城市中的工程地质勘查与山区等其它环境下的勘查不同, 常面临输电线、噪音及金属磁性等多重干扰。微动法具有经济便捷、场地要求低及抗干扰强等特点, 能在城市工程地质勘查中发挥作用。
微动是由空间中各处震动源产生的震动的叠加。由于体波以1/r2衰减的, 而面波是以1/r衰减的, 一定震中距以后波场能量以面波为主。微动波场由主体的基阶面波、少量的高阶面波和体波组成。垂直方向波的主要成分是基阶Rayleigh波, 水平方向波的主要成分是基阶Love波。
微动的频谱特征和偏振特性与场地条件有很好的相关性。Nakamurua于1989年提出单点谱比法研究其关系, 该法具有对环境无干扰、经济简便等很多优点, 尤其适用于城市地质勘查, 并迅速在国内外得到广泛应用。场地单点水平向与竖直向 (H/V) 谱比常用的计算公式如下:
微动台阵法应用比单点谱比法要求更为严格, 首先要保证不同仪器间同步观测数据和空间位置布设准确, 保证正确的识别和获取微动波场中的瑞利波。假设大地上的微动是时间和空间上平稳随机过程, 并且水平向传播通过观测台阵, 利用Aki (1957) 提出并由Henstridge (1979) 等应用的空间自相关法和Capon (1969) 提出并由Lacoss (1969) 等应用的频率-波数法可从台阵记录中提取频散曲线。两类方法均假设。
不同间距台站计算得到的SPAC曲线有效周期范围不同, 将其综合, 就能得到我们需要的频散曲线。图1挑选频散曲线图。其中灰色的圆点是我们根据有SPAC曲线得到的频率慢度关系图而选择的不同频率的慢度点, 相应的实线为频散曲线。
武汉市地铁12号线部分路段穿越老城区, 居民用电及来往车辆干扰强, 沿途房屋、水泥路面不利于钻探等勘查方法的实施, 一般的地球物理勘探法难以取得有效成果, 微动法因其工作原理的不同能较好的适应上述环境。本文以其中2条测线为例, 对其适用性进行评价。
考虑地铁线路的场地条件, 采用8台仪器构成的直线型台阵观察系统 (图2) , 相邻两台站间距均为20m, 观测系统总长140m, 每个测点的监测时间在30分钟以上。首先利用RTK准确放样测点中心位置, 通过测绳确定其余仪器位置, 然后利用RTK记录每个测点的平面坐标和大地坐标。在实施中使用连续滚动法, 每次将2台仪器沿观测方向移动40m。
WD1号测线全长180m, 该基岩面起伏较大, 两侧在20m左右, 中间仅厚数m, 从图2 S波速度剖面看, 在45m、60m、70-80m等处存在低速层, 可能为岩溶主要集中在测线中部, 深度较浅, 在12m-20m之间。
地铁12号线部分路段的微动法勘查揭露了基岩面的深度和基岩面以下岩溶的发育情况, 为该线路的设计优化及后期施工提供了参考。此次微动法勘查的成功实施表明, 在城市各类电、磁和噪音干扰下, 在水泥路面等不利设备布设条件下, 微动法能获得有效的浅部波速信息, 为岩土类别划分提供依据。
摘要：地球物理勘探是工程地质勘查的重要手段之一, 而城市中的输电线、来往车辆和密集建筑物及马路会对地球物理勘探造成极为不利的影响, 大部分地球物理勘探法难以实施。微动法因其便捷高效、抗干扰强等特点适用于城市工程地质勘查。本文以其在武汉市地铁12号部分路段中的应用为例, 分析其成效。两条微动测线的反演成果表明, 在城市强干扰条件下, 微动法能获取有效的波速剖面, 为基岩面的确定和溶洞的识别提供有效参考。
关键词：地质勘查,微动法,基岩面,溶洞
[1] Nakamura, Y., A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface, Q.Rev.RTRI, 30, 25-33, 1989.
[2] Aki, K.Space and time spectra of stationary stochastic waves, with special reference to microtremors, Bull.Earthquake Res.Inst.Tokyo Univ..25, 415-457.1957.
[3] Henstridge J.D., A signal processing method for circular arrays, Geophysics, 44, 179-1, 1979..
[4] Capon J., High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis, Proc.IEEE;57, P1408-1418, 1969
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