瞬態(tài)多道瑞利波勘探技術(shù)的原理方法

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1、瞬態(tài)多道瑞利波勘探技術(shù)的原理方法、儀器設(shè)備和應(yīng)用實例作者：李哲生?！????文章來源：北京市水電物探研究所????點擊數(shù)：1807????更新時間：2006-4-20??????提要????本文闡述了瞬態(tài)多道瑞利波勘探的原理和方法，提出了適用該方法的儀器和設(shè)備，并以工程為實例，介紹了這種方法在巖土工程勘察中的應(yīng)用。????關(guān)鍵詞??瑞利波??穩(wěn)態(tài)法??瞬態(tài)法??瞬態(tài)多道瑞利波勘探技術(shù)一?前言????在進(jìn)行折射法和反射法地震勘探時，由縱波激震震源產(chǎn)生的地震波在傳播過程中，不可避免地產(chǎn)生瑞利波，為了取得折射波的初至或反射波的同相軸，需要選擇合適的窗口和濾波，將瑞利波作為干擾波設(shè)法排除。但近些年來，

2、人們已成功地利用瑞利波傳播過程中的頻散特性，將其應(yīng)用于巖土工程勘察中來。????瑞利波勘探法根據(jù)震源形式不同可分為二大類：一為穩(wěn)態(tài)法，另一為瞬態(tài)法。前些年，主要以穩(wěn)態(tài)激振方法為主，其代表為日本VIC株式會社的GR-810、GR-830地下勘探機。國內(nèi)也有一些類似的儀器設(shè)備，它們的勘探原理都相同，即利用掃頻儀和功率放大器發(fā)出的諧波電流推動電磁激振器對地面產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)面波，由相隔一定距離的拾振器將接收到的面波振動轉(zhuǎn)換為電壓量送入計算機(頻譜分析儀)進(jìn)行相關(guān)計算，得出頻散曲線。????由于穩(wěn)態(tài)激振面波勘探方法設(shè)備較為復(fù)雜，重量也大，隨之根據(jù)其原理，出現(xiàn)了瞬態(tài)面波勘探方法，其設(shè)備較為輕便，測試速度快。但也

3、有許多缺點，其一是瞬態(tài)激振的功率密度譜分布不均，許多頻率能量太小，隨機干擾大，以致于頻散曲線與理論相差太大，常常無法利用。其二是仍按照穩(wěn)態(tài)激振面波勘探方法接收地面震動波，致使所有的波，如反射波、折射波、直達(dá)波等均作為干擾波而與面波混在一塊，有可能導(dǎo)致誤差較大的結(jié)果，這也是穩(wěn)態(tài)激振面波勘探方法主要缺點之一。為了克服這些缺點，目前發(fā)展了一種新的面波勘探方法——瞬態(tài)多道瑞利波勘探技術(shù)。它的激振可采用不同材料和質(zhì)量的錘或重物下落激振，在地面布置多個拾震器，并選擇最佳面波接收窗口接收震動，通過多次迭加多道和相關(guān)迭加，使得頻譜能量加大，干擾減小。據(jù)此，北京水電物探研究所(原北京華水物探研究所)研制了SWS

4、多功能面波儀，并將分析處理軟件裝入計算機內(nèi)。經(jīng)過許多工程應(yīng)用表明，這種方法在地基場地土類型和建筑場地類別的劃分、建筑場地土層的劃分、地基加固效果評價、災(zāi)害地質(zhì)體調(diào)查等方面應(yīng)用具有輕便、快速、準(zhǔn)確等特點。二?方法原理????在地面施一適當(dāng)?shù)呢Q向激振力?(可用大錘敲擊地面或吊高重物自由下落)，地下介質(zhì)中可產(chǎn)生縱波、橫波和瑞利波，可用如下的波動方程來描述它們的運動。?????其中為質(zhì)點位移場的勢函數(shù)，Vp和Vs分別為縱波和橫波的速度。對于平面波可得(1)式的一個解為：????K為波數(shù)，Vr為瑞利波速，A、B為常數(shù)。????由?(2)?式可得到瑞利波傳播的二個特性：一是瑞利波振幅隨深度衰減，能量大致被

5、限制在一個波長以內(nèi)；二是由地面振動波的瞬時相位可確定瑞利波傳播的相速度。瞬態(tài)面波法即根據(jù)這二個特性，在相距一定距離的地面二點安置拾振器，接收面波振動，通過頻譜分析，做出波長——波速頻散曲線，從而算出地下土層的瑞利波速Vr。瑞利波速和橫波波速的關(guān)系為??????當(dāng)?從0.25至0.5時，Vr?/?s從0.92至0.95。由此可將瑞利波波速換算成橫波波速?！　∷矐B(tài)多道瑞利波是在地面上沿著面波傳播的方向布置間距相等的多個拾振器，一般可為12個或24個。選擇適當(dāng)?shù)钠凭嗪偷篱g距，以滿足最佳面波接收窗口和最佳探測深度。將多個拾振器信號通過逐道頻譜分析和相關(guān)計算，并進(jìn)行迭加，得出一條頻散曲線，從而消除了大

6、量的隨機干擾，信號中各頻率成分能量大為增強，使得地質(zhì)體在頻散曲線上的反映更加突出，判斷準(zhǔn)確性大大增強。三?瞬態(tài)多道瑞利波的采集方法????在時域內(nèi)，面波采集的質(zhì)量好壞，直接影響到計算出的頻散曲線。與反射法地震勘探方法相同，瞬態(tài)多道面波勘探也存在一個最佳窗口問題。彈性波在時間空間域內(nèi)傳播時，其各種波型?(直達(dá)波、折射波、反射波、聲波和面波)?均遵循各自的傳播規(guī)律，在應(yīng)用瞬態(tài)多道瑞利波方法時應(yīng)注意；????1．各道采樣必須設(shè)計排列在面波域內(nèi)，且采集到足夠長的記錄????2．盡量使采集到的波型單一，即：不使直達(dá)波的后續(xù)波或反射、折射波干擾面波，同時避免周圍的干擾振動。????3．采集的波形不能失真。

7、????根據(jù)以上原則，在設(shè)計排列時，應(yīng)按照不同的探測深度選擇不同的偏移距和道間距，偏移距較小時，產(chǎn)生的高頻分量就大些，由之，淺部的信息就強些；若需突出深部信息，應(yīng)使偏移距放大些，致使高頻分量衰減，而低頻分量突出。????同樣也根據(jù)探測深度選擇道間距。對于同樣的道間距，反映深部的信號頻率較低，傳感器之間該頻率的相位差較小，而為了突出有效信號，必須使相位差有一定的值，所以必須使道間距加大些。反之，減少