地震影像与瑞雷波法在探测地下障碍物中的应用

1、文章编号:10056157(2011)040273 3地震影像与瑞雷波法在探测地下障碍物中的应用张久文(安徽省地质矿产勘查局327地质队，安徽 合肥 230011)摘 要：在工程建筑中经常遇到建筑物下方有供水、供气管道或地下防空洞等障碍物，准确测定其位置对其进行处 理至关重要。文章结合两个工程实例，对地震影像法和瑞雷波法综合应用在解决这类工程施工中遇到的问题作了 简明阐述，说明正确合理的应用该方法具有快速、经济，准确等优点。 关键词：综合工程物探；高密度多波列地震影像；瞬态多道瑞雷波法；频散曲线；地下障碍物中图分类号：p631.4文献标志码：a纪90年代发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。试验

2、表明当在圆形基础上对地表进行垂直方向的激 震时，将产生瑞雷波（ r 波）、剪切波（ s 波）和 压缩波（p波），其中瑞雷波的能量约占总能量的 三分之二，而且瑞雷波的大部分能量损失在二分之 一波长的深度内，换句话说瑞雷波某一波长的波速 主要与深度小于二分之一波长内的地层物性有关。 因此，利用瑞雷波的这种频散效应，根据频率波 长深度的对应关系，可计算出不同深度内地层 的瑞雷波速度，从而达到确定不同地质体深度的目 的。瑞雷波的测试主要有稳态瑞雷波法和瞬态瑞雷 波法。随着计算机技术的发展和对瑞雷波研究的深 入，现以普遍采用瞬态瑞雷波法。该方法是瞬态激 震产生瑞雷波，通过计算机对仪器采集的数据进行 傅里

3、叶变换，获得频散曲线，进行不同深度分层， 并对计算结果进行正反演拟合，以提高计算的准确 性。在地下障碍物调查中主要是利用其“之”字形 拐点判断深度。在工作中除合理选择激震方法、检 波器频率外，对偏移距、道距、采样间隔的选择尤 为重要。2 实例分析2.1 地下燃气管道位置确定某河流综合治理工程设计建造一具有自排、抽 排及下游灌溉引水和城市景观补水功能的泵站，在0 引言近年来工程建筑行业蓬勃发展，但无论是工业 厂房、电站、地铁或水利设施等都需要进行基础开 挖等必不可少的工作，从而经常会遇到在建筑地基 下方有供水、供气管道或地下防空洞等早期地下城 市设施，施工前准确判定其位置做必要的防护、处 理对整

4、个工程的施工成败至关重要。在工程实践 中，我们利用高密度多波列地震影像法能快速、经 济地采集地下波动场特征的优点，准确判定地下障 碍物地面位置，结合瑞雷波法的频散曲线确定深 度，取得了非常好的工作成效，为很多建筑、顶管 等工程解决了难题。1 工程物探方法1.1 高密度多波列地震影像法该方法是以小共偏移距、小点距密集采集人工 激发的弹性波中面波及地层在横向、纵向由于不均 匀地质体的存在（如空洞、供水供气管道、涵管等 地下障碍物）而产生的诸如绕射、反射等。通过对 地震影像图的分析来确定障碍物的位置，配合瞬态 瑞雷波法勘探的频散曲线进行合理的地质解释。实际工作中关键是要根据实际情况合理选择激 震方法

5、、检波器频率、偏移距、采集的间距。1.2 瞬态瑞雷波法瑞雷波法勘察也叫弹性波频率测深法，是上世收稿日期：2011-05 -18作者简介：张久文（1962-），男，安徽合肥人，工程师，现主要从事工程物探的研究与实践工作。2011年274安徽地质洞，因此需探明防空洞的分布，以便做相应的基础处理。根据现场踏勘所了解的情况，选择地震影像 法和瑞雷波法相结合来解决防空洞的位置和深度， 从而确定防空洞的分布状况。图3是其中的一条地震影像图，横轴为距起点的进水闸、前池基础开挖前获悉地下有城市天然气输送管道，但具体位置不详。为探明天然气输送管道具体位置和埋深，以便 在管道处进行人工开挖，避免机器开挖造成管道受

