杨坤
贵州大学 贵州省贵阳市 550004
【摘要】本文围绕横波勘探技术在基岩埋深调查中的应用问题进行分析与探讨，首先对横波勘探技术的基本工作原理进行分析，然后对横波震源的选择问题进行研究，并对横波勘探观测采集的主要内容进行阐述，最后对横波勘探成果作出合理解释，认为在诸多勘探技术方案中，地震横波勘探技术表现出了干扰波少、高频特性好、反射能量强等一系列应用优势，可进一步应用于基岩埋深调查工作中。
【关键词】基岩；埋深；横波勘探
对于工程项目而言，在项目选址前期必须深入勘查并评价被选择场地的工程、环境、水文等地质条件。在诸多勘探技术方案中，地震横波勘探技术表现出了干扰波少、高频特性好、反射能量强等一系列应用优势，对地下基岩埋深的定位效果确切，在工程前期选址中有着非常独特的应用价值。以下即围绕横波勘探技术在基岩埋深调查中的应用问题进行分析与探讨。
1 横波勘探工作原理
受外部作用力的影响，岩体结构会产生一定程度上的切变以及体变，其中体变导致纵波的产生，切变导致横波的产生。具体到切向应力的影响上来看，岩层质点相互交替错动导致振动反复发生，其所对应的传播方向与质点运动方向呈现垂直相关性关系，进而导致横波的产生。从这一角度上来说，横波是在剪切作用力影响下所生成的，具体到的液体以及气体环境来看，其所对应的介质剪切模量取值为零，无法对横波进行传播，因此仅固体介质环境中对横波有良好的传播效果。从波动理论的角度上进行分析，在弹性介质中，横波、纵波的传播速度主要受到介质弹性模量、剪切模量、泊松比、以及介质密度的影响。也有观点中认为，在松散介质环境条件下，将频率维持在恒定范围内，则纵波分辨率显著低于横波分辨率。除此以外，纵波速度相对于介质饱水度的敏感性较高，横波波速受此因素的影响较不明显，因此基于横波的勘探技术在浅层勘探领域中更具应用优势。
横波勘探技术是在人工震源激发作用下，导致震源周边介质质点形成振动，地壳介质中地震波大量传播，传播过程中一旦遭遇两类弹性性质不同介质的分界面的情况，受特殊因素影响导致反射作用的产生，横波反射波信号被检波器接收，并在浅层地震仪作用下对所返回地震波信号进行接收，通过对振幅特征以及时频特征进行分析的方式，掌握地下地质体所对应的具体特征信息，从而面向基岩埋深调查工作的开展所服务。
2 横波震源的选择
为达到激发地震波的功效，考虑工程前期选址环节中基岩埋深调查的具体情况与需求，选择高压气体冲击震源进行激发，此项技术借助于压缩高压气体的瞬间定向释放高水平能量的方式，发挥对地震波反射高压气体的激发作用，以达到冲击震源系统的目的。基于高压气体的冲击电源由电瓶装置提供电能支持，在直流电动油泵装置作用下将油液自油泵油箱转移至油缸内，油缸活塞上升过程当中，锤头沿导柱顶起升高，通过这种方式使高压气包中的气体得到充分压缩，在压缩过程中对能量进行充分储蓄，在锤头达到指定高度的情况下锁住拉杆，以此种方式确保油缸回油归位。在基岩埋深调查需要进行激发的情况下，敲击并对打开锁具，解锁拉杆，将能量自高压汽包中充分释放，使地面砧板承受来自于岛主定位锤头的冲击作用力，进而形成高频人工地震波。与其他常规勘探技术手段相比，基于横波勘探的震源系统在应用于基岩埋深调查的过程中表现出了干扰波少、高频特性好、反射能量强等一系列应用优势，并且设备体积小，操作简单，使用安全可靠，不受工程现场环境以及场地条件的限制，对各种环境以及地形条件有良好的适应性，总体应用效果是非常理想的。
3 横波勘探观测采集
实际工作中，相关人员需要结合项目基岩埋深勘探任务以及实际地震地质、环境条件，对勘探方法、野外观测系统以及采集参数条件进行合理选择，从而确保野外地震数据的品质达到理想状态。同时，相关人员需要在每日数据采集前通过日检仪器设备的方式，确保整套系统工作运行的正常性。下图（如图1）所示给出了横波勘探过程当中炮点横波反射记录示意图。图1显示，有一处反射波存在于双回程反射时间160.0ms位置，所对应反射界面明显。数据观测与采集系统续选用全数字化地震数据采集系统，检波器选用纵横波两用传感器装置，震源选用高压气体冲击震源。在此基础之上，考虑进场区地震资料以及施工现场的实际条件，沿场地配置2条测线，以确保基岩埋深调查结果的准确性与可靠性。
图1：横波勘探期间炮点横波反射记录示意图
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4 横波勘探成果解释
通过沿反射时间剖面图对波组追踪数据进行分析发现，浅层人工地震反射时间剖面揭示的多组地层反射波具有较高的信噪比和分辨率，并且沿剖面横向有良好的可追踪性特点，界面起伏所展现出的形态正常且清晰。同时，在借助于对横波勘探技术的合理应用，可以在地质数据以及钻孔资料的辅助下，对所存在的断层构造形态进行合理分析，掌握断层接触关系以及空间分布形态特征。下图（如图2）所示给出了2#测线横波地震反射时间剖面图。结合图2数据，考虑场地地质资料，2#测线各波组地质解释均为P1波组，属于基岩顶界面反射波，测线有良好的可追踪性，具有同相轴连续性以及强能量特点，无波组异常症状。因此，通过初步分析，可以得到勘探区域上覆层的平均速度，进而对界面埋深深度进行准确推算。
图2：2#测线横波地震反射时间剖面图
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5 结束语
本文上述分析中尝试应用横波勘探方法围绕基岩埋深展开调查与分析，结果显示：沿场地所配置2条测线所对应基岩反射截面均具有可追踪性、能量强以及同相轴连续性特点，地层构造平稳，上述结果提示浅层地震测线通过区域下部地层未见隐伏断裂带。由此可见，在诸多勘探技术方案中，地震横波勘探技术表现出了干扰波少、高频特性好、反射能量强等一系列应用优势，对地下基岩埋深的定位效果确切，值得进一步推广应用。
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