本文摘要：文章是一篇地質論文，主要講述了現在地理工程運用的先管理發展狀態，同時也對瞬態面波勘探及應用的介紹。本文選自：《中國地質教育》,《中國地質教育》(季刊)創刊于1992年，由中國地質學會、中國地質大學(北京)主辦。本刊是我國惟一一份地學教育與研究的學術
文章是一篇地質論文，主要講述了現在地理工程運用的先管理發展狀態，同時也對瞬態面波勘探及應用的介紹。本文選自：《中國地質教育》,《中國地質教育》(季刊)創刊于1992年，由中國地質學會、中國地質大學(北京)主辦。本刊是我國惟一一份地學教育與研究的學術性期刊，以其指導性、學術性、應用性為特色，是地學教育研究人員、各級領導、教育管理和師生員工的學術論壇、決策參謀和良師益友。榮獲“地學人物”欄目被評為“北京高校人文社科學報優秀欄目”。
摘要：應用瞬態法進行現場測試時一般采用多道檢波器接收，以利于面波的對比和分析。當錘子或落重在地表產生一瞬態激振力時，就可以產生一個寬頻帶的R波，這些不同頻率的R波相互迭加，以脈沖信號的形式向外傳播。當多道低頻檢波器接收到脈沖形振動信號后，經數據采集，頻譜分析后，把各個頻率的R波分離出來，并求得相應的VR值，進而繪制面波頻散曲線。
關鍵詞：瞬態面波,地理勘探應用,地質工程,地質制度,地質論文
1 前言
面波勘探，也稱彈性波頻率測深，是國內外近幾年發展起來的一種新的淺層地震勘探方法。面波分為瑞利波(R波)和拉夫波(L波)，而R波在振動波組中能量最強、振幅最大、頻率最低，容易識別也易于測量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。
人們根據激振震源的不同，又把面波勘探分為①穩態法、②瞬態法、③無源法。它們的測試原理是相同的，只是產生面波的震源不同罷了。
1938年德國土力學協會首次嘗試用穩態振動來檢測巖土的各種彈性力學參數。1960年美國密西西比陸軍工程隊水陸試驗所開始開發類似的技術方法，但由于當時技術條件的限制，均未獲得成功。70年代初美國F·K·Chang等人利用瞬態激振產生的瑞利波來研究淺部地質問題，并于1973年在第42屆國際地球物理勘探年會上發表了“Rayleigh Wave Dispersion Technique for Rapid Subsurface Exploration”(瞬態面波在淺層勘探中的應用)論文，報道了有關的研究成果。在穩態方面，直到80年代初，日本的VIC株式會社經過多年的研究試制，推出了GR-810佐藤式全自動地下勘探機，才使該項物探技術在淺層工程勘察工作中得以應用。通過幾年的實踐和初步研究，R波在巖土工程勘察中的應用大致分為以下幾個方面：
⑴ 查明工程區地下介質速度結構并進行地層劃分;
⑵ 對巖土體的物理力學參數進行原位測試;
⑶ 工業與民用建筑的地基基礎勘察;
⑷ 地下管道及埋藏物的探測;
⑸ 地下空洞、巖溶、古墓及廢棄礦井的埋深、范圍等探測;
⑹ 軟土地基加固處理效果評價及飽和砂土層的液化判別;
⑺ 公路、機場跑道質量的無損檢測;
⑻ 江河、水庫大壩(堤)中軟弱夾層的探測和加固效果評價等;
⑼ 場地土類別劃分及滑坡調查等;
⑽ 斷層及其它構造帶的測定與追蹤等。
2 勘探原理
面波是一種特殊的地震波，它與地震勘探中常用的縱波(P波)和橫波(S波)不同，它是一種地滾波。彈性波理論分析表明，在層狀介質中，拉夫波是由SH波與P波干涉而形成，而瑞利波是由SV波與P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介質自由表面附近，其能量的衰減與r-1/2成正比，因此比體波(P、S波∝r-1)的衰減要慢得多。在傳播過程中，介質的質點運動軌跡呈現一橢圓極化，長軸垂直于地面，旋轉方向為逆時針方向，傳播時以波前面約為一個高度為λR(R波長)的圓柱體向外擴散。