6、 损，决定使用工程物探方法进行勘探。通过现场踏勘后决定采用地震影像法确定管道 位置，用瑞雷波法探测管道的埋深。图 1 为泵站前 池的一条测线地震影像图。横轴为距起点的接收道 数，纵轴为弹性波传播时间。可以看出：在第11道 左右， 10 20ms 的两个强振幅同相轴不连续，其 两侧下方至 60ms ，有相对较强振幅的绕射波形出 现，整体构成以第11道为弧顶的绕射弧，说明管道 的中心位于第11道下方。为进一步探明管道埋深， 在管道上方布置了一个排列的瑞雷波勘测剖面，经 计算机处理后得到频散曲线如图2，在3.9m左右出 现“之”字形回折，而已有工程勘查资料显示在此 深度没有岩性分层界面，因此初步判定

7、管道埋深 3.9m，后进开挖验证，解释完全正确。图 3 高密度多波列地震影像图fig.3 high-density multi-wave seismic image接收道数，纵轴为弹性波传播时间。从中可以看到在纵轴100ms左右有几组较强的同相轴，但在横轴100150地震道间有明显的弧形凸起，且弧的两翼 延伸至300ms以下，说明该段测量点下方有防空洞存 在。为此，在其上方布置一个瑞雷波排列，得到的 频散曲线如图4，图中8m左右频散点稀少，下方频散 曲线平直也有些异常，和附近（2030m）地下无防 空洞的频散曲线（图5）有明显的差异。110203040 chn no.050100150200m

8、s图 1 高密度多波列地震影像图fig.1 high-density multi-wave seismic imagechn no. 501001502002500100150图 4 防空洞上方瑞雷波频散曲线图fig.4 above-air-raid-shelter rayleign wave dispersion curve为进一步证实防空洞的存在及准确深度，将排列平移6m，测得频散曲线如图6。对比可看出，在8m下方有“之”字形变化，因此判定防空洞洞顶在8m左右。3 结论200ms图 2 瑞雷波频散曲线图fig. 2 rayleign wave dispersion curve2.2 地下防

9、空洞位置确定某建筑场地地下有早些年留下已废弃的防空 第 21 卷 第 4 期张久文:地震影像与瑞雷波法在探测地下障碍物中的应用275图 5 无防空洞处瑞雷波频散曲线图fig.5 without-air-raid-shelter rayleign wave dispersion curve图 6 防空洞附近瑞雷波频散曲线图fig.6 near-air-raid-shelter rayleign wave dispersion curve王治华,等，地震影像法及其应用j，物探与化探,2008,(6). 王书增,等，面波法在堤坝隐患勘查中的应用j，地球物 理学进展,2005,(1).12地震影像法和

10、瑞雷波法相配合在探测供水供气管线、防空洞、沉井等地下障碍物或勘查岩溶、土 洞等具有快速、准确、经济等诸多优点，以上只是 大量工程实践中较为简单明了的案例，借此和大家 进行交流，以促进该方法在各类工程建设中的应用 研究，实现更好的社会、经济效益。参考文献：3夏学礼,等，多道瞬态面波勘探频散曲线唯一性问题j，物探与化探,2008,2.严寿民,等，瞬态瑞利波勘探方法j，物探与化探,1992,(2). 殷勇,等，瞬态瑞雷波技术在岩土工程中的应用j，工程 勘察,2005,(2).45seismic image and r ayleign wave method applied in finding un

11、derground obs tacles zhang jiu-wen (no.327 team of bureau of geology and mineral exploration of anhui province, hefei, anhui 230011, china)abstract : engineering construction often entercounter under ground obstacles such as water, gas supply pipeline or air -raid shelter. it is important to accurately determine their locations and take proper measures. this paper, based on two engineering examples, briefly introduced application of seismic image and rayleign wave method in solving the issues and concluded their advantages in swiftness, economy and accuracy if they are correctly used