微动技术在工程地质勘查中的应用

微动技术在工程地质勘查中的应用摘要：地质雷达、浅震、高密度、瞬变等常规物探技术在浅部勘探中应用良好，却难以满足中深部勘探的需求。而可控源音频大地电磁法、地震、磁法、重力等为深部勘探中常用的手段，也存在一些缺陷，例如电磁法存在电磁干扰、重力在深部不能满足高精度探测需求、地震需要强大震源危险且成本高昂等等，所以新的物探手段一一微动勘探技术，成了目前地勘行业研究、应用的热点。微动勘探技术采集天然源信号，不受电磁干扰、绿色环保，分辨率高、探测范围大、经济高效，在城镇等人口密集区有着传统物探手段不可比拟的优势。本文以当地地质环境数据为基础，详细阐述了微动技术在地质勘查中的运用。关键词：微动技术；工程；地质勘查引言“微动勘探技术”也称为“天然源面波勘探技术”，是一项较新的地球物理勘探新技术，虽名称不同，但本质相同。在地球表面，无论何时何地都存在一种天然的微弱振动，如自然现象和人类活动，这是一种由体波和面波组成的复杂振动，面波的能量占信号总能量的70%以上，振动信号的振幅和形态随时空变化而发生变化，但在一定时空范围内具有统计稳定性，可用时间和空间上的平稳随机过程描述，这些振动信号为微动提供了震源。微动勘探无需人工震源，具有精度高、抗干扰能力强、操作简单、实施速度快、经济、环保等特点，近年来逐步应用于矿产勘查、地下空间勘察、灾害勘察、工程勘察及工程检测等领域。但到目前为止，关于微动勘探技术在工程地质勘察领域系统研究及推广应用仍较少，前人研究大都较为零散和单一，未形成完整的方法体系。1微动探测勘察利用微动探测技术进行煤矿采空区的勘察，使用仪器为GT-MST微动测试仪。GT-MST微动测试仪的标准配置具体为：10台GT-MST基站，含电源适配器、网线等；10只检波器，频率可选;Lora天线、GPS天线、WiFi天线；1个U盘，含采集软件;1台笔记本电脑；1台工业AP;1套处理软件。该微动测试仪采用无线节点式基站，可据勘察需求拓展基站数量;具备高精度外置GPS，记录子基站点位，一键生成平面位置分布图;具备本地对时、GPS对时2种时间同步模式;具备24位高性能AD，可实现各通道同步采样;可以无线操控，界面友好，设备轻便，仪器功耗低，连续工作时间大于12h;可以实现工业级AP通信，户外可满足半径100m无线传输;可选配单分量或三分量微动检波器;具有离线数据存储模式，可满足连续12h的数据存储。GT-MST微动测试仪主机参数:主控单元为Windows笔记本电脑；采样频率为1〜32kHz;采样点数为可离线连续存储12h数据;采样分辨率为24位AD;动态范围为大于140dB;共模压制小于1%;时间精度小于5X10-6;道间串音压制为140dB;供电模式为内置高性能复充锂电池;功耗小于4W;通信方式既支持有线，也支持无线；工作温度为一20〜+55°C;尺寸为220mmX150mmX75mm;质量为2.0kg。探头参数:类型可以选择三分量、水平分量以及垂直分量3种；自然频率可以选择2、1、0.5Hz。在实施微动探测前，要对GT-MST微动测试仪实施标定和一致性检测，以确保该仪器能够完成勘察任务。在检测时，仪器的输出带宽需要在1〜100Hz范围内。同时还要保障无车辆、天气晴朗无风，不存在较大干扰，并尽量减轻人员走动带来的轻微扰动。2研究区概况研究区位于邹城市张庄镇魏口村附近（图1）。该地区分布于张庄镇、香城镇低山丘陵区，地面高程一般在200〜500m，面积75.70km2；该区域内花岗岩节理、裂隙发育，球状风化强烈，地质灾害类型主要为崩塌，地质灾害隐患点共6处，目前处于不稳定状态，威胁房屋、居民、建筑设施、农田、道路等。本次在典型斜坡上顺着高程等值线方向布设综合测线AB，同时进行多道瞬态面波和微动探测。图1研究区地形地貌3数据处理分析瑞利面波频散曲线提取的常用方法有空间自相关法（SPAC）、表面波谱法（SASW）、频率一波数法（F-K）、T-p变换法、相位展开法等。本次多道瞬态面波选用F-K法，微动探测选用SPAC法。剖面资料处理需先按常规面波勘探方法对野外采集的资料进行单点处理。多道瞬态面波单点数据处理流程一般为：切除干扰波一拾取面波一频率波数域谱分析一提取频散曲线一反演；F-K域分析时，可通过二维滤波突出基阶面波能量，确认基阶面波频散曲线。微动探测单点数据处理流程一般为：数据预处理一计算空间相关系数一第一类零阶贝塞尔函数拟合一提取频散曲线一反演；采用最小二乘法进行贝塞尔函数拟合，不能呈现第一类零阶贝塞尔曲线形态的自相关系数曲线应舍弃，以免影响最终频散曲线的求取精度。4微动勘探工程应用分析应急工程（如抗震救灾、地质灾害抢险工程等）要求的是快速、准确、可靠，因为时间就是生命。为给救灾等重大任务争取时间，需要勘察、设计、施工在最短的时间内高标准、高质量完成相关任务，而常规的工程勘察方法由于耗时长、精度差、深度浅、覆盖面窄等，已不能满足工程建设紧迫性的要求。临时性工程(如民用大型临时设施、国防野战机场、临时掩体、机动阵地等不仅数量多、位置分散、自然环境恶劣、交通条件差)要求的是便捷、快速、机动、准确、可靠，常规勘察方法如钻探，由于需长途运输、频繁搬运、大量供水、供电、供油，且勘察速度慢、效率低、可靠性差，且不利于保密，勘察实施中具有较大的限性。地勘资料作为设计和施工的基础性资料，时效性和可靠性对工程建设至关重要，针对应急性工程、临时性工程，本研究提出采用以微动勘探为主，常规勘探方法为辅的综合勘察方法。所指特殊地区是针对“高海拔、高寒、干旱、偏远”地区，这些地区往往自然环境恶劣、地质环境复杂、交通条件差、供水、供电、供油困难，勘察难度高，且勘察成本难以控制，勘察质量难以保障。本文通过理论分析和工程实践，总结出一套基于微动勘探技术的快速勘察技术方法，不仅能在一些特殊地区采用，也能为其他类似工程勘察提供技术参考。结束语微动勘探技术可实现无损勘探，对环境友好；抗干扰能力强，适用于人口密集区；探测深度范围大，对浅部和深部信息均可识别。既能识别储热层、断裂构造等低速目标，也能识别例如变质岩、致密金属矿体等高速岩体。在中深部勘探时，与传统物探方法相比，对异常敏感、分辨率高，异常形态刻画清晰，方法优势明显，具有广阔的生产应用前景。参考文献董耀,高鹏举，金路，李恒，肖娟.微动探测在城市地质勘查中的应用研究[J].能源与环保,2019,41(12):88-92.刘黎东.微动技术在城区不良地质体勘察中的应用研究[J].铁道工程学报,2019,36(05):1-5+46.殷勇，吴明和.微动勘探技术在建筑岩土工程勘察中应用研究[J].福建建筑,2018