多頻道表面波震測

5.3.1 測線位置與施測參數

見圖(5.2)，本研究於交通大學博愛校區佈設一表面波測線，測線 起點 0m 從博愛校區西南側圍牆，往東北方展延 167m，共七條測線 展距，每一測線展距 24m，受波器間距 1m，並配合 Walk Away 施做 方式，配置 3 個炸點，第一炸點使用鎚頭 12 磅重之鐵槌，第二、三 炸點使用彈力加速度器作為人工震源。為了與下孔震測資料比較，故 將表面波測線佈設之位置，靠近該施測孔位，該孔的位置位於測線 6; 第四個受波器與第五個受波器中點，約略於 138m 處，與 BH2 孔 位的間距為 1m。相關測線施測參數配置如表 5.4。

表 5.4 測線施測參數

震源個數/位置 3 個

接收器數目/間距 24/1m

測線長/總長/位置 23m*7+6/167m

測線走向 N30°W

鑽孔位置 ≒138m(側線 6，Ch4、Ch5 間)

5.3.2 試驗結果

見圖 5.13，從測線西南方(0m)起點往東北方測線終點(167m)之測 線範圍內，測線下方土層之剪力波速分層，深度 0m~5m 波速分佈在 200m/s~500m/s，5m~25m 範圍內的波速 500m/s~1000m/s 層面，則沿 西南方往東北方有一往上增加的的趨勢。此外，鑽孔 BH2 的位置，

大約位在測線 138m 處，根據附錄(二)地質鑽探剖面所示，0m~4m 材 料 為 棕 黃 色 粉 土 質 沙 土 ;4.3m~6.6m 為 粉 土 質 砂 且 偶 含 礫

石;6.6m~15.8m 為砂質礫石且偶夾卵石，15.8m 遇岩盤，土層大致可 劃分為三個不同地質材料的分層，其土層的地層材料剖面，強度隨深 度增加。比對表面波震測所提供的二維剪力波速剖面影像，發現鑽孔 之地層分層與波速度分層具有其相似性，尤其在深度約 16m 處有一 明顯的速度分層與鑽探資料所對應之岩盤位置，兩者相當接近。表面 波所提供之波速度分層具有相當高的參考價值。

此外，根據地電阻探測之電阻率分佈，WN 推測東南往西北方 向，其沖積層之粉土質細砂堆積愈厚；根據折射震測測線ㄧ往測線二 方向延伸之波速分層的結果，下方高速層深度落差達 6m，有一沿東 南往西北，向下傾斜的 P 波波速地層分布；根據表面波二維的剪力波 速影像剖面，該測線下方地層之波速度分層，也有沿東南往西北向下 傾斜的趨勢；配合地質鑽探的結果，表面波測線下方土層，沖積層的 厚度沿東南方往西北方逐漸增厚，地層之承載層傾向沿東南往西北，

承載層逐漸變深。比對三種非破壞性之檢測技術於博愛校區施測所獲 得之結果，雖然地電阻探測獲得的是土層之電阻率沿空間的分布，折 射震測與表面波震測提供地層之壓縮(P)波與剪力波(S)波速度的分 層，但對於測線下方地層的推測都有其相似的共同點，及該測線下方 之地層之承載層走向初判為東北西南向，傾向為東南西北向；且由表 面波震測法所獲得的二維剪力波速剖面辨別出於測線 138m 的位置下 方 16m 處有一明顯的波速為 800m/s 的界面與 BH2 鑽探資料所呈現之 岩盤界面的深度位置，相當一致。未來將於博愛校區東西向佈設測

線，使博愛校區的地下波速分層做更詳細的測繪。

此外，為了判斷下孔震測所選取之初達波時間點是否正確;試以 多頻道表面波震測所反算之剪力波波速作為孔內量測之波速值而反 推之初達波時間點，與人工挑選之時間點進行比較，觀察其差異性，

並嘗試整理其波速剖面之相關性。由圖 5.14 所示，iterVs 表示從表面 波震測所反推之初達波時間，其餘六者分別為不同方位之試驗選取 H1、H2 受波器震波資料之初達波時間。以下將以初達波之時間與波 速剖面，來描述資料之差異與同質性。

(1) 地下深度 1m~4m，人工選取的初達波與反推之初達波時間些 許不一致，並比對附錄(三)的震波資料，發現淺層的震動歷時受到地 表雜訊的影響較大;地下深度 4m~8m，疊合左側與右側敲擊的震動歷 時，兩者的初達時間較為一致，很明顯，可以做精準的挑選;地下 8m~17m，左右向敲擊之 H1、H2 之震動歷時重合點，相當不明顯，

