯

SWS瞬态面波勘察技术介绍

北京市水电物探研究所刘云祯

SWS多功能面波仪和SWS瞬态面波勘探法与稳态面波仪和稳态面波勘探法区别何在?SWS瞬态面波勘探法的效果如何?

下面仅就我向先生们请教得到的认识和我的工程实践，以及95年东渡日本亲自参加SWS多功能面波仪和GR810稳态面波仪的对比试验的体会，从以下三方面谈一下自己的粗浅看法，供同行们讨论。

①瞬态面波勘探法与稳态面波勘探法的划分

②SWS多功能面波仪和SWS瞬态面波勘探法的特点

③SWS勘探系统与工程检测系统的应用效果

一瞬态面波勘探法与稳态面波勘探法的划分

瞬态面波勘探法与稳态面波勘探法的划分，源于激振方式的不同而划分开来。即一个是瞬态激振，另一个是稳态激振。稳态面波勘探的代表仪器有日本国制造的GR810系统。该系统为车载式勘探系统，激振源为电磁震动器，随着勘探深度地增加要求激振力大幅度增加，一般30米左右的勘探深度，要求激振力大于2.5KN以上，激振器本身重量也在350KG以上。激振器由功率放大器带动，激振器的吊装设备和功率放大器、发电机、以及数据处理设备的箱体均安装在车上。采集时稳态激振是由主机控制信号发生器产生不同频率的信号、经功率放大器放大输出给电磁震动器，使电磁震动器以一定的频率产生振动并加载于被测介质。其接收系统一般多采用对称式两点检波方式，或采用逐次扩大的对称两点检波方式。完成规定的频率范围采集以后，数据在车载的数据处理设备中计算，并绘制出勘探成果图。

瞬态面波勘探方法的研究，在初始阶段，其接收与稳态面波方法基本相同。一般多采用对称两点检波，或采用逐次扩大的对称两点检波。其激振为采用不同材质和不同重量的手锤或吊锤、或吊砂袋等，进行垂直激振。数据处理方式，或采用手工、或采用计算机处理。但迄今看到的资料勘探深度一般小于20米，且反映的是地层介质速度递增条件下的资料。

二SWS多功能面波仪和SWS瞬态面波勘探法的特点

SWS多功能面波仪和SWS瞬态面波勘探法与以往的瞬态面波研究相比有新发展，已形成一套完整的系统。其进展表现在：①有完整适用的观测系统，②有新的且与SWS观测系统配套的处理系统。

SWS瞬态面波勘探法的代表仪器为SWS多功能面波仪和SWS数字映象工程检测仪。上述仪器由北京水电物探研究所制造。上述两种仪器均为手提轻便式多功能仪器。主机分别约重10Ks和15Ks。用于瞬态面波勘探时，其激振源为不同材质和不同重量的手锤或吊锤进行垂直激振。一般30米左右的勘探深度，用16至24磅的手锤垂直激振即可。若要求较大的勘探深度，采取措施也是较方便的。在连(连云港)徐(徐州)高等级公路的勘探工作中，在地层速度较松软的条件下已取得100米左右的深度。该仪器同时具有现场数据处理功能。一块12伏36安时的蓄电池，可满足仪器一天的供电需要。

(1)SWS瞬态面波勘探的观测系统

SWS多功能面波仪和SWS数字映象工程检测仪，用于瞬态面波勘探的观测系统与以往采用的对称式两点检波，或逐次扩大的对称两点检波方式不同。SWS瞬态面波勘探观测系统为地震波勘探中常用的多道(12道、24道或更多检波道)的检波器排列方式。引用地震波勘探中常用的检波器排列方式进行瞬态面波勘探，为研究岩土介质中面波的产生、传播，以及有效地利用面波创造了条件。SWS瞬态面波勘探观测系统布置是将多道检波器布置成一条直线，而震源布置在多道检波器排列的延长线上。其偏移距和道间距的定义与地震波勘探相同，即震源至第1道的距离为偏移距，两相邻检波器间的距离为道间距。偏移距有“+”、“-”号之分，震源在靠近第1道的外延线上为“+”，震源在靠近大道号的外延线上为“-”。瞬态面波采集时多道检波器接收到由震源产生的直达波、折射波、反射波、声波、面波，同时也会接收到由干扰震源产生的直达波、折射波、反射波、声波、面波。上述各种类型的波在时间空间域内有序的规律性，会在SWS多功能面波仪和SWS数字映象工程检测仪的显示屏或打印的记录上清楚的反应出来。借助波序的规律性确定波的属性，尤其是面波的传波特征，以及面波在时间空间域中的位置。参见图(1)。由此可以看出：SWS多道瞬态面波观测系统为有效的采集和利用面波创造了条件。以上介绍瞬态面波在时间空间域中的位置，实质上是提出了SWS瞬态面波采集，需要设计合理的时间与空间域“窗口”，这是非常重要的。无疑会为瞬态面波勘探和在其它方面的应用提供有益的帮助。

