荣 强 张 巍

（辽宁省水利水电勘测设计研究院勘察分院 辽宁 沈阳 110006）

0 概述

地球物理勘探简称物探，是一种科技含量较高的工程勘察技术， 是用物探专用仪器对地层岩性及构造进行勘察，为工程设计提供地质资料的一种方法。 瑞雷波法是二十世纪九十年代中期发展起来的一种新的物探方法，随着分析软件的不断完善使该方法日见成熟，较好地解决了实际工作中较复杂的地质问题。

物探方法的物理前提是利用地下介质间的物性差异，来解决地质问题。 地震勘察是其中的一种方法，其方法是通过仪器接收地层受人工激发震动波的响应来达到探测地下介质特征的一种方法。 地震勘察方法主要有地震折射波法、地震反射波法，地震瑞雷波法。 瑞雷波速度VR 与横波速度VS相近，频率低，瑞雷波法主要适用于浅层第四系松散堆积物的分层及覆盖层厚度，软岩及软弱夹层的勘察。

1 瞬态瑞雷波法的基本原理与工作方法

1.1 基本原理

瑞雷波也称为面波， 它存在于介质自由表面附近， 是P波、S 波迭加的结果。 早期瑞雷波是干扰波，是工程勘察中尽量避开的振动波， 随着科学技术的不断发展和方法的改进，瑞雷波成为一种新的物探手段。 瑞雷波传播具有以下主要特性：

在不均匀介质中瑞雷波速度（VR）具有频散特性，此点是面波勘探的理论基础。 瑞雷波某一波长的速度主要与深度小于1/2 波长的地层物性有关。 同一击震条件下面波的振幅按r-1／2 减小，体波（VP、VS）振幅按r-1 的衰减，即瑞雷波比体波衰减慢的多，这是开展面波勘探的优越性之一[1]。

瑞雷波勘探方式按震源的方式不同分为稳态法和瞬态法，早期采用稳态法其激震设备笨重，工作效率低，近期由于瞬态法软件的问世，解决了瞬态法的关键问题，大大的提高工作效率。

1.2 工作方法

瞬态瑞雷波法的工作方法是在地面上人工施力一瞬间冲击力，在地面表层产生一定频率范围的瑞雷波，它是由多个简谐波组成，这些简谐波叠加一起，并以脉冲的形式传播，每一个谐波都以一定的速度VR 传播，VR 是频率f 函数。 在地面沿瑞雷波传播方向布置多道检波器进行观测，通过对所采集数据进行频谱分析和处理，把不同频率的瑞雷波分离出来，得到频散曲线VR-f，最终结合实际工程地质情况对频散曲线进行定性分析和定量解释。

2 工程应用实例

三座店水利枢纽工程位于内蒙古自治区赤峰市初头郎乡三座店村附近的阴河下游，距赤峰市35 公里。 水库主要任务是：防洪、城市用水、工农业生产用水、生活用水、发电等。

地震瞬态瑞雷波法在外业工作正式开展之前，首先进行展开排列的试验工作，并由此来确定面波勘探测线合适的长度、道间距、偏移距，以获得最佳效果，本次工作在经过展开排列实验后，选择的布置方案为；一次布置24 个检波器，道间距2m、偏移距4m、采样间隔0.25μs、2048 个采样数据，配置4Hz 低频检波器，震源采用敲击震源。

仪器采用北京水电物探研究所研制生产“SWS 工程勘探与检测系统”，该仪器可做地震折射波法、反射波法、瑞雷波法等地球物理勘察工作。

2.1 在电站洞口的应用

该工程电站洞进口开挖过程中距断面上沿埋深10～13m深处有一破碎夹层呈全风化状态，厚度不均，在电站洞进口开挖的断面内均有分布，最低处距洞顶约4m 左右，其上、下层岩性均为弱风化玄武岩， 为施工的安全考虑， 需对前方30m 范围内进行勘察，确定该破碎夹层的分布情况。

该场地岩性以第三系上新统玄武岩为主，由于该场地曾经过多次火山喷发，岩层的结构较复杂。 较典型结构为当岩体风化后又被下一次火山喷发的岩浆所覆盖， 造成破碎夹层。 开挖的电站洞洞口在Ⅰ级阶地，其施工断面的上沿为Ⅱ级阶地，地势较平坦，覆盖层较薄，有利于面波的勘察，测线布置在Ⅱ级阶地上。

瑞雷波测试数据使用SWS 面波处理软件系统进行处理。根据频散曲线上拐点或“之”字型折点，给出速度层模型后经反演拟合解释进行层位划分，并计算各层瑞雷波速度值。 从所作的15 个测点的频散曲线来看大部分都有明显的拐点和“之”型变化。

本次工作在开挖断面的上部Ⅱ级阶地的平台上布置了15 个地震瑞雷波测试点，连接成4 个剖面，开挖断面正前方为Ⅰ、Ⅱ剖面，开挖断面右侧为Ⅲ、Ⅳ剖面。 经瑞雷波软件分析处理, 绘制出瑞雷波波速沿深度变化的剖面图， 既地震面波-地质剖面图，其中Ⅰ剖面在开挖断面前方15m 处，其软弱夹层较厚， 在埋深9.0-14.7m 深度范围内存在着低速破碎带夹层，与洞口开挖边坡的断面基本吻和。 从4 个剖面的解析资料显示，开挖断面向前沿深30m 范围内，该破碎夹层最低点的高程为715m，对电站洞的开挖不会造成太大的影响。

2.2 在浸没区勘察上的应用

浸没区位于库区上游的孤山乡境内，其范围在孤山村与北山根村之间，浸没区勘察的主要目的是了解第四覆盖层的分层情况。 根据测区钻孔揭示上部为粉土、细砂、中砂、 砂卵石、卵石夹泥等。 该地区地层有超径卵石的存在，是钻孔勘查最困难的地层。

采用瞬态瑞雷波法在浸没区共做了15 的测试点， 联成五个剖面，从采用瞬态瑞雷波法所测的质料来看与钻孔质料基本吻合。 在2 天半的时间内完成外业勘察工作，为地质勘查提供了可靠的地质质料，大大的提高了工作效率。

瞬态瑞雷波勘探法的频散特性与介质的紧密相关性是它的物理基础，与常规物探方法相比它具有分辨率高、应用广泛、受场地影响小、检测设备简单、检测速度快等优点。 实测的瑞雷波速度—深度曲线常出现”之”字形的原因；一是由于高阶导波的影响，二是由于地层中低速夹层所致的频散曲线的单调性[2]。

地震折射波法要求下伏层速度大于上覆层速度，地震反射波法要求各层介质间存在波阻抗差异，而面波勘探不受上述物性条件制约， 仅要求各层介质间存在横波速度差异，由于横波速度主要与介质的松散与密实程度有关，因此在地层划分方面有较好的分辨能力，较适合于软岩及密实度差异较大的第四系地层地区的勘探[1]。 瞬态瑞雷波在三座店水利枢纽工程中的应用确实得到了事半功倍的效果。

3 结束语

瞬态瑞了雷波法是一种新兴的物探方法， 它在地层划分、评价地基质量、岩体风化分带等方面取得广泛的应用，能较好地解决实际工程地质问题，与其它物探方法相比具有工作方法简单、资料分析较简便、工作效率较高、成果直观等优点。

［1］程立.瞬态瑞雷面波法在软岩地层勘探中的应用[J].西北水电,2002(2).

［2］陈祥.面波“之”形速度—深度曲线的成因[J].地球物理学进展,2004(4).