物探微动技术在工程地质勘察中的应用研究

物探微动技术在工程地质勘察中的应用研究

彭勇

云南地质工程勘察设计研究院有限公司 云南 昆明 650000

摘要：在工程建设中，地质勘察是很重要的工作内容，采用物探微动技术，可以充分保障工程地质勘察效果，有助于工程单位充分掌握工程所在地区的地质组成情况，根据相应的勘察结果，能够更好的保障工程建设质量。本文对物探微动技术在工程地质勘察中的应用进行了研究，以供参考。

关键词：物探微动技术；工程地质勘察；应用

在工程的建设过程中，地质勘察是非常重要的一个施工程序，只有对工程地质进行了一系列勘察以后，并充分了解了地质的具体情况，才好确定工程结构以及受力的问题。如果在地质勘察的过程中，勘察结果有比较大的偏差，就容易对工程最终质量造成很大的影响，甚至可能造成严重的经济损失。传统地质勘察中，主要采用的是钻探、探井等方法，但相应的方法往往要花费大量的人力、物力，工作效率也较低，且容易破坏地质基础完整性，因此，工程地质勘察中加强了对物探微动技术的应用，这一技术有着较强的抗干扰能力，探测深度也较大，对环境不会造成太大的干扰，在城市工程地质勘察中有着广泛的应用，为工程建设提供了有力的技术支撑。

1、物探微动技术的基本原理

1.1微动波的产生

微动波指的是地球自身所存在的一种微动振动波，通过采用相应的波基仪器，可以有效采集相应的振动信号，而地球不同时期会形成不同的沉积岩石层，由于不同岩石层的密度不同，相应的波动反射特性就会有一定的不同，地球微动所产生的波束在穿越不同地质层的时候，所产生的参数也就存在一定的不同，利用相应的物理仪器，对采集到的波动参数进行分析，就能够获得相应地质层的信息，这也是地质勘察分析中的主要原理。地球微动所产生的波束存在多种类型，一般为面波与体波，且波束在穿越不同地质层时还会受到一定的干扰，这就使得波束分析难度较大。由于微动相应的振幅较小，振幅位移通常在10-4~10-3cm左右，因此，地震仪使用中，就需要放大倍数，增大微动信号，但需要注意的是，除了会放大微动信号，也会放大其中的噪声。

1.2微动波收集和处理方法

在物探微动技术的使用过程当中，主要是通过对地球振动波的收集以及处理以后，然后再使用反演频散曲线的方法，就可以算出来地下介质的剪切波速度，最后判断出来不同地层的结构详细状况。关于地球振动波的收集和处理，一般采用的是频率-空间自相关（SPAC）法或H/V谱比法，具体的微动波收集中，需要运用相应的微动观测系统，这一系统主要由多个拾振器、数字信号放大器和数字记录仪所组成，并要根据具体的探测要求做好参数调整工作。频率-空间自相关（SPAC）法应用中，需要采用多台拾振器，通过对相应拾振器进行合理的组合，以此来采集工程所在地区地层的微动波。在划定探测范围后，在中心位置设置1台拾振器，在半径圆周上均匀布置其他拾振器。在完成同一时域内面波采集工作后，分析其空间频率自相关，按照相关理论描述，空间频率自相关曲线与近似零阶贝塞尔函数曲线形状相符，如拾振器空间分布状态发生改变，那么相应的贝塞尔曲线形状大小会产生相应的变动，然后依据拾振器空间的位置坐标，工作人员就能推算出待测点波束的传输相速度，依据相应的波数传输速度与频率关系，最终推算出地质层硬度以及厚度等各项参数。