图1 多道检波器接收到由震源产生的有序波型

采用SWS多道瞬态面波观测系统采集，还可以根据波的时序关系分析波的来源。具体地讲，即采集到的波是来自激发震源，还是来自其他干扰震源，以及来自多次波。从而有利于改变采集，避开有害震源接收有效震源产生的面波。在这里需要提出干扰震源不一定都是有害的，甚至有时可以化干扰震源为有用震源。例如：由交通车辆或施工震源等产生的干扰波，这种瞬间干扰波可以通过重新采集避开，若这种瞬间干扰波在采集现场附近且具有一定的能量，则可调整测线方向使之通过震源点，利用交通车辆或施工震源等产生的激震力作为瞬态面波采集的有效震源。在北京建新大厦工地我曾利用载重车做震源采集面波，获得了50米的勘探深度，我把以上干扰震源称为地面干扰，

为得是与以下讲的干扰波相区别。利用SWS多道瞬态面波系统采集时，经常在记录上看到由采集震源产生的来自地下的干扰波。它们或是采自地下建筑、地下埋置物、地下空洞等形成的反射波、绕射波，或是由地下建筑、地下埋置物、地下空洞等使面波产生严重频散。对这种干扰波或频散波若缺乏认识，而将获得的资料用于岩土力学性质评价工作，则会带来误差，因此需要分析地下干扰波和频散波产生的原因与位置，通过调整测线和激震点预以避开。若是从事地下目的物探查，获得上述资料那则是需要的。

无论利用瞬态面波勘探，还是利用稳态面波勘探，研究与分析面波的成因，面波的传播特征、以及面波的类型，不仅仅是理论家的事，对实践工作者也很需要的。但理论研究和实践应用研究的方式不同。实践应用者注重通过一定途经采集到有关反映面波的成因、传播特征和面波类型的资料。在这方面，SWS多道瞬态面波观测系统又可以为实践应用者提供方便。例如对面波中基本振型和高阶振型的研究很多文献上均讲述基本振型是比高阶振型更能反映深部地层特征的波。然而以往的

两道面波采集方式，很难在波的时序图上判断和区别这两种震型。而SWS多道瞬态面波观测系统在时间空间域中有宽的连续波组展开，面波的基本振型和高阶振型在时间空间域中则可见到分离开来的波，因而在SWS多道瞬态面波观测系统采集的记录中，使分别利用面波的高阶振型和基本振型，对岩土介质进行分层和进行岩土力学性质评价变为可能。

(2)SWS瞬态面波处理系统

SWS瞬态面波处理系统与SWS多功能面波仪和SWS数字映象工程检测仪配套，构成SWS瞬态面波勘探系统，该系统通过选择可在一个多道面波记录中处理出面波剖面的功能。在利用面波资料进行地质分层解释时，具有正反演拟合计算的功能。已有大量资料证明，不仅对地层介质速度递增的地质条件，而且对存在多层软弱夹层的地质条件下提取瞬态面波资料，也具有很强的处理功能。

三SWS勘探系统与工程检测系统的应用效果

不同地质环境条件下的工程应用资料和应用效果如何，是大家关心的问题。同时瞬态面波方法与稳态面波方法的对比效果、以及应用效果也是同行们经常向我提出的问题，在这方面北京水电物探研究所愿意与同行们共同研究与探讨，并为此汇集本册资料。但由于工作局限，认识上难免有片面性，仅供参考，欢迎探讨。