瞬態(tài)瑞雷波勘探在綏芬河五花山水庫(kù)工程勘察中應(yīng)用

范 榮，王瑞福

(克東縣宏圖市政工程有限責(zé)任公司，黑龍江 克東164800)

1 基本概念

地表震源不僅激發(fā)縱波和橫波，同時(shí)由于縱波和橫波的相互干涉疊加，會(huì)出現(xiàn)波型的轉(zhuǎn)換，使地下介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)按一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，形成一種新的能量很強(qiáng)且主要集中在地表附近的波動(dòng)，稱為瑞利面波，又稱為瑞雷波。

2 勘探原理

瑞雷波沿地表由震源向外傳播，其波陣面是圓柱面。瑞雷波勘探的核心問(wèn)題是準(zhǔn)確地獲得不同頻率瑞雷波的相速度VC，同一頻率的VC在水平方向上的變化反映出地質(zhì)條件的橫向不均勻性，不同頻率的瑞雷波速度VC的變化則反映出介質(zhì)在深度方向上的不均勻性。由于瑞雷波相對(duì)于體波而言，其能量較強(qiáng)，速度較低，頻率較低，容易分辨，因此在揭示地下地層結(jié)構(gòu)的物探方法中具有一定的優(yōu)越性。在瑞雷波勘探中由于震源、接收方式和資料處理方法不同分為穩(wěn)態(tài)瑞雷波法和瞬態(tài)瑞雷波法。瞬態(tài)瑞雷波法勘探利用瞬態(tài)沖擊力作震源激發(fā)瑞雷波，地表在脈沖荷載作用下，產(chǎn)生波動(dòng)。在離震源稍遠(yuǎn)處，用傳感器記錄瑞雷波的垂直分量。對(duì)記錄的瑞雷波信號(hào)作頻譜分析和處理，計(jì)算并繪制VR—λ 頻散曲線，根據(jù)頻散曲線特征分析解決地質(zhì)問(wèn)題。

3 資料解釋

瞬態(tài)瑞雷波資料處理的主要步驟為: 時(shí)間域—空間域提取瑞雷波;對(duì)瑞雷波信號(hào)進(jìn)行二維傅里葉變換; 建立頻散—波數(shù)域振幅譜等值線;提取瑞雷波頻散數(shù)據(jù);計(jì)算1/2 波長(zhǎng)并繪制頻散曲線。

本次瑞雷波勘探的資料解釋方法采用核工業(yè)部SWS 瑞雷波解釋軟件，對(duì)頻散曲線進(jìn)行擬合，根據(jù)瑞雷波的頻散特性，在巖性變化的部位頻散曲線會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)或其他異常。利用這一特性進(jìn)行分層，通過(guò)對(duì)頻散曲線的擬合獲得橫波波速。

4 工程概況

綏芬河市五花山水庫(kù)工程位于黑龍江省綏芬河市。五花山水庫(kù)設(shè)計(jì)指標(biāo)( 初定) ，上壩址: 設(shè)計(jì)壩長(zhǎng)約600 m，壩高約55 m，左岸河岸式溢洪道和右岸鞍部溢洪道比選方案; 中壩址:設(shè)計(jì)壩長(zhǎng)約600 m，壩高約55 m，左、右岸河岸式溢洪道比選方案。

5 工作情況

本次勘察工作為了探測(cè)上壩址左岸溢洪道邊墻、石料場(chǎng)Ⅰ及石料場(chǎng)Ⅱ的覆蓋層厚度、風(fēng)化帶厚度，共布置了24個(gè)瑞雷波勘探點(diǎn)，采用檢波點(diǎn)距1 m，偏移距1 m、3 m、5 m。儀器使用GEOPEN SE2404M 型工程地震儀。

6 實(shí)例分析

第Ⅱ石料場(chǎng)的G 線共布置了3個(gè)瑞雷波點(diǎn): N10、N11、N12。通過(guò)解釋計(jì)算“瑞雷波解釋成果表”。圖1 為G 線N11號(hào)點(diǎn)的瑞雷波解釋成果表。

圖1 面波解釋成果表

通過(guò)對(duì)N 10、N 11、N 12 的綜合解釋，可對(duì)第Ⅱ石料場(chǎng)做如下分析:

第一層:全風(fēng)化花崗巖，橫波波速180 ～500 m/s，厚度為1.64 ～2.01 m。

第二層: 強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，橫波波速770 ～860 m/s，厚度1.80 ～2.39 m。

第三層:弱風(fēng)化花崗巖，橫波波速1 400 ～1800 m/s，厚度為3.86 ～4.38 m。

第四層:微風(fēng)化花崗巖，橫波波速2 600 ～3 400 m/s。本次探測(cè)厚度為11.43 ～15.09 m。

圖2 為G 線的橫波速度—地質(zhì)剖面圖

7 結(jié)束語(yǔ)

瑞雷波勘探是近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，自問(wèn)世以來(lái)一直在工程勘察中發(fā)揮著不可替代的作用，相信隨著該方法的不斷成熟，其在工程勘察領(lǐng)域一定有著越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前景。

［1］單娜琳，程志平，劉云禎. 工程地震勘探［M］. 北京: 冶金工業(yè)出版社，2006:122－136.

［2］黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 綏芬河市五花山水利樞紐工程地質(zhì)勘察工程物探報(bào)告［R］. 哈爾濱: 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2005:1－11.