瞬态面波法在滑坡勘察中的应用

李志刚

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程地质概况

陕西省北部地区拟建一条高速公路，该区域为毛乌素沙漠至黄土高原过渡地带，勘察地段黄土梁峁沟壑发育，属于鄂尔多斯盆地东北部，跨越陕北坡和金溪弯带两个次生构造单元。北部和东部地势高，海拔900～1350m。地层主要为黄土、砂、粉砂、砂岩、泥岩、页岩等。

根据地质单元，碎屑岩裂隙水和松散岩石孔隙水划分，水文地质条件有显著差异。调查区位于滑坡体的分布区。

2 瞬态瑞利波勘探原理

瑞利波勘探是用弹性波进行勘探，人工激发弹性波沿界面附近传播，勒夫波为水平方向传播的面波，瑞利波为竖直方向传播的面波。瑞利波特征在于界面振动中的高能量，低频率和大振幅，在面波勘察中容易识别。

根据不同震源，瑞利波法可分为稳态瑞利波法和瞬态瑞利波法。瞬态瑞利波法是指一发多收的采集形式，对多个检波器信号进行处理，通过相关计算，从而消除干扰、压制纵波横波，增加有效波信号。

瞬态瑞利波法一般在距离激发震源一定位置布设接收点，其两者沿线方向布置测线排列，逐点进行面波数据采集工作，如图1。

图1 瞬态瑞利波工作原理

在地面激发地震波后，沿测线布置检波器接收并记录体波和瑞利波所引起的地面振动情况，以及波从震源出发至地面各接收点时间。从多道地震记录各波形同相轴分布情况，瑞利波振幅能量最强，波形频率低，提取瑞利波的频散数据。

根据面波的传播分析，波传播越深，振幅越小，能量基本上控制在波长范围内。不同波长反映了地下各层地质情况，通过数据的反演可得到各测点瑞利波波速情况，在频谱分析之后，获得分散曲线，最后可实现划分地层勘探的目的。

3 野外工作方法技术

3.1 技术设计

依据面波勘探基本原理，结合现场情况，采用DZQ24地震仪测量系统1套，Geogiga Surface分析软件，24磅重锤激发信号，使用2.5Hz检波器接受，进行面波参数对比试验，通过对不同参数设置获取的试验结果，获取该区野外数据采集的最佳参数。

3.1.1 偏移距选取

通过现场试验和测试，选择表面波和反射波分离的区域，或在基底和高阶可分离的情况下，选择具有表观表面波的接收部分。根据现场试验选择合适的偏移距。

3.1.2 排列长度选取

面波探测的排列长度主要是满足探测深度要求，一般规定排列长度达到波长的一半，随着勘察深度加大，排列长度与探测深度越接近。

3.1.3 道间距选取

道间距的大小要适中，一要满足薄层探测的需要，二要保证探测最大深度的需要，同时还要兼顾工作效率。一般探测深度不大于40m，道间距不大于3m。

3.1.4 得出相关参数

采样点1024，时间1.0ms，偏移距10m，道间距2.0m，探测点距10m。同时注意瞬态面波法可以利用仪器的信号增强功能，进行多次叠加，以达到提高有效信号抑制干扰的目的。

3.2 工作布置

CH14滑坡体位于高速路里程K27+720～K28+20段，该滑坡体主滑动方向为东南方向，地表覆盖黄土，呈扇形椅状。依照线路已有的桩位和1∶1000的地形图进行布设3条测线，如图2，横Ⅰ测线沿主滑动方向布设，方位137°，长290m，横Ⅱ测线与横Ⅰ测线相互垂直，方位226°，长210m，纵测线与该路段拟建高速公路走向基本一致，方位275°，长180m。

图2 测线布置

4 数据处理

资料数据处理主要是数据传输和处理软件Geogiga Surface分析和处理采集数据，具体过程：第1步处理原始数据，第2步提取和分析频散，第3步多个排列曲线断面，第4步修改地形，形成等速度断面图。

原始资料处理，对原始资料进行整理核对、编录，并结合测区不同地质单元对瑞利波探测资料进行分类。

在面波数据中包含有瑞利波和其他干扰波，如横波、纵波和其他转化波，其他干扰波可加时窗予以滤掉。只有基阶面波是有效信号，并且利用干扰波和瑞利波之间的差异提取基阶面波。

在频率—波数（F-K）域中，容易区分瑞利波的各个能量，并且可以提取基阶的频散数据。

获得基阶面波能量最强，获得瑞利波的频散曲线，逐层分层，形成瑞利波的速度分布，最后形成解释结果图。

对CH14滑坡体测线进行处理，每条测线有多个排列，同时对多个面波进行处理，生成频散曲线剖面，最终生成等速度剖面，如图3～图5。

图3 横I测线频散曲线及等速度

图4 横Ⅱ测线频散曲线及等速度

图5 纵测线频散曲线及等速度

5 物探成果的地质解释

3条测线面波等速度剖面图中黄土层位波速值Vm小于250m/s，黄土、风化层面波速度Vm在220～400m/s，中、微风化的岩石面波速度Vm在400～1200m/s，滑坡体面波速度Vm小于300m/s，如图7～图9。

图7 滑坡体工程地质横I剖面

图8 滑坡体工程地质横Ⅱ剖面

图9 滑坡体工程地质纵剖面

根据面波勘探剖面特点，结合滑坡体的特征和现场观测，推断滑坡体以黄土滑坡为主。滑坡体的特征是显而易见的。滑坡体后缘的拉伸裂缝清晰可见，滑体后壁至前缘长260m，宽190m，滑坡体的厚度一般8～17m，局部截面可达18m。在滑坡体前缘的底部，有大小各异的钙化破碎岩石。滑坡体后墙的原始黄土厚度22m。表明该带含水性较好，可能是地表水沿上部松散物质渗透富集所致，受大气降水、地表水补给明显。

6 结语

（1）通过滑坡时地球物理资料和野外勘察，确定了滑坡体的空间分布特征。为公路建设中的滑坡治理提供了基础，并消除了安全隐患。

（2）瞬态面波法对滑坡体勘察有效可靠，在今后滑坡体勘察过程中具有参考价值。