1.寺廟“活地”簡介
在某寺廟殿廳的一側出現了地面每年不斷隆起的神奇現象（見圖 1），造成上面的地磚被掀起，當地群眾稱之為“活地”，而殿廳內的另一側則無明顯地面隆起，殿廳外的瀝青路面有兩處幅度較小的隆起。該寺廟建在較陡的山坡上，為科學解釋該現象，地質學者進行了一系列的調查，考慮到寺廟周邊地質情況，初步推測該“活地”可能由膨脹土引起，但膨脹土產生膨脹的條件是遇到地下水等類型的流體。在進一步詳細調查時，考慮到寺廟無法開挖、鉆孔的特殊情況，加用了非破損的瞬態(tài)表面波物探方法進行探測。
圖 1 某寺廟“活地”，隆起范圍 2.3m×1.8m 圖 2 寺廟殿廳尺寸及測線位置
2.采用瞬態(tài)表面波勘探方法面臨的問題
寺廟殿廳比較狹小，尺寸僅為 10m×6m（見圖 2），在如此狹小的區(qū)域內，地下的地質情況存在差異。從寺廟邊上水井的水位看，該區(qū)域的地下水位約在 3m左右。為調查清楚“活地”下面地基的地質及流體情況，面波勘探需要獲得地下 4～5m介質的高分辨率的較為精確的縱向二維剖面圖。對于傳統(tǒng)多道瞬態(tài)面波勘察技術（MASW），Park et al.（1999a）指出，為了在低頻區(qū)更精確的確定相位速度，需要盡可能的使用長的檢波器排列[1]，對于該場地，若采用 24 道檢波器進行布置，最大僅可布置 23×0.4m（道間距）的固定排列。但是長的檢波器排列會降低勘探的橫向分辨率，這是因為傳統(tǒng)的多道瞬態(tài)面波技術獲得的是整個排列長度的平均速度模型。而且，受場地范圍限制，無法移動排列，僅可獲得一維的剪切波速結構。若減小道間距，又會影響探測的有效深度。另外，數值模擬表明在橫向非均勻介質中存在面波頻散曲線存在分叉現象[2]，這會造成剪切波速結構的準確程度可能無法滿足項目的要求，無法了解地層的橫向差異。
3.多源激發(fā)、加入 CMP 分析的高分辨率表面波方法
為解決上面提及的一些問題，在項目實際勘察中采用了日本OYO公司的高分辨率表面波探測方法，地震儀使用McSEIS-SXW 24通道淺層地震儀，解釋軟件為SeisImager/SW表面波反演軟件。該方法采用多點震源激發(fā)，并加入CMP分析，數值模型和現場觀測的波形數據分析表明該方法相比傳統(tǒng)多道瞬態(tài)面波方法，可以大大提高地下S波速度結構的精度和橫向分辨率[2]。在勘察中，為了解“活地”區(qū)域與周圍地下介質的差異，在“活地”及其兩側分別布置了 3 條測線，見圖 2，其中測線 3 位于寺廟殿外、靠山坡的位置。觀測系統(tǒng)如圖 3 所示。
該方法中CMP相關校正分析的數據采集方式類似于二維地震反射勘探。數據處理看上去有點類似于二維地震反射勘探數據的CDP共深度點分析，但是不同的是，初始波形的相關校正在CMP分析之前就計算了。
CMP相關校正分析的數據處理包含以下幾個步驟：第一步，對每炮數據的每一對的道數據進行相關校正計算。第二步，將具有共中心點的相關道抽取出來放在一起，那些相同間距的道數據在時間域疊加。合成的相關校正道集類似于炮集，被看作是CMP相關校正道集。第三步，對CMP相關校正道集進行多道分析，計算表面波的相位速度。最后，通過非線性最小平方反演建立二維的S波速度剖面[2]。
測線 1 現場圖片 測試1和測試2 測線 3 現場圖片 測線 3
圖 3 OYO 高分辨率表面波方法現場圖片及觀測系統(tǒng)
綠色圓點為震源位置，黃色圓點為檢波器位置
最后經軟件分析獲得的 3 條測線的地下地層 S 波波速二維縱向剖面圖見圖 4。
測線 1 殿廳隆起區(qū)
測線 2 殿廳非隆起區(qū)
測線 3 殿廳外瀝青地面區(qū)
圖 4 OYO 高分辨率表面波獲取的二維 S 波波速剖面圖
4.結論
（1）“活地”下 4m 左右深度的地層，S 波波速非常低，而其他兩測線同深度地層的 S 波波速較高。結合當地地質情況判斷，可能是風化巖石裂縫中的地下水流體，造成了覆蓋在其上的膨脹土不斷產生膨脹，引起了殿廳內地面的隆起。
（2）OYO 高分辨率表面波探測結果與實際地面隆起情況相吻合，該方法可有效提高探測的橫向分辨率和準確性；而且在狹小的受限場地，也可獲得地下介質的 S 波速度縱向二維剖面。
參考文獻：
[1] Park, C.B., et.al., Multimodal analysis of high frequency surface waves, Proceedings of the symposium on the application of geophysics to engineering and environmental problems, 1999, 99, 115-121.
[2] Koichi Hayashi, et.al., CMP cross-correlation analysis of multi-channel surface-wave data, Exploration Geophysics, 2004, 35,07-13
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