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[摘 要]在阐述横波地质勘探技术及地质雷达探测技术原理的基础上，实例论述了这两种方法在物探勘测中的应用，对高质量的野外数据采集起到了良好的指导作用。
[关键词]横波；地质雷达；时深曲线；时间剖面
中图分类号：TK427 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0047-01
1、原理
1.1横波地质勘探技术原理
在综胀力作用下产生的纵波，可以在固、液、气三态下传播，而横波是由剪切力产生的，在气体和液体中，介质的剪切横量为零，不能传播横波。因此横波只能在固体介质下传播。而纵波的质点振动方向与波的传播方向一致，横波的质点振动方向垂直于波的传播方向，因而两者的偏振特性也成为纵横波的主要区别。
由相关的波动理论可得，弹性介质中纵波和横波的传播速度可表示为：
（1）
其中，Vp、Vs分别为纵波和横波的传播速度；μ为介质的剪切模量；E为介质弹性模量；V为介质的泊松比；ρ为介质的密度。根据式（1）可知纵、横波比为：
（2）
由于介质的泊松比的取值范围一般在0—0.5，因而，
（3）
在一般情况下，松散覆盖层的纵横波速度比在1.5-3.5之间，而在浅层地震勘探中，横波的频率为30-40Hz，纵波的频率一般在50-60Hz之间，所以在两者频率相近的情况下，横波分辨率是纵波分辨率的数倍。
横波与纵波相比，具有速度低、频率低、波长短，且不受地下水影响的优点，因为横波地质勘探技术可以达到纵波地质勘探无法达到的分辨率和精确度。
1.2地质雷达技术原理
地质雷达（Ground Penetrating Radar（GPR））是一种利用高频电磁波技术探测地下物体的电子设备。
地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布，它的基本原理是：发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至1200M、脉冲宽度为0.1 ns的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射汛号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速，可以大致计算出探测目标的距离。雷达图形常以脉冲反射波的波形来记录，波形的正负峰分别以黑、白色表示，或以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰色、等气冲冲线即可形象的表征出地下反射面，在波形记录图上各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面。
由于地质雷达的探测是利用超高频电磁波，使得其探测能力优于例如管线探测仪等使用普通电磁波的探测类仪器，所以地质雷达通常广泛用于考古、基础深度确定、冰川、地下水污染、矿产勘探、潜水面、溶洞、地下管缆探测、分层、地下埋设物探察、公路地基和铺层、钢筋结构、水泥结构、无损探伤等检测。
2、应用实例
2.1工作方法
本次施工我们采用横波地震勘探技术及地质雷达探测技术两种方法进行勘察。横波地震勘探于2015年2月2日至2月3日进行了现场施工；地质雷达探测于2015年2月6日进行了现场施工。
2.2工程布置
2.2.1横波地震勘探工程布置及施工因素
本次横波地震勘探共布置1条测线，测线方向为东西向（东为小号；西为大号），测线长63.2米。
（1）观测系统
道距：0.4米
激发点距：1.2米
覆盖次数：1-25次
激发方式：非对称中点激发
（2）仪器因数
仪器型号：428XL遥测数字地震仪
记录长度：1.0秒
记录格式：SEG—D
采样间隔：1毫秒
接收道数：99道
仪器频带：全频带接收
检波器：60赫兹横波检波器
（3）工程量
本次横波地震勘探共布置1条测线，检波点数159个，激发点数52个。
2.2.2地质雷达探测工程布置及施工因素
本次地质雷达探测共布置2条线，目的是探测浅层（2米以浅）情况，测线位置与横波地震测线对应，施工中是连续激发和接收。
2.3资料处理
2.3.1横波地震数据处理
2.3.1.1主要数据处理方法
①静校正：由于地表起伏或速度变化，记录反射波同相轴弯曲或畸变，产生构造假象，为消除这种影响需做野外静校正。本次数据处理采用拾取初至计算野外静校正量。
②速度分析：动校速度准确是保证叠加效果的关键。为此处理中采用扫描速度多次迭代计算动校正量。
