[發(fā)明專利]基于微動頻散曲線和H/V曲線的地下不良地質體無損探測方法及應用

在審

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• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108318918A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉宏岳;林朝旭;黃家坤;殷勇;林孝城;張紅梅;林榮
• 申請（專利權）人: 福建省建筑設計研究院有限公司
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01V1/30
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張磊

本發(fā)明為一種基于微動頻散曲線和H/V曲線的地下不良地質體無損探測方法及應用。探測方法，它包括步驟1：采集多個測點的地表微震動信號；步驟2：分別計算微動臺陣中的Rayleigh面波相速度頻散曲線、臺陣中檢波器各測點的H/V曲線及臺陣幾何平均H/V曲線；步驟3：將各曲線形成等值線圖；步驟4：根據(jù)等值線圖中的異常特征推斷解釋異常地質體。本方法用于在城市工程建設中淺地表100m深度范圍內縱向橫向不均勻地質體的探測。本發(fā)明提高地鐵盾構施工不良地質體探測中揭露孤石、巖溶概率，合理對盾構掘進施工安全性劃分區(qū)域。具有現(xiàn)場采集方便，探測精度高，分辨能力強，同時縮短勘察工期、減少工程費用、降低勘探風險等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及一種工程地球物理探測方法，尤其涉及城市工程建設中淺地表100m深度范圍內縱向橫向不均勻地質體探測的基于微動頻散曲線和H/V曲線的地下不良地質體無損探測方法及應用。

背景技術

地球表面無論何時何地都存在一種天然的微弱震動，稱為地脈動或常時微動(Microtremor or Ambient vibration)，它源于自然界和人類的各種活動。自然界中的風、潮汐、氣壓變化、火山活動等都會產(chǎn)生震動；而人類活動產(chǎn)生的震動包括車輛移動、工廠機械運行，甚至人的行走等，前者頻率小于1Hz，后者頻率大于1Hz。

所有這些震動的能量將以波的形式向遠處傳播，微動是一種由體波(P波和S波)和面波(Rayleigh波和Love波)組成的復雜震動，并且垂直方向上面波的能量占信號總能量的70％以上。盡管微動信號的振幅和形態(tài)隨時空變化而發(fā)生變化，但在一定時空范圍內具有統(tǒng)計穩(wěn)定性，可用時間和空間上的平穩(wěn)隨機過程描述。

花崗巖風化土中的球狀風化核，俗稱“孤石”，主要由不易風化的石英礦物形成石英角礫質殘留核(球狀風化核)組成，在我國南方燕山期花崗巖發(fā)育地區(qū)普遍存在，其形狀各異，大小也從幾十厘米到幾米不等，強度可以達到100Mpa以上。孤石會給地鐵盾構施工帶來極大的風險，盾構機掘進中如果遇到未探明的孤石，經(jīng)常會嚴重損壞盾構機，甚至會造成噴涌、塌方等意外情況。被動的處理孤石也會造成破壞環(huán)境、延誤工期、堵塞路面交通，增加投資控制的不確定性等影響，造成的損失往往是巨大的。因此，在盾構施工開始之前探明孤石是非常有必要的。

孤石探測方法一般為鉆探和地球物理勘探兩大類。其中，鉆芯取樣方法最為直接，往往作為地鐵設計階段最主要的地質勘查手段。但鉆芯取樣只是“一孔之見”，僅能反映鉆孔及其周圍有限范圍內的球狀孤石分布，由于孤石的發(fā)育無明顯規(guī)律性，埋藏及分布也較為隨機，通過鉆芯取樣揭露球狀孤石的信息十分有限,很難通過地質鉆探查明其分布情況。雖然通過加密鉆孔可以提高發(fā)現(xiàn)孤石的概率，減低工程風險，但受成本、場地條件等限制鉆探常常難于實施。同時在城市道路中往往存在密集分布的電力、電信、雨水、污水、燃氣、路燈的地下復雜管道等障礙物，鉆探本身就具有相當風險。因此尋求一種適應城市復雜環(huán)境的地球物理方法來探測孤石勢在必行。

城市地鐵盾構施工孤石探測是公認的技術難題，如廣州地鐵建設中針對孤石的專題研究，采用多達十余種物探方法，由于地鐵建設所處的城市綜合環(huán)境復雜，電磁波類方法受城市復雜電磁背景干擾嚴重，常規(guī)地震方法及直流電法類受城市狹小地面空間、復雜地表情況等影響較大，各類跨孔CT方法有一定效果，相對常規(guī)地面物探方法優(yōu)勢明顯，但孔間不同方法的效果也不盡相同,且受到孔間距的影響，不僅成本高，工期長。總體上諸多物探方法均達不到預期效果，尚難以推廣使用。

淺地表微動探測利用的是微動信號中的高頻段震動源，一般頻率>1Hz，震動源主要與人類活動(交通工具、機器震動等)有關，震動源主要產(chǎn)生于地表，表現(xiàn)為白天/夜晚，工作日/休息日有明顯變化。高頻段的微動信號一般來自較近的震動源，震源大多數(shù)位于近地表。震動源很近時，微動波場包含體波和面波，距離震動源較遠時，面波占主要能量。

目前的微動探測方法是以平穩(wěn)隨機過程理論為依據(jù)，從微動信號中提取面波(Rayleigh波)的頻散曲線，通過對頻散曲線的反演，從而獲得地下介質的橫波速度結構。