面波勘探技术分析
近年来，由于地震的频繁发生，对浅层地球物理勘探技术有了更高的要求，面波勘探技术就是在此情况下应运而生的新的勘探技术，其以简便、快速、高分辨率等特点而在许多领域得以应用，并取得了很好的效果。

本文对面波勘探技术进行了具体的介绍，同时分析了面波勘探技术在野外方法，以及面波勘探技术在工程及应用过程中存在的问题进行了具体的阐述。

标签：面波；勘探；瞬态法
1 概述
随着近几年对浅层地震研究的深入，面波勘探随之发展起来，成为国内外在勘探浅层地震中普遍采取的一种方法。

在面波中有瑞利波（R波）和拉夫波（L 波）之分，在进行面波勘探时通常称为R波，因其在同组波组中具有较强的能量、同时振幅也高于其他波，频率也处于最低点，在测量时很容易识别。

同时面波勘探技术对于面波还有另外一种分法，稳态法、瞬态法和无源法，这种分类法主要是根据产生面波的震源不同进行分类的，但其在测试时的原理是一样的。

2 面波勘探技术
面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的纵波（P波）和横波（S 波）不同，它是一种地滚波。

在各向均匀半无限空间弹性介质表面上，当一个圆形基础上下运动时，由它产生的弹性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）出来，即P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是说，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作为勘探方法，其信噪比会大大提高。

综合分析表明R波具有如下特点：
（1）在地震波形记录中振幅和波组周期最大，频率最小，能量最强。

（2）在不均匀介质中R波相速度（VR）具有频散特性，此点是面波勘探的理论基础。

（3）由P波初至到R波初至之间的1/3处为S波组初至，且VR与VS具有很好的相关性，其相关式为：
VR=VS·（0.87+1.12μ）/（1+μ）；式中：μ为泊松比；
此关系奠定了R波在测定岩土体物理力学参数中的应用。

（4）R波在多道接受中具有很好的直线性，即一致的波震同相轴。

（5）质点运动轨迹为逆转椭圆，且在垂直平面内运动。

（6）R波是沿地表传播的，且其能量主要集中在距地表一个波长（λR）尺度范围内。

依据上述特性，通过测定不同频率的面波速度VR，即可了解地下地质构造的有关性质并计算相应地层的动力学特征参数，达到岩土工程勘察之目的。

3 野外工作方法
在进行野外工作时，一般应用较多的为瞬态法来进行面波频散曲线的绘制，在工作的过程中，会利用多道检波器来对检测的R波进行分析，这种方法在面波的分析和对比中具有很好的效果。

工作时，利用锤子等重物直接作用在地表，然后会产生瞬态的激振力，由此产生宽频带R波，当宽频带的R波以汇集到一起有序的向外传送时就会形成脉冲。

当多道检波器接收到这些R波后，经过系统的分析整理会将不同频率的R波进行分离，进而得到VR值，最终绘制成面波频散曲线。

为了能够更好的进行岩土工程的勘探，在野外进行数据采集的过程中，应该根据实际情况做不同的处理，充分的考虑到采集场地的地质情况。

如果说探测地的底层介质较浅时，可以采用小锤做高频率信号的震源探测，可以获得很好的效果，相反，如果在探测地的地质层介质较深的情况下，就可以采用重锤对地面进行冲击以形成较低频率的信号，以此来探测到更深处的地质信息，所以说应该具体问题具体分析，根据实际情况选择适当的方法。

震源点的偏移距从理论上讲越大越好，且易采用两端对称激发，有利于R 波的对比、分辨和识别，但偏移距增大就要求震源能量加大和仪器性能的改善。

一般来说，偏移距应根据试验结果选取。

就目前的仪器设备条件和反演技术水平，选用偏移距20～40m即可获得较好的测试结果。

由多道检波数据反演处理后可得一条频散曲线，一般把它作为接收段中点的解释结果。

实际上该曲线所反映的地层特性为接收段内地层性质的平均结果，故当探测场地地下介质水平方向变化较大时，只要能满足勘探深度的要求，尽量使反演所用的接收段减小，以使解释结果更具客观实际。

4 工程实例
某测试区的地层结构如下：①覆盖层由全新统风积砂壤土、粉细纱和全新统冲洪积砂卵砾石组成；②下伏基岩由棕红色、紫红色砂质粘土岩组成，局部夹有砾岩。

为探测覆盖层厚度并进行地层划分，采用瞬态面波进行勘探。

R波在非均匀介质中传播具有频散特性，所以不同频率（波长）的R波具有
不同的传播速度。

模型试验和实测结果表明，当探测的岩土层介质较为均一时，R波的相速度随深度的加大而按线性增加，只有出现不同介质的分界面时，频散曲线会出现一个所谓“Z”字型变化，该变化特征是由于地表接收到的波从上一层漏能型波转入下一层漏能型面波，且此转折点与两介质间的界面埋深有密切的关系，由此可依据实测频散曲线的“Z”字型变化点来划分地下岩性变化的分界面。

5 面波探测存在的问题分析
虽然面波探测技术在工程中的应用已很广泛，但实际工作中还存在以下问题：
5.1 在进行面波的频散曲线测试中，有时会出现“Z”字型现象，但是从理论的层面来讲的话，只能是出现折点，所以说对于这种现象在目前的状况下还无法解释，所以还需要在实践中不断的摸索；
5.2 对于面波勘探深度的确定，国内外大多采用半波长作为R波的勘探深度，此关系是一经验公式，但在实际工作中，应根据场地地质条件、探测对象以及孔旁测试对比结果等作适当调整；
5.3 在测试的深度上，以目前的技术力量可以获得的可靠测量深度为二十到三十米，最深的也不会超过五十到六十米。

如果说还要加大探测深度的话，那么对于震源信号就有所要求，必须有足够的低频信号。

但是以现在的技术力量来讲还无法满足更深一步的需求。

5.4 在实际的工作过程中，会因为勘测目的和要求的不同，而对于震源处的R波频率有不同的要求，所以就需要根据实际情况来选择不同的测试工具，产生不同的频率值。

6 结束语
随着科学技术的不断发展，在地球表面的物理勘探中，面波勘探是一种比较新型的勘探技术，其具有一定的优点，操作简单，适用性强，所需的场地较小，可以应用的范围较广。

但是这种技术在实际的使用过程中还存在很多的问题，无论是在理论上还是在实际应用中，都需要通过实践不断的完善，以使这项技术更加的成熟，可以为我国的建筑工程、地质勘探等工程建设做出更大的贡献。

参考文献
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