在各向均勻半無限空間彈性介質表面上，當一個圓形基礎上下運動時，由它產生的彈性波入射能量的分配率已由Miller(1955年)計算出來，即 P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是說，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作為勘探方法，其信噪比會大大提高。
綜合分析表明R波具有如下特點：
⑴ 在地震波形記錄中振幅和波組周期最大，頻率最小，能量最強;
⑵ 在不均勻介質中R波相速度(VR)具有頻散特性，此點是面波勘探的理論基礎;
⑶ 由P波初至到R波初至之間的1/3處為S波組初至，且VR與VS具有很好的相關性，其相關式為：
VR=VS·(0.87+1.12μ)/(1+μ); 式中：μ為泊松比;
此關系奠定了R波在測定巖土體物理力學參數中的應用;
⑷ R波在多道接受中具有很好的直線性，即一致的波震同相軸;
⑸質點運動軌跡為逆轉橢圓，且在垂直平面內運動;
⑹ R波是沿地表傳播的，且其能量主要集中在距地表一個波長(λR)尺度范圍內。
依據上述特性，通過測定不同頻率的面波速度VR，即可了解地下地質構造的有關性質并計算相應地層的動力學特征參數，達到巖土工程勘察之目的。
3 野外工作方法
當選取兩道檢波數據進行反演處理時，應使兩檢波器接收到的信號具有足夠的相位差，其間距△x應滿足(λR/3)～λR，即在一個波長內采樣點數要小于在間距△x內的采樣點數的3倍，而大于在間距△x內的采樣點數的1倍，該采集濾波原則對于不同的勘探深度及儀器分辨率和場地地層特性可作適當調整。
當采用多道檢波數據進行反演處理時，雖然不受道間距公式的約束，但野外數據采集時也應考慮勘探深度和場地條件的影響。一般來說，當探測較淺部的地層介質特性時，易采用小的△x值并用小錘作震源以產生較強的高頻信號，即可獲得較好的結果;當探測較深部的地層介質特性時，易采用較大的△x值，并用重錘沖擊地面，以產生較低頻率的信號，使其能反映地下更深處的介質信息，達到巖土工程勘察之目的。
震源點的偏移距從理論上講越大越好，且易采用兩端對稱激發，有利于R波的對比、分辨和識別，但偏移距增大就要求震源能量加大和儀器性能的改善。一般來說，偏移距應根據試驗結果選取。就目前的儀器設備條件和反演技術水平，選用偏移距20～40m即可獲得較好的測試結果。
由多道檢波數據反演處理后可得一條頻散曲線，一般把它作為接收段中點的解釋結果。實際上該曲線所反映的地層特性為接收段內地層性質的平均結果，故當探測場地地下介質水平方向變化較大時，只要能滿足勘探深度的要求，盡量使反演所用的接收段減小，以使解釋結果更具客觀實際。
4 工程應用
西部大開發十大項目之一的黃河沙坡頭水利樞紐位于黃河上游干流上，上距待建的大柳樹壩址12.1km，下距青銅峽水電站122km，行政隸屬寧夏回族自治區中衛縣。主要建筑物由主壩和副壩兩部分組成，其中主壩擬選壩型為混凝土閘壩，最大壩高39.93m，壩長358.5m;副壩布置在黃河左岸Ⅰ級階地，擬建壩型為土石壩，壩高5m左右，壩長約1.5km。
測區地層巖性由上至下依次為：①覆蓋層由全新統風積砂壤土、粉細紗和全新統沖洪積砂卵礫石組成;②下伏基巖由棕紅色、紫紅色砂質粘土巖組成，局部夾有礫巖。
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