③频谱分析：谱分析是选择滤波参数的依据，根据处理需要，分析了频谱，原始记录，叠前、叠后三种频谱。
通过频谱分析可以看出：有效波的主频在20Hz—60Hz，高频干扰大于100Hz，低频干扰小于10Hz。
2.3.1.2处理成果
本次资料处理得到：
①水平叠加剖面一张，剖面长62.2米，CDP从1到312，CDP间隔0.2米。②瞬时相位剖面一张。③密度剖面一张。
2.4解释成果
2.4.1時深曲线
根据叠加速度计算出本区的时深曲线图
2.4.2时间剖面的解释
根据时间剖面的反应特征，解释了两块异常区（下图中红线圈定的区域）。
东部异常区：为“漏斗”形状，异常区地表东西宽约18米，从地表到地下30米左右。同相轴能量弱、杂乱无章，表明该区域地层松散，与地下坍塌、回填有关。西部异常区：为“椭圆”形状，东西宽约9.6米，深度约在13米到21米之间。同相轴能量强、连续，表明该区域地层完整，认为此区域类似古河道。
由于地质雷达探测的深度较浅（1.6米以上），因此，本次资料解释仅供参考，应以横波地震资料为主。
2.5结论
（1）所得资料信噪比较高，异常点特征明显，能够真实的反应地下地层情况。（2）东部异常区稳定性较差，尤其原坍塌区下部，地震反射波能量较低，连续性较差，说明介质均一性较差，致密程度较低，具有空洞存在的可能性，有可能影响建筑场地安全；西部异常区稳定较好。（3）由于受地表条件限制，本次横波地震勘探只做了一条测线，所得剖面为距护坡桩中心线1.5米的二维切片，地层沿垂直测线方向（南北方向）的变化无法控制。（4）通过本次勘察，除东部异常区原坍塌区下部以外无较大空洞特征显示，不排除有较小空洞存在的可能。（5）由于物探勘察只是勘查中的间接手段，因此，无法通过物探的方法来定量的解释岩性。
3.结语
利用横波与地质雷达技术探明地下地质构造是多年来被证明的行之有效的方法之一。正和世间所有的事物一样，由于地面和地下地质条件的变化，以及地震勘探技术发展本身还有一段逐渐完善和探索的过程，因而有一些项目所取得的效果与业主的要求和人们的期望还有一些距离，这也正是地质勘探工作者应该努力奋斗的目标。相信经过广大地质工作者努力，地质勘探技术定会取得长足的进步和发展。
参考文献：
[1]孔庆河，《宝能集团（沈阳）物探勘察报告》
[2]杨双安，张胤彬，许鸿雁，煤田三维地震勘探技术的应用及发展前景[J]。
[3]DZ/T0215-2002.煤、泥炭地质勘查规范[Z]。
[4]MT/T897-2000.煤炭煤层气地震勘探规范[Z]。
[关键词]横波；地质雷达；时深曲线；时间剖面
中图分类号：TK427 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0047-01
1、原理
1.1横波地质勘探技术原理
在综胀力作用下产生的纵波，可以在固、液、气三态下传播，而横波是由剪切力产生的，在气体和液体中，介质的剪切横量为零，不能传播横波。因此横波只能在固体介质下传播。而纵波的质点振动方向与波的传播方向一致，横波的质点振动方向垂直于波的传播方向，因而两者的偏振特性也成为纵横波的主要区别。
由相关的波动理论可得，弹性介质中纵波和横波的传播速度可表示为：
（1）
其中，Vp、Vs分别为纵波和横波的传播速度；μ为介质的剪切模量；E为介质弹性模量；V为介质的泊松比；ρ为介质的密度。根据式（1）可知纵、横波比为：
（2）
由于介质的泊松比的取值范围一般在0—0.5，因而，
（3）
在一般情况下，松散覆盖层的纵横波速度比在1.5-3.5之间，而在浅层地震勘探中，横波的频率为30-40Hz，纵波的频率一般在50-60Hz之间，所以在两者频率相近的情况下，横波分辨率是纵波分辨率的数倍。
横波与纵波相比，具有速度低、频率低、波长短，且不受地下水影响的优点，因为横波地质勘探技术可以达到纵波地质勘探无法达到的分辨率和精确度。
1.2地质雷达技术原理
地质雷达（Ground Penetrating Radar（GPR））是一种利用高频电磁波技术探测地下物体的电子设备。
地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布，它的基本原理是：发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至1200M、脉冲宽度为0.1 ns的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射汛号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速，可以大致计算出探测目标的距离。雷达图形常以脉冲反射波的波形来记录，波形的正负峰分别以黑、白色表示，或以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰色、等气冲冲线即可形象的表征出地下反射面，在波形记录图上各测点均以测线的铅垂方向记录波形，构成雷达剖面。
