表面波震測法現況評析

表面波震測技術已廣泛地應用於地工問題之處理。透過所獲得之 剪力波速剖面，其成功地應用於地層比對(Gabriels et al., 1987; Park et al., 1999)、鋪面厚度檢測(Foti, 2000; Haegeman and Van Impe, 1997)、

土壤改良成效檢測(Ryden et al., 2004)、地下孔洞探測(Andrus et al., 1998; Al-Hunaidi, 1994; Gucunski and Shokouhi, 2004)、液化潛能分析 (Lin et al., 2004)以及隧道襯砌與背填灌漿之品質管制(Xu and Butt, 2006)等問題。由於表面波震測具有非貫入性與非破壞性的施測特 性，使得在現場的應用上可以快速且有效率的獲得現地不同空間位置 上的大量訊息，透過上節所敘述之2-D 剪力波速剖面造影技術得以將 過去如鑽探、標準貫入試驗等點狀結果以二維影像的方式呈現，使其 具有將土壤參數視覺化之強大潛力。

單一測線直線展開如圖 5.3 所示，通常要考慮近站支距（X1）、

接收器間距(ΔX)及遠站支距(X2)等施測參數。此施測參數的設定主要 是為降低現行多頻道表面波之施測存在著以下四點問題：

1.資料映頻干擾(Aliasing)：在頻譜分析的過程中，離散的震測資

料會產生資料映頻干擾(Aliasing, Prokis and Manolakis，1992)。所謂 的映頻效應是說，對於兩個不同波數(wavenumber)的波，以相同間距 的點位取值作代表而無法分辨此二者的情形，便稱為映頻效應。在進

行進行頻散曲線時，若受波器間距(Δx)不夠小將導致空間軸離散化 的過程取點產生映頻效應，因而導致相位波速計算的誤差。

圖5.3 表面波震測法震源與受波器位置示意圖

2.資料遺漏(Leakage)及多重振態效應：由於震測資料之空間長度

並不能無限延伸，所以進行資料擷取時須先經斬截(truncation)的動 作 。 在 斬 截 的 過 程 中 會 產 生 遺 漏(leakage) 的 現 象 ( Prokis and Manolakis，1992)。資料遺漏會造成波數能量頻譜波峰處有帶寬擴散 的現象(如圖 5.4b所示)，而多重模態震波效應也因資料遺漏而有錯誤 的波數分佈，並且造成分辨不同振態的困難。此問題須藉由增加測線 展距解決。

圖5.4 資料遺漏於多頻道波場轉換法影響示意圖

3.側向解析度：現行測線佈設方式所得頻散曲線，其代表性為測

線展距底下土層之平均值，因此單一測線配置所得側向解析度會與測 線展距成反比，亦即測線展距越長則側向解析度越差，於要求高解析 度的工址調查，勢必以縮短側線展距所得頻散曲線代表其所量測之空 間範圍方可滿足側向高解析度。但，應用震測取得地層參數的目標 中，除了側向解析處的需求外，亦希望能探測較深度的地層情形。表 面波震測法的探測深度與測線展距相關，展距越大可正確量測之波長 越長、探測深度越深，在要求側向解析度的前提下，以有限的接收器 勢必會造成深度地層探測的困難。

4.近場效應與遠場效應：當 MASW 試驗進行測線佈置需決定近

站支距(X1)，但近站支距的決定會受到近場效應與遠場效應的牽制 ( Park et al., 1999)。雖然 MASW 可利用一組測線的配置獲得各個頻率 的資料，然近場效應會使得低頻波的資料品質受影響，遠場效應會使 得高頻波的資料品質受影響。近站支距決定後，近場效應通常發生在 測線較前方之受波器。震源敲擊後，低頻波(波長較長)在測線前幾個 受波器處尚未成形，且受到未衰減的實體波干擾，因此前幾個受波器 所收到低頻波的品質相對較差。遠場效應通常發生在測線後方受波 器，主要因為高頻波(波長較短)的衰減嚴重，導致測線後幾個收波器 收到高頻波的品質相對較差。

由上述的問題可知，施測的目標(側向解析度、探測深度)、表面 波本身特性以及離散的訊號處理會使得施測參數(近站支距、接收器 間距及展距)無法兼顧，而有互相矛盾的情形產生。過去為降低此些 影響獲得足夠良好結果進行分析，一般建議近站支距(X1)要有適當之 距離（通常需依現地情形進行調整），以降低近域影響 (Near Field Effect)；接收器間距(ΔX)要小於等於二分之一最小波長，或是大於等 於最小探測深度，以避免空間上之映頻混擾；而遠站支距(X2)等於近 站支距加上測線長度（接收器個數乘上接收器間距）之和，需避免產 生遠域影響（Far Field Effect）並得有足夠之訊號雜訊比（S/N）。

在不改變施測方式的前提下，為了要提高訊號雜訊比於野外施測 時，同一個炸點可反覆疊加，以使得接收到之表面波訊號具有足夠能 量；近域與遠域的影響屬表面波波傳特性，僅能藉由調整近站支距獲 得較佳訊號，而後透過反算技巧降低其影響；然而對於解析度以及深 度的提升上，高側向解析度需使用較小之接收器間距，但在接收器數 目固定的限制下，必會造成較短的測線展距，而測線展距正是為獲得 更深層訊息的重要參數，若欲獲得較深的地層解析結果則需有較長的 測線展距。民國 94 年本團隊執行「水庫安全監測問題評析與非破壞 性檢測技術應用之研究」專案時，曾對石門水庫、新山水庫與仁義潭 水庫之壩體進行表面波震測。在先前壩體測試中，使用現有施測方

式，對於部分分析結果無法明確顯示接近壩基處之剪力波速分佈，對 於深度探測能力的提升是為必要。因此，為克服表面波震測於側向解 析度以及深度提升的矛盾，本團隊提出一改善之施測方式稱之為高側 向解析法，以便得以達到對於側向解析度以及深度的需求，使此方法 更適合應用至壩體之施測上。