H/V谱比法应用中，其原理主要在于微动数据H/V谱水平方向功率谱与垂直方向功率之间的比值，相应的计算公式为：

                             （1）

式中：与表示的是2个水平方向的分量功率谱；表示的是垂直方向的功率谱。关于微动实测数据H/V谱的计算中，需要先将总数据量N平均分为L段，每段数据量为M，三者之间的关系为N=L·M，然后将每段数据进行傅立叶变化，对L段数据傅里叶变换所得的值进行处理后，就可以获得三个方向功率谱。根据式（1）来计算H/V谱。这一计算的主要原理是利用了H/V谱比法峰值频率与基岩面之间的幂函数关系，获得的样本越多，计算结果与真实情况越相符。因此，在计算之前一定要采集足够的数据。在实际应用中，工程人员可以直接采用单台频谱分析仪，水平、垂直分量频谱相比后，即可获得相应的H/V值，应用较为简单，因此，在工程地质勘察中有着广泛的应用。

2、物探微动技术特点与优势

物探微动技术的原理，一般是通过对地球振动波穿越不同地质层所产生的数据进行分析，以此来判断相应地质层的组成情况。物探微动技术不需要配备相应的人工震源，也不会对工程附近的不动产造成震动干扰，能够充分满足城市工程建设中对噪声的相关要求，同时，物探微动技术所花费的时间较短，探测效率更高，能够有效降低工程地质勘察成本。物探微动技术不会破坏地质结构，一些地面与地铁等城市工程建设中，物探微动技术有着很好的应用效果[1]。地球微动波的波长较长、信号频率也较低，且有着很好的抗干扰性，使用精准的拾振器，确保拾振器布置合理，就能够采集到理想的信号，进而充分保障工程地质勘察结果的可靠性。

3、物探微动技术在工程地质勘察中的应用

3.1在工程地质勘察中的应用条件

在工程地质勘察中，物探微动技术的应用需要满足一定的条件，要求工程所在区域不同岩层面波视层波速要存在明显的差异，才能更好的保障物探微动技术应用效果。比如在某工程建设中，勘察区素填土、粉细砂、淤泥和粉质粘土面波视层的波速微120~150m/s，全风化和强风化花岗岩面波视层波速则处于150~250m/s，下伏中风化花岗岩基岩面波视层波速则超过250m/s，因此，表层覆盖层与基岩面波视层波速之间存在较大差异，就可以采用物探微动技术来探测工程地质状况[2]。物探微动技术应用中，要注意避开挖机和车辆活动时段，劲浪减少人类活动对地震波采集的影响，以保证相应信号的采集的信噪比。同时，为加深勘探深度，应当尽可能的扩大勘探范围，尽量采集较多的地震波，保证物探采集的可靠性。

3.2数据的采集与处理

在工程地质勘察中，要注意合理布置测点，为保证数据采集质量，应采用合适的仪器，举子例子，SWS-3G型多波列数字图像工程勘探和工程检测仪，此仪器可以形成瞬时浮点放大，还需要结合其他设备，包括微机、检波器机接收电缆等，能够有效保障探测效果。在完成数据采集工作后，数据处理中，需要做好原始资料的整理核对工作，将相应资料编录后，可以采用专业的软件来显示工程各个公区采集记录，或是将相应记录打印出来，形成频散曲线后，将其保存起来。对频散曲线分层和层速度进行计算，就可以对数据进行定性解释，通过对相应数据分析定量解释以后，来最后推算出探测不同层面的厚度。在完成数据资料的采集和处理工作后，根据相应的数据资料与分析结果，并善于总结，然后使用CAD软件来绘制出微动频散曲线的解释图，这样可以帮助工程人员更加清晰的判断相应的地层界限，进而充分保障工程建设的顺利进行。

4、结语

物探微动技术在工程地质勘察中有着很好的应用效果，利用物探微动技术，能够有效探测工程所在区域地层结构，尤其是在大型工程项目中，为防止工程建设对地层结构造成破坏，就需要采用物探微动技术，加强地质勘察，根据相应的勘察结果，能够充分保障工程建设质量，在工程建设中发挥着重要的作用。

参考文献

[1]李兆祥,贺剑波,等.地质雷达和微动探测技术在地铁勘察中的综合应用[J].冶金管理,2021(9):97-98.

[2]董耀,李光辉,等.微动勘查技术在地热勘探中的应用[J].物探与化探,2020,44(6):1345-1351.