無法做有效的判別，只能依據經驗與上一段的趨勢，加以選取時間 點，因此產生相當大的誤差，人因的介入也是成分之ㄧ。所以當訊號 品質如地下 4m~8m 的狀況，初達時間將具有相當良好的一致性行為。

(2) 地下 0m~4m，表面波震測之速度範圍約在 200m/s~400m/s，

地下 4m~8m 速度範圍約在 400m/s~600m/s，地下 8m~17m 速度範圍 約 600m/s~900m/s，雖然與三組試驗的波速趨勢並非很一致，但仍具 有參考價值;尤其在地下 4m~8m，該範圍內的波速值有不錯的相似 度。隨著深度增加，波速一同增加，下孔震測最大波速約在 1000m/s，

與反算之波速最大值 900m/s，相對誤差約 10%;兩者最大誤差約 150m/s，約侷限在 15%的誤差範圍。

經由 MASW 反算之剪力波速推估孔內波速量測的初達波時 間，如圖 5.14 所示，和不同方位之孔內波速量測的初達波時間比 對，兩者的趨勢大體上是具有一致性的;淺層所量測到的孔內初達 波時間，受到雜訊以及敲擊能量的影響，時間點相當不一致，但 由附錄(三)可清楚看到，當左、右敲擊訊號資料疊合良好，選取 的初達時間和 MASW 所推估的時間具有相當高的準確性。雖然，

MASW 需要經由反算的程序來獲取最佳化的剪力波速剖面，所受 到的參數影響遠比孔內震測多，但孔內波速量受到錯誤初達波時 間點選取，造成波速高估或低估的影響相當大；比較 MASW 與 下孔震測所獲得的波速剖面發現，兩者最大誤差約 150m/s，約侷 限在<15%的誤差範圍;此外，利用 MASW 量測波速，是不需要鑽 孔，並可以提供大範圍的波速平均值，而非局部的物理量；進一 步並可分析表面波之高次模態訊號，來提升波速的解析度。

(1) 空間解析度

多頻道表面波震測法所反算出之剪力波速值，以測線中點位置表 示側線下方所涵蓋地層之均勻表現值，如圖 5.15，在此過程中便已有 將地層平滑化的行為，因此整合不同測線的移動平均值所繪製之二维 剪力波速剖面會有較平滑化的現象，因此就其側向解析度而言，側線 移動平均值間的資料點，受到平滑化的影響，無法表現側向上劇烈波

速變化的區域。如圖 5.5 所示，折射震測之 Tomography 波速剖面，

其反算的機制是為有限差分或有限元素法繪製網格，因其對每一格點 進行反算各個格點值作為代表，所以表現波速劇烈變化的能力是較佳 的。但就其適用經驗而言，網格大小約略為 1/2 的測線受波器間距大 小，若受波器間距與網格大小比例太大，也會因網格資料點不足而造 成過度臆測的反算值，本研究中之表面波震測法其反算所提供的波速 是為測線平均值，但目前也可以 Tomography 的反算方式，加以改善 其側向解析能力。

圖 5.2 交通大學博愛校區施測實驗測線與鑽孔位置配置圖

圖 5.1 交大博愛校區區域地質圖(中央地質調查所-地質資料整合查詢系統)

電探測線 表面波測線 折射震測測線

BH2

BH1 測線 1

測線 2 起點

起點

(a) Wenner Alpha Array

(b) Wenner-Schlumberger Array

(c) Dipole-Dipole Array

(d) Pole-Dipole Array

(e) Pole-Pole Array

圖 5.3 常見地地表施測電極排列法

C

₂

(∞) C

¹

P

¹

P

₂

(∞) a

C

₂

(∞) C

¹

P

¹

P

²

na a

C

²

C

¹

P

¹

P

²

a na a

C

¹

P

¹

P

²

C

²

na a na

C

1

P

1

P

2

C

2

a a a

圖 5.4 測線 1-1 之電阻值剖面 E30N

W30N

圖 5.5 折射震測二維波速剖面

E30S W30N

圖 5.6 下孔震測方法示意圖

圖 5.7 下孔震測施測設備示意圖

圖 5.8 下孔震測現場配置圖

圖 5.9 垂直敲擊 圖 5.10 左側敲擊

圖 5.11 右側敲擊 圖 5.12 相對位置

3m

升旗台

6 series

8 series 7 series

圖 5.13 表面波震測二維剪力波速剖面 W30N

地層波速層面趨勢

E30S

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

時間 (s)

深度 (m)

iterVs 6H1 6H2 7H1 7H2 8H1 8H2

圖 5.14 初達波時間點比較

圖 5.15 表面波震測 Tomography

Survey Line

Data Acquisition

第六章 結論與建議

在文檔中 多頻道表面波震測法施測改良與案例分析 (頁 109-124)