由于地质雷达的探测是利用超高频电磁波，使得其探测能力优于例如管线探测仪等使用普通电磁波的探测类仪器，所以地质雷达通常广泛用于考古、基础深度确定、冰川、地下水污染、矿产勘探、潜水面、溶洞、地下管缆探测、分层、地下埋设物探察、公路地基和铺层、钢筋结构、水泥结构、无损探伤等检测。
2、应用实例
2.1工作方法
本次施工我们采用横波地震勘探技术及地质雷达探测技术两种方法进行勘察。横波地震勘探于2015年2月2日至2月3日进行了现场施工；地质雷达探测于2015年2月6日进行了现场施工。
2.2工程布置
2.2.1横波地震勘探工程布置及施工因素
本次横波地震勘探共布置1条测线，测线方向为东西向（东为小号；西为大号），测线长63.2米。
（1）观测系统
道距：0.4米
激发点距：1.2米
覆盖次数：1-25次
激发方式：非对称中点激发
（2）仪器因数
仪器型号：428XL遥测数字地震仪
记录长度：1.0秒
记录格式：SEG—D
采样间隔：1毫秒
接收道数：99道
仪器频带：全频带接收
检波器：60赫兹横波检波器
（3）工程量
本次横波地震勘探共布置1条测线，检波点数159个，激发点数52个。
2.2.2地质雷达探测工程布置及施工因素
本次地质雷达探测共布置2条线，目的是探测浅层（2米以浅）情况，测线位置与横波地震测线对应，施工中是连续激发和接收。
2.3资料处理
2.3.1横波地震数据处理
2.3.1.1主要数据处理方法
①静校正：由于地表起伏或速度变化，记录反射波同相轴弯曲或畸变，产生构造假象，为消除这种影响需做野外静校正。本次数据处理采用拾取初至计算野外静校正量。
②速度分析：动校速度准确是保证叠加效果的关键。为此处理中采用扫描速度多次迭代计算动校正量。
③频谱分析：谱分析是选择滤波参数的依据，根据处理需要，分析了频谱，原始记录，叠前、叠后三种频谱。
通过频谱分析可以看出：有效波的主频在20Hz—60Hz，高频干扰大于100Hz，低频干扰小于10Hz。
2.3.1.2处理成果
本次资料处理得到：
①水平叠加剖面一张，剖面长62.2米，CDP从1到312，CDP间隔0.2米。②瞬时相位剖面一张。③密度剖面一张。
2.4解释成果
2.4.1時深曲线
根据叠加速度计算出本区的时深曲线图
2.4.2时间剖面的解释
根据时间剖面的反应特征，解释了两块异常区（下图中红线圈定的区域）。
东部异常区：为“漏斗”形状，异常区地表东西宽约18米，从地表到地下30米左右。同相轴能量弱、杂乱无章，表明该区域地层松散，与地下坍塌、回填有关。西部异常区：为“椭圆”形状，东西宽约9.6米，深度约在13米到21米之间。同相轴能量强、连续，表明该区域地层完整，认为此区域类似古河道。
由于地质雷达探测的深度较浅（1.6米以上），因此，本次资料解释仅供参考，应以横波地震资料为主。
2.5结论
（1）所得资料信噪比较高，异常点特征明显，能够真实的反应地下地层情况。（2）东部异常区稳定性较差，尤其原坍塌区下部，地震反射波能量较低，连续性较差，说明介质均一性较差，致密程度较低，具有空洞存在的可能性，有可能影响建筑场地安全；西部异常区稳定较好。（3）由于受地表条件限制，本次横波地震勘探只做了一条测线，所得剖面为距护坡桩中心线1.5米的二维切片，地层沿垂直测线方向（南北方向）的变化无法控制。（4）通过本次勘察，除东部异常区原坍塌区下部以外无较大空洞特征显示，不排除有较小空洞存在的可能。（5）由于物探勘察只是勘查中的间接手段，因此，无法通过物探的方法来定量的解释岩性。
3.结语
利用横波与地质雷达技术探明地下地质构造是多年来被证明的行之有效的方法之一。正和世间所有的事物一样，由于地面和地下地质条件的变化，以及地震勘探技术发展本身还有一段逐渐完善和探索的过程，因而有一些项目所取得的效果与业主的要求和人们的期望还有一些距离，这也正是地质勘探工作者应该努力奋斗的目标。相信经过广大地质工作者努力，地质勘探技术定会取得长足的进步和发展。
参考文献：
[1]孔庆河，《宝能集团（沈阳）物探勘察报告》
[2]杨双安，张胤彬，许鸿雁，煤田三维地震勘探技术的应用及发展前景[J]。
[3]DZ/T0215-2002.煤、泥炭地质勘查规范[Z]。
[4]MT/T897-2000.煤炭煤层气地震勘探规范[Z]。