瞬态面波勘探及应用_理学论文

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1、瞬态面波勘探及应用摘要：血波勘探是近年起來的一种新的浅层地球物理勘探，貝-有简便、快速、、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点，已在许多领域得到，并取得了良好的应用效果。文章介绍了而波勘探技术的发展概况、探测原理、主要特点及其野外测试方法，对其应用范阳及存在的作了说明，并给出一个应用实例。关键词：瑞利血波地震勘探瞬态法频散曲线1前言血波勘探，也称弹性波频率测深，是国内外近儿年发展起來的-•种新的浅层地震勘探方法。而波分为瑞利波（R波）和拉夫波（L波），而R波在振动波组中能量最强、振幅最大、频率最低，容易识别也易于测量，所以而

2、波勘探一般是指瑞利而波勘探。人们根据激振畏源的不同，乂把面波勘探分为①稳态法、②瞬态法、③无源法。它们的测试原理是相同的，只是产生面波的震源不同罢了。1938年德国土力学协会首次尝试用稳态振动來检测岩土的各种弹性力学参数。1960年美国密西西比陆军工程队水陆试验所开始开发类似的技术方法，但由于当时技术条件的限制，均未获得成功。70年代初美国F・K・Chang等人利用瞬态激振产生的瑞利波来浅部地质问题,并于1973年在第42届国际地球物理勘探年会上发表了"RayleighWaveDispersionTechniqueforRa

3、pidSubsurfaceExplorationv（瞬态面波在浅层勘探屮的应用）论文,报道了有关的研究成果。在稳态方面，直到80年代初，日本的V1C株式会社经过多年的研究试制，推出了GR—810佐藤式全自动地下勘探机，才使该项物探技术在浅层工程勘察工作中得以应用。通过儿年的实践和初步研究，R波在岩土工程勘察中的应用大致分为以下儿个方面：（1）查明工程区地下介质速度结构并进行地层划分；⑵对岩土体的物理力学参数进行原位测试；⑶少民用建筑的地基基础勘察；⑷地下管道及埋藏物的探测；⑸地卜•空洞、岩溶、古某及废弃矿井的埋深、范围等探测

4、；⑹软土地基加I舌I处理效果评价及饱和砂土层的液化判别；（7）公路、机场跑道质量的无损检测；⑻江河、水库大坝（堤）中软弱夹层的探测和加固效果评价等；⑼场地土类别划分及滑坡调查等；00）断层及具它构造带的测定与追踪等。2勘探原理面波是一种特殊的地展波，它与地震勘探中常用的纵波（P波）和横波（S波）不同，它是一种地滚波。弹性波表明，在层状介质屮，拉夫波是由SH波与P波干涉而形成，而瑞利波是山SV波与P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介质自山表血附近，其能量的衰减与r_1/2成正比,因此比体波（P、S波F-1）的衰减要慢得多。

5、在传播过程小，介质的质点运动轨迹呈现一椭圆极化，长轴垂直于地而，旋转方向为逆时针方向，传播时以波而而约为一个高度为XR（R波长）的圆柱体向外扩散。在各向均匀半无限空间弹性介质表面上，当一个圆形基础上下运动时，山它产生的弹性波入射能量的分配率已由M订ler（1955年）出来,即P波占7%、S波占26%、R波占67%,亦就是说，R波的能量占全部激振能量的2/3,因此利用R波作为勘探方法，其信噪比会人人提高。综合分析表明R波具有如下特点：（1）在地震波形记录中振幅和波组周期最大，频率最小，能量最强；⑵在不均匀介质屮R波相速度（VR

6、）具冇频散特性，此点是面波勘探的理论基础；（3）由P波初至到R波初至Z间的1/3处为S波组初至，且VR与VS具冇很好的相关性，其相关式为：VR=VS・（0.87+1.12口）/（l+u）；;式中：U为泊松比；此关系奠定了R波在测定岩土体物理力学参数中的应用；⑷R波在多道接受中貝-有很好的直线性，即一•致的波震同和轴；⑸质点运动轨迹为逆转椭圆，且在垂直平面内运动；⑹R波是沿地表传播的，且其能量主要集屮在距地表一个波长（入R）尺度范围内。依据上述特性，通过测定不同频率的血波速度VR,即可了解地下地质构造的有关性质并计算相应地层的

7、动力学特征参数，达到岩土工程勘察之目的。3野外工作方法应用瞬态法进行现场测试时一•般采用多道检波器接收，以利于血波的対比和分析。当锤子或落重在地表产生一瞬态激振力时，就町以产生一个宽频带的R波，这些不同频率的R波相互迭加，以脉冲信号的形式向外传播。当多道低频检波器接收到脉冲形振动信号示，经数据采集，频谱分析后，把各个频率的R波分离出來，并求得相应的VR值，进而绘制血波频散曲线。当选取两道检波数据进行反演处理时，应使两检波器接收到的信号具有足够的相位差，其间距Ax应满足（XR/3）〜入R,即在一个波长内采样点数要小于在间距Ax

8、内的采样点数的3倍，而人于在间距Ax内的采样点数的1倍,该采集滤波原则对于不同的勘探深度及仪器分辨率和场地地层特性可作适当调整。当采用多道检波数据进行反演处理时，虽然不受道间距公式的约束，但野外数据采集时也应考虑勘探深度和场地条件的。一般来说，当探测佼浅部的地层介质特性时，易采用小的Ax值