地球物理勘探(其他勘探)

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1、第3篇其它地球物理勘探方法1声波探测1.1概述用声波仪测试声源激发的弹性波在岩体(岩石)中的传播情况，借以研究岩体(岩石)的物理性质和构造特征的方法，称为声波探测。它和地震勘探一样，也是利用岩石弹性的物探方法，而且都以弹性理论作为本方法的理论基础。二者之间的主要区别在于声波探测所利用的是频率大大高于地震波的声波或超声波，其频率一般为一千赫兹至几兆赫兹。因此，所使用的仪器及工作方法也就不同了。与地震勘探相比，由于声波的频率高、波长短、受岩石的吸收和散射比较严重，因此声波探测对岩体的了解较为细致而探测范围较小，但具有简便、快速、经济、便于重复测试、对测试的岩体(

2、岩石)无破坏作用等优点。所以声波探测已成为工程与环境检测中不可缺少的手段之一。声波探测可分为主动测试和被动测试两种工作方法。主动测试所利用的声波由声波仪的发射系统或槌击、爆炸方式产生；被动测试的声波则是岩体遭受自然界的或其它的作用力时，在变形或破坏过程中由它本身发出的。主动测试包括波速测定，振幅衰减测定和频率测定，其中最常用的是波速测定。目前在工程地质勘探中，已较为广泛地采用声波探测解决下列地质问题：1．根据波速等声学参数的变化规律进行工程岩体的地质分类；2．根据波速随岩体裂隙发育而降低及随应力状态的变化而改变等规律，圈定开挖造成的围岩松驰带，为确定合理的衬

3、砌厚度和锚杆长度提供依据；3．测定岩体或岩石试件的力学参数如杨氏模量、剪切模量和泊松比等；4．利用声速及声幅在岩体内的变化规律进行工程岩体边坡或地下硐室围岩稳定性的评价；5．探测断层、溶洞的位置及规模，张开裂隙的延伸方向及长度等；6．定量研究岩体风化壳的分带；7．开挖补破及补强灌浆的质量检查；8．利用声速、声幅及超声电视测井的资料划分钻井剖面岩性，进行地层对比，查明裂隙、溶洞及套管的裂隙等；9．划分浅层地质剖面及确定地下水面深度；10．天然地震及大面积地质灾害的预报。研究和解决上述问题，为有关的工程项目及时而准确地提供设计和施工所需的资料，对于缩短工期、降低

4、造价、提高安全度等都有重要的意义。·328·1.2声波仪的基本原理1.2.1声波仪的主要部件及其功用声波仪是声波探测使用的仪器。声波仪有多种型号，主动测试的仪器一般都由发射系统和接收系统两大部分组成。如图3.1.1所示，发射系统包括发射机和发射换能器，接收系统包括接收机和接收换能器。发射机是一种声源讯号的发射器，由它向压电材料制成的换能器(图中的1)输送电脉冲，激励换能器的晶片，使之振动而产生声波，向岩体发射。于是声波在岩体中以弹性波形式传播，然后由接收换能器(图中的2)加以接收，该换能器将声能转换成电子讯号送到接收机，经放大后在接收机的示波管屏幕上显示波形

5、。通过调整游标图3.1.1声波仪的主要部件电位器，可在数码显示器上显示波至时间。若将接收机与微机连接，则可对声波讯号进行数字处理，如频谱分析、滤波、初至切除、计算功率谱等。并可通过打印机输出原始记录和成果图件。根据发射和接收换能器之间的距离l，及声波在岩体中的旅行时间t，即可由下式计算被测岩体的波速VlV=（3.1-1）t如果工作中采用槌击或爆炸方式产生声波，起始时间亦可用接收系统进行记录。1.2.2电声换能器的工作原理换能器种类繁多，性能各异。声波探测使用的是电声换能器，它是声波仪的重要组成部分。发射换能器可以将发射机送来的电能转换为弹性振动形式的机械能，

6、从而产生声波和超声波；接收换能器将接受到的岩体中的弹性波转换为电能，然后输送给接收机。最常用的电声换能器是由具有压电效应的材料（天然晶体或人工制造的极化多晶陶瓷等）制成的压电换能器。压电换能器也有多种型号和式样，应根据测试条件和要求加以选择。其中单片弯曲式多用于接收；喇叭式多用于发射；增压式和圆管式用于钻孔内；横波换能器用于测试横波；超声换能器多用于室内岩样测试。还有单孔用的发射与接收组合换能器等等。我们以喇叭式换能器为例，扼要说明电声换能器的工作原理。喇叭式换能器的结构如图3.1.2所示，主要由晶片、辐射体及配重三部分组成。用粘结剂将这三部分粘合，并用螺栓

7、旋紧，使能承受较大的功率。晶片为圆形，由压电陶瓷制成，其前端的辐射体为喇叭形的铝合金硬盖板，可使压电陶瓷受激振动后所产生的声图3.1.2喇叭式换能器结构示意图·329·波向岩体单向发射。喇叭式换能器具有单向辐射性能，并且指向性较好、机械强度高、能承受较大的功率，因此多用作发射换能器。1.3声波探测的工作方法1.3.1基本方法工程岩体声波探测的现场工作，应根据测试的目的和要求，合理地布置测网、确定装置距离、选择测试的参数和工作方法。1．测网的布置测网的布置一般应选择有代表性的地段，力求以最少的工作量解决较多的地质问题。测点或观测孔的布置一般应选择在岩性均匀、表

8、面光洁、无局部节理裂隙的地方，以避免介质不均匀对声波