物探方法-瞬态瑞雷波法

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1、瑞雷波勘探方法是近年来发展起来的浅层地震勘探新方法。由于瑞雷波速度同剪切波速度及岩、土力学参数有着密切的关系，第三节瞬态瑞雷波勘探技术因此在岩、土工程和地基处理方面得到广泛的应用。从方法上讲，瑞雷波勘探有频率域观测的稳态法和时间域观测的瞬态法两种稳态法应用时间较长，方法技术也较为成熟，但缺点是设备笨重，不利于提高效率。瞬态法则具有轻便、快捷效率高的特点。所用的采集系统就是地震勘探数据采集系统。因此很快受到人们的普遍重视。一、瞬态瑞雷波勘探原理瞬态瑞雷波法是用锤击使地面产生一个包含所需频率范围的假设离震源一定距离处有一观测点A，记录到的瑞雷波是f1(t)，根据傅里

2、叶变换，其频谱为在波的前进方向上与A点相距为x的观测点B同样也记录到时间信号f2(t)，其频谱是若波从A点传播到B点，它们之间的变化完全是频散引起的，则应有下列的关系式vR()是圆频率为ω的瑞雷波的相速度。上式也可写成式中是F1()和F2()之间的相位差,比较式(6.3.3)和(6.4.4)可知根据上式，只要知道A、B两点间的距离x和每一频率的相位差，就可以求出每一频率的相速度vR().为得到勘探点的频散曲线，需要对两观测点的记录作相干函数和互功率谱的分析。作相干函数的目的是对记录信号的各个频率成分的质量作出估计，并判断噪声干扰对有效信号的影响程度

3、。作互功率谱的目的是利用互功率谱的相位特性求出这两个观察点在各个不同频率时的相位差，再利用(6.3.5)式求出相速度，当我们已知频率为f的瑞雷波速度vR后，其相应的波长为RR=vR/f(6.3.6)瑞雷波的能量主要集中在介质的自由表面附近，其深度大体在一个波长深度范围内，由半波长理论，所测量的瑞雷波的平均波速vR可以认为是半波长深度处介质的平均弹性性质，即勘探深度是H=R/2=vR/2f(6.3.7)由(6.3.7)可知，频率越高，波长R越短，勘探深度越小;反之，频率越低，波长R越长，勘探深度越大。因此两个观测点之间的距离也要随着波长的改变而改变。对于

4、勘探较深的低频而言，x要大，才能测到较为正确的相位。对于勘探较浅的高频来说，x要小。根据实际经验，x取1/3R-2R间较为合适，即在一个波长内的采样点数，要小于在间距x内的采样点数的三倍，大于在x内的采样点数的0.5倍。这个滤波准则要针对不同的仪器分辨率和场地的实际情况做适当调整根据以上讨论，同一波长的瑞雷波传播特征反映了地质体水平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波传播特性反映了不同深度地质体的变化情况实际工作中，为了提高效率。瑞雷波勘探时，在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距x设置N+l个检波器,我们就可以检测到Nx长度范围内瑞雷波的传播特征

5、。对于频率为fi的频率分量，进行互谱分析时，计算相邻检波器记录的相移i，则相邻道x长度内瑞雷波的传播速度，在满足空间采样定理的条件下，测量范围Nx内的在同一测点对一系列频率fi求取相应的vRi值，就可以得到一条vR-f典线，即频散曲线。平均波速为根据(6.3.6)式，可将vR-f曲线转换为vR-R曲线，vR-R曲线反映出该测点介质深上的变化规律。沿测线不同点的vR-R曲线则反映了介质沿剖面方向上的变化特征瞬态面波法的震源可以采用锤击、落重、爆炸等方式。激振力较小时脉冲面波的主频率较高。检波器安置在地面作为拾取介质振动的传感器。面波勘探所用检波器频率范

6、围很宽，可以从数赫兹到数千赫兹。。二、瞬态瑞雷波法资料采集系统目前国内外生产的检波器类型较多，面波测试时，可从固有频率为4.5、8、10、15、28等检波器中选择使用，瞬态面波一般使用固有频率较低的检波器检波器接收到的基本是瑞雷波的垂直分量。瞬态冲击激发的面波可以看作许多单频谐振的叠加，因而记录到的波形也是谐波叠加的结果，呈脉冲型的面波。为了获得对应于不同深度的波速，要求震源产生的频率范围要宽，测试浅层时用小锤或较轻的铁块锤击地面获得高频信号，并采用小的道间距接收。测试深度大时则相反。地震波主频f0与落重法的重块质量M和重块底面积的半径r0的关系为:其中为切变

7、模量，为泊松比。瞬态面波法也可以利用仪器的信号增强功能，进行垂直叠加，以达到增强有效信号压制干扰的目的。瞬态法由于采用一次激发多道接收，可将不同间距的相速度波长数据组合，得到波速与波长关系的瑞雷波频散曲线。与稳态法相比可大大提高工作效率。资料处理工作主要包括:对原始记录的整理和评价，提高信号质量的处理，面波速度的计算和结果的输出。频率滤波是数据处理中最常见的处理手段，它可以消除各种干扰。三、瞬态瑞雷波法资料处理对于浅层勘探，保留高频成分，对于较深目的层保留低频成分。对于中等深度勘探，要合理选择通频带，以降低干扰，使资料质量得到改善，并最终减小对频散曲线的影响。

8、切除处理可以把直达波和折