近地表弹性介质瑞雷波勘探研究进展与展望

瑞雷波法已在研究地球内部结构、近地表地球物理工程和超声无损检测等领域中获得了广泛应用,尤其是近年来瑞雷波法作为近地表场地表征新兴领域的前沿技术已成为国际学术研究与应用的热点。对国内外近地表弹性介质瑞雷波勘探的主要研究成果与进展进行了综述,通过对瑞雷波勘探现有的研究成果和进展密切追踪发现当前近地表瑞雷波勘探主要基于水平地表弹性水平层状介质模型,利用单分量瑞雷波相速度频散曲线单目标反演获得一维横波速度剖面和相关岩土力学参数。但是,该方法也存在着现有瑞雷波频散曲线反演极易出现模式误识别、现有单分量单目标瑞雷波反演未充分利用多分量信息、现有瑞雷波相速度反演未充分利用群速度传播特性、现有瑞雷波反演未充分利用质点椭圆极化振动特性等挑战性学术难题和不足。基于上述问题,建议未来近地表弹性介质瑞雷波勘探重点研究方向应集中在进行多模式表面波全速度谱反演研究、多站多分量表面波相速度多目标全速度谱反演研究、单站多分量表面波群速度多目标全速度谱反演研究和单站多分量表面波椭圆极化振动特性多目标反演研究。由此构建新的近地表多分量瑞雷波多目标全速度谱反演理论,引领多分量瑞雷波多目标反演学科前沿,拓展现有单分量瑞雷波单目标反演理论范畴,推动多分量瑞雷波高精度实用勘探技术的发展。      

基于细化分层法探讨面波频散曲线反演参数的简化

常规频散曲线反演过程中需要不停地改变分层数、层厚度和层速度等参数,实现过程相对繁琐,而采用细化分层法对反演参数进行简化则避免了上述缺点。具体思路为:根据目的层探测深度(如20m)将地下介质分为若干个(20个)厚度为1m的薄层和1个均匀半空间层(共21层),这样在反演中分层数和层厚度均为已知参量,反演过程只需修改速度参数即可,避免了改变分层数和层厚度等参数,显著简化了反演计算过程。正演计算和反演结果均表明:细化分层与实际分层计算出的频散曲线是等效的,细化分层反演结果的总体效果与真实模型非常接近,这说明细化分层方法用于频散曲线反演是切实可行且有效的;将地下介质划分为1m厚的薄层,反演后每层均可得到1个横波速度,能满足反演分辨率的要求;由于实际地下介质的速度是随深度渐变的,细化分层后比按频散曲线拐点分层(每分层的厚度可能是几米或几十米,同一分层内介质的横波速度相等)更接近实际情况。     

利用SH横波反射资料中的勒夫面波反演浅部横波速度结构

由于勒夫波速度与纵波速度无关,勒夫波多道分析方法具有频散曲线简单、能量清晰、反演过程中未知参数少、对初始模型依赖小、反演结果稳定、分辨率高等特点。实验结果表明,利用浅层SH横波反射地震数据中的勒夫面波信息,反演得到近地表横波速度结构,在浅层地质构造、断层位置、上断点埋深等方面与浅层SH横波反射地震剖面以及地质钻孔数据吻合较好。该方法可为地下构造解释提供更多依据,提高探测成果的可靠性。     

剪切速率对岩石节理强度特性的影响

不同剪切速率下岩体结构面的力学特性研究是进行岩质边坡动力反应分析的重要前提。基于Barton峰值抗剪强度理论和均方根一阶导数值法的节理粗糙度系数计算方法,对前人研究中关于定法向应力条件下不同剪切速率的岩石节理峰值抗剪强度的室内直剪试验结果进行整理与计算,探究剪切速率对岩石节理总摩擦角的影响规律,提出与速率相关的岩石节理峰值抗剪强度经验公式。结果表明:当剪切速率在0~0.8mm·s-1范围内时,岩石节理试样的总摩擦角随剪切速率的变化呈现负对数变化规律;对于均质性和各向同性较强的岩石节理随剪切速率的增大,总摩擦角呈现减小趋势,对于非均质性和各向异性较强的岩石节理随剪切速率的增大,总摩擦角呈现增大趋势,且后者总摩擦角增大幅度小于前者的减小幅度;岩石节理的物性和微观几何形态对总摩擦角随剪切速率的增加而变化的影响较大,节理面的物性主要影响总摩擦角随剪切速率增加呈现增大或减小的变化趋势,节理面的微观几何形态主要影响总摩擦角随剪切速率的变化幅值。     

含水率和离子浓度对滑带土抗剪强度的影响

滑坡地下水环境的变化对滑带土的强度和变形参数有着极大的影响，并影响滑坡的稳定性。三峡库区受到库水位升降及降雨入渗的影响，使得发育于该地区滑坡的滑带土含水率及离子浓度一直处于不断的变化中。以重庆万州区兴福寺滑坡为例，针对滑带土重塑样，采用 Ｘ 射线衍射分析了其矿物成分，然后进行了不同含水率下固结排水直剪试验、不同ＳＯ２－４ 离子浓度下滑带土的固结排水慢剪试验以及不同 ＳＯ２－４ 离子浓度下滑带土直剪反复剪切试验。试验结果表明:滑带土成分以黏土矿物、石 英、钠 长 石 等 为 主，其中黏土矿物以伊蒙混层、伊 利 石为主；含水率对滑带土抗剪强度指标的影响较为明显，具体为黏聚力随含水率的增大而增大，内摩擦角随含水率的增大而减小；ＳＯ２－４ 离子浓度对滑带土抗剪强度指标的影响也较为显著，随 着 ＳＯ２－４ 离子浓度的增大，黏聚力 与内摩擦角均减小；滑带土经过反复剪切后，残余强度、黏聚力和内摩擦角均随着ＳＯ２－４ 离子浓度的增大而减小。      

黔北务正道地区铝土矿稀土元素地球化学特征

选取新模向斜的一个钻孔剖面,对铝土矿的矿物组成及稀土元素地球化学特征进行了研究。铝土矿矿石矿物以一水硬
铝石为主,另有少量一水软铝石。其次为高岭石、绿泥石等黏土矿物,以及少量重矿物。此外,在含矿岩系近底部还发现有富集Ce
元素的矿物氟菱钙铈矿[Ce2Ca(CO3)3F2]。从剖面顶部至底部,铝土矿中稀土元素含量呈逐渐增加的趋势,且稀土元素参数
LaN/YbN、LaN/SmN 和GdN/YbN 的数值均随深度逐渐增大。说明从剖面顶部至底部,稀土元素的淋滤迁出逐渐减弱,且稀土元
素间存在一定的分异。稀土元素间的分异可能由不同的含稀土元素矿物抗风化淋滤差异所致。铝土矿稀土元素配分模式表现为
LREE明显富集、MREE中等-弱富集、HREE相对平坦的特征,且具有明显的正Ce异常。δCe异常值随深度增加逐渐减小,接
近含矿岩系底部,δCe异常值再次增大。含矿岩系上部的Ce异常是由氧化条件下Ce3+ 向Ce4+ 转变并形成方铈矿(CeO2)所致。
随着深度的增加,含矿岩系的氧化性逐渐减弱,从而δCe异常值逐渐减小。接近含矿岩系底部,由于氟菱钙铈矿[Ce2Ca (CO3)3F2]的形成,导致δCe异常值再次增大。氟菱钙铈矿的沉淀可通过氟化物络合物(CeF2+ 或CeCO3F0)与Ca2+ 和HCO- 3
发生反应来完成。