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(shí)例作者：李哲生?！????文章來(lái)源：北京市水電物探研究所????點(diǎn)擊數(shù)：1807????更新時(shí)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(shí)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(shí)，由縱波激震震源產(chǎn)生的地震波在傳播過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生瑞利波，為了取

2、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(lái)，人們已成功地利用瑞利波傳播過(guò)程中的頻散特性，將其應(yīng)用于巖土工程勘察中來(lái)。????瑞利波勘探法根據(jù)震源形式不同可分為二大類(lèi)：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(huì)社的GR-810、GR-830地下勘探機(jī)。國(guó)內(nèi)也有一些類(lèi)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(dòng)電磁激振器對(duì)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

3、振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電壓量送入計(jì)算機(jī)(頻譜分析儀)進(jìn)行相關(guān)計(jì)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(cè)試速度快。但也有許多缺點(diǎn)，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(jī)干擾大，以致于頻散曲線與理論相差太大，常常無(wú)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(dòng)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(diǎn)之一。

4、為了克服這些缺點(diǎn)，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(gè)拾震器，并選擇最佳面波接收窗口接收震動(dòng)，通過(guò)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多功能面波儀，并將分析處理軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)。經(jīng)過(guò)許多工程應(yīng)用表明，這種方法在地基場(chǎng)地土類(lèi)型和建筑場(chǎng)地類(lèi)別的劃分、建筑場(chǎng)地土層的劃分、地基加固效果評(píng)價(jià)、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(diǎn)。二?方

5、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(dòng)方程來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)。?????其中為質(zhì)點(diǎn)位移場(chǎng)的勢(shì)函數(shù)，Vp和Vs分別為縱波和橫波的速度。對(duì)于平面波可得(1)式的一個(gè)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(gè)特性：一是瑞利波振幅隨深度衰減，能量大致被限制在一個(gè)波長(zhǎng)以?xún)?nèi)；二是由地面振動(dòng)波的瞬時(shí)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(gè)特性，在相距一定

6、距離的地面二點(diǎn)安置拾振器，接收面波振動(dòng)，通過(guò)頻譜分析，做出波長(zhǎng)——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(shí)，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(gè)拾振器，一般可為12個(gè)或24個(gè)。選擇適當(dāng)?shù)钠凭嗪偷篱g距，以滿(mǎn)足最佳面波接收窗口和最佳探測(cè)深度。將多個(gè)拾振器信號(hào)通過(guò)逐道頻譜分析和相關(guān)計(jì)算，并進(jìn)行迭加，得出一條頻散曲線，從而消除了大量的隨機(jī)干擾

7、，信號(hào)中各頻率成分能量大為增強(qiáng)，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(qiáng)。三?瞬態(tài)多道瑞利波的采集方法????在時(shí)域內(nèi)，面波采集的質(zhì)量好壞，直接影響到計(jì)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(gè)最佳窗口問(wèn)題。彈性波在時(shí)間空間域內(nèi)傳播時(shí)，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(shí)應(yīng)注意；????1．各道采樣必須設(shè)計(jì)排列在面波域內(nèi)，且采集到足夠長(zhǎng)的記錄????2．盡量使采集到的波型單一，即：不使直達(dá)波的

8、后續(xù)波或反射、折射波干擾面波，同時(shí)避免周?chē)母蓴_振動(dòng)。????3．采集的波形不能失真。????根據(jù)以上原則，在設(shè)計(jì)排列時(shí)，應(yīng)按照不同的探測(cè)深度選擇不同的偏移距和道間距，偏移距較小時(shí)，產(chǎn)生的高頻分量就大些，由之，淺部的信息就強(qiáng)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(cè)深度選擇道間距。對(duì)于同樣的道間距，反映深部的信號(hào)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(hào)，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