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1、面波勘探在工程物探中的应用,2013级硕士：唐兆建 导师：潘冬明,1,contents,一、面波概论 二、瑞雷波勘探的基本原理 三、瑞雷波的数据采集、处理与解释 四、实际工程物探中的应用,2,一，面波概论,1.地震波可分两类：体波和面波。,3,瑞雷波：平行于波传播方向的分量，也有垂直于界面的分量，因而质点合成运动的轨迹呈逆椭圆； 可以理解为，P和SV的干涉合成。,面波能量占总能量的67%！,面波的相速度（Vr）：简谐波中任一等相面的传播速度。(w/k) 面波的群速度（Vg）：包络线的传播速度来表示波列本身的传播速度，它是波群的能量传播速度。 面波的频散特性：对于不同的频率（f） 成分，波在传播
2、时表现出的传播速度（Vr）不同。（在非均匀介质中）。 面波的扰动范围：能量随离开表面向下迅速衰减，面波扰动层厚度大概在一个波长（）左右，其实，它主要集中在近地表厚约/2的薄层内。,4,一，面波概论,单炮记录上的“扫帚”状：根据瑞雷波的特性，如果遇到低速该层或是层状介质时，这时，面波将具有明显的“频散”特征，即组成面波的不同频率谐波分量的传播速度不同；且具“正”频散（基谐波）特征，随着频率的越大相速度值降低。于是，随着距离增大，不同频率谐波分量逐渐散开，波列拉长，在多道单炮记录上出现“扫帚”状。 频率越低，波长越大，扰动层厚度越大，它反映的深度越深。,5,一，面波概论,在非均匀介质中传播具有频散
3、的特性，这也就是面波勘探的基础。所以： 1、在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距x设置N+1个检波器，就可以检测到瑞雷波在N x长度范围内的波场 2、在同一测点测量出一系列频率fi的VRi值，就可以得到一条VRf曲线，即所谓的频散曲线或转换为VR-R曲线， R为波长:R=VR/f 3、 VRf曲线或VR-R曲线的变化规律与地下介质条件存在着内在联系，通过对频散曲线进行反演解释，可得到地下某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的瑞雷波传播速度VR值，另一方面，VR值的大小与介质的物理特性有关，据此可以对岩土的物理性质作出评价。,6,二，瑞雷波勘探的基本原理,7,二，瑞雷波勘探的基本原理,瑞雷波
4、勘探,瞬态法,稳态法,优点：频率范围宽，可以降至23Hz的较低频率，从而达到较大的勘探深度。 缺点：是仪器大，施工慢，效率低。,优点：仪器轻便，施工快速，且能解决仪器的防爆问题，资料也利于进行一步的各种处理。 缺点：不如稳态法直观。,相位差法,频率波数法,-P变换法,拉东变换法,时频分析法,8,相位差法,二，瑞雷波勘探的基本原理,对地震记录作二维傅里叶变换可使之从 域变换到 域，二维傅里叶正反变换（即二维波场变换）分别为：,（3-2-19）,根据波数与波长的关系可以得到：,（3-2-20）,（3-2-23）,则瑞雷波相速度为：,二，瑞雷波勘探的基本原理,频率波数法,每种方法都有优势和缺点，比如
5、： 相位差法：相位差法对数据采集有严格的要求，当信噪比不高时，很难准确提取频散曲线。对于频率-波数法的应用较为广泛，然而，使用该方法要求总道数必须相当的多，却大大降低了横向分辨率。此外，两道分析法对多模式频散特性几乎无能为力。 频率波数法：要想进行深层瑞雷波勘探（即要求长波长的低频面波），必须加大排列长度才能获得较好的速度分辨率。,10,二，瑞雷波勘探的基本原理,11,数据采集（锤击、炸药等）,数据处理,频散曲线的提取,解释成果（层析成像）,三，瑞雷波勘探的采集、处理与解释,12,三，瑞雷波勘探的采集、处理与解释,激发：垂击、落重、爆炸。 检波器：选择固有频率较低的检波器（保证勘探深度） 尽可
6、能采用垂直叠加，提高信噪比 尽量延长记录长度，低速瑞雷波也是重要数据需采集。 一般的， x取1/31个波长。,13,三，瑞雷波勘探的采集、处理与解释,数据的处理,）时空域面波提取； ）面波信号的二维傅氏变换； ）绘制频率波数域振幅谱等值线图； ）提取面波频散曲线数据； ）绘制半波长频散曲线,频率波数法,三，瑞雷波勘探的采集、处理与解释,15,四、实际工程物探中的应用,G206国道徐州改线段公路工程,仪器：德SUMMIT II plus 排列方式：直线 接收道数：56 道 接收道距：3m 炮点间距： 3m 最大覆盖次数：28次 记录长度：1s 记录格式：SEG-2 采样间隔：0.25ms 仪器频带：全频带接收 震源方式：锤击,16,四、实际工程物探中的应用,G206国道徐州改线段公路工程,17,四、实际工程物探中的应用,面波存在的难题,1、实际工程勘探中，瞬态法很难获得足够的低频成分，所以勘探深度有限。 2、对频散曲线的拾取，有一定的误差。要求拾取的是基阶的频散曲线，而实际的是多模式曲线有交错或者混合，拾取起来需要一定的经验。不同的人拾取的误差很大。 3、利用反射勘探中的瑞雷波来研究表层结构时，需进一步分析地形变化面瑞雷波传播的影响，研究瑞雷波的地形校正方法。,18,19,谢谢 欢迎各位师生批评指导！,
