一种天然源面波智能勘查技术：WD智能微动勘探技术

北京市水电物探研究所 刘云祯

      1992年我和我的团队发明了多道瞬态面波勘察技术，在近30年的岩土工程勘察中，如果说瞬态面波是地震波勘探中使用多一门技术，应该说不过分。“911”事件后，由于勘察较大深度需要大能量震源（包括炸药震源），瞬态面波的应用遇到瓶颈。有的去研究震源，我们开始研究天然源面波勘探技术（又称：微动勘探技术，噪音勘探技术）。

      该技术基本原理是基于阵列设备采集地面微动信号，通过数学计算及相关的数字处理技术提取面波信号（主要为瑞雷波）的相速度频散曲线，经反演计算获得阵列下方介质S波速度结构，进而推断其地质结构的一种物探方法。

      我推荐这种方法，是因为我们突破了该方法盲目采集的工法，研制成功WD智能微动勘探系统。该系统做到了：只要把采集站按照台阵布置要求，安置到测点上，启动采集后在控制仪器的屏幕上即显示：面波相速度频散曲线逐渐形成的过程，待速度值和曲线折拐点逐渐稳定、基本不变动了，终止采集并存储，测点勘探工作结束。一般采集15至20分钟即可完成一个勘探点。

      我推荐这种方法，也因为我担任中国建筑学会工程勘察分会物探专委会主任期间，每每动员采用物探技术，总会听到一种反映物探不容易搞好的情绪，就想搞一款类似傻瓜相机的物探仪器。我现在推荐的WD智能微动勘探系统就是这样一款傻瓜勘探仪器。可以说只要你会开电脑就能完成测点数据的采集任务。我形容是：看着地脉动，便知地层厚度和软硬。

      下面介绍几个工程应用的实例，供们点评：

1、隐伏地质构造调查

勘探地点河南洛阳龙门，图中勘探深度2000米，图左埋深300米、500米位置的面波速度线由左至右呈现下拉现象，表示面波速度降低的趋势，可解释其上覆地层受构造带影响发生沉陷变形所致。埋深750米位置的速度呈现明显降低弧线，在速度1250m/s和1500m/s之间，有一个1250m/s的低速团块，可解释为夹在破碎带中的风化岩体。两条断层的破碎带总宽度约800米。

2、城市断层调查

图中勘探地点为乌鲁木齐，工区概况：地表全部被第四系冲积卵砾石地层覆盖，隐蔽式地质构造；市区道路交通繁忙，居民区楼宇密集。

勘探成果：准确划分城市隐伏断层的空间位置，划分与评价建筑场地类别等。

WD微动勘探成果

3、城市地铁线路采空区地质勘查

勘探地点为广州，工区概况：拟建地铁线路穿越煤矿采空区，需查明采空区位置及空间状况，为地铁线路设计及施工提供地质依据。

勘探成果：两条平行的勘探线资料，由图左面波速度可见无采空区的岩体，其速度随深度增加，速度线近平行分布，图中间段存在速度递减的明显变化。速度异常变化的地段推断为采空区。经过与钻探异常对比分析，圈定采空区范围和高程，经钻孔验证，准确率83%以上。

4、尾矿堆积坝勘察

勘探地点陕西，工区概况：沟谷型尾矿库，库区内无4G网络。

勘探成果：测深220米，微动勘探的面波等速度剖面图清晰反映尾矿砂的沉积分层、高低速度互层和堆积坝坝底原始地层的工程地质条件。

结论：尾矿堆积库内钻探取样率低，WD智能微动勘探分辨能力高，是进行尾矿坝安全评价的有效勘察手段。

5、盾构施工线路勘察

勘探地点深圳，工区概况：新建快速通道在已有线路下，拟采用盾构施工。需查明下伏花岗岩界面深度、岩体的风化分带。为盾构施工方案提供地质依据。

勘探成果：获得100米深度以上面波速度资料，图中可见花岗岩的构造风化和垂直风化特征明显，风化界面起伏较大。选择速度相对平缓的地段与钻孔对比分析，确定速度与风化的对应关系，再外推延展解释地质界面。

结论：利用WD智能微动勘探，结合钻孔资料分析，准确圈定盾构线路高程内花岗岩的风化分带位置与埋深，使盾构机可以“看到”前方地质条件，从而有针对性地选择盾构施工方案。

对起伏较大的基岩面调查，单靠钻探手段很困难。一是不可能布置过密的钻孔，二是城市交通条件和要求也不允许。所以，合理地采用钻探与微动勘探相结合的方法，事半功倍，是科学的。

6、铁路高架桥桥址勘察

工区概况：场地为黄土覆盖，厚度几米~几十米，下伏基岩为灰岩。桥址勘察由铁道部第三勘测设计研究院承担。

勘探成果：勘探深度65m，以面波速度划分土石界面，其结果与钻孔对照，准确度以上。

铁三院物探所评价：

·　单点采集时间短并可数据采集质量；

·　频散曲线成果实时显现；

·　探测深度为大边长的2~5倍，受地形影响小；

·　数据处理参数固化，成果野外实时显示，不存在人为因素；

（文中插图来自工程实践，由下列单位提供，在此一并感谢！）

新疆维吾尔自治区地质调查院

广东煤炭地质局勘查院

有色工业西安勘察设计院

深圳市工勘岩土集团有限公司