面波勘探原理及其應用參考模板

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：面波在地震波場中的特性研究及其應用 Surface wave in the characteristics of seismic wave field research and its application學生姓名：高振兵專 業(yè)：勘查技術(shù)與工程班 級：07023209指導教師：方根顯 二零一一年六 月19 / 23摘 要瑞利面波勘探是近年發(fā)展起來的一種新的淺層地球物理勘探方法，具有簡便、快速、經(jīng)濟、分辨率高、成果直觀、適用場地小等優(yōu)點，已在許多領(lǐng)域得到應用，并取得了良好的應用效果1。瑞利面波是一類頻率較低、能量較強的次生波，且主要沿著介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑?，其能量隨著與界面

2、距離的增加迅速衰減。瑞利面波與反射波、折射波一樣都含有地下介質(zhì)的地質(zhì)信息。本文從瑞利面波的概念、工作原理及方法、頻散特征、反演研究以及實際資料的應用等方面，用多道檢波器測量來了解面波勘探在淺層地表調(diào)查中的應用。 關(guān)鍵詞: 瑞利面波、頻散曲線、波動方程、瞬態(tài)瑞雷波勘探。 ABSTRACTRayleigh wave exploration is developed in recent years, a new shallow geophysical exploration methods, it is a simple, quick, economy, high resolution, achie

3、vements intuitive, applicable site, has the advantages of small find application in many fields, and have achieved good application effect. Rayleigh's is a kind of lower frequency, energy strong secondary wave, and mainly the boundary surface along the medium, the energy with the spread of inter

4、face distance attenuation increases rapidly. Rayleigh wave reflection wave, with all contain the same refraction wave of underground medium geological information. This article from Rayleigh's concept, principle and method , frequency dispersion characteristics, and inversion study and the actua

5、l material application etc, with multi-channel detectors measurements to understand surface wave exploration in the application of shallow surface survey.keywords: Rayleigh wave，frequency disperse curve, wave equation, transient state Rayleigh wave prospecting.目 錄緒 論11.工區(qū)自然地理和地質(zhì)、地球物理特征31.1工區(qū)自然地理31.2

6、工區(qū)地質(zhì)概況42.工作方法與技術(shù)42.1 面波勘探的基本原理及特點52.2 野外工作方法72.3 工區(qū)布置72.3.1 主要的儀器設(shè)備及其設(shè)置的參數(shù)82.3.2儀器要求92.3.3 采集系統(tǒng)的布置92.3.4 使用規(guī)范92.4 野外數(shù)據(jù)采集103.數(shù)據(jù)處理113.1 處理方法和原理113.2 數(shù)據(jù)處理內(nèi)容113.3 處理軟件要求113.4處理過程的要求123.5 面波數(shù)據(jù)處理流程124.資料解釋155.結(jié)論與建議175.1結(jié)論175.2 建議17致 謝18參考文獻19緒 論瑞利面波(以下簡稱面波)在反射波地震勘探中作為一種干擾波，被壓制和去除。實際上面波在地層介質(zhì)中傳播，肯定攜帶所經(jīng)過介質(zhì)的豐

7、富的地質(zhì)信息(如巖性、速度、深度等)，將這些反映地層特殊屬性的有用信息提取出來，可解決地質(zhì)問題，尤其是淺層地質(zhì)問題。近幾年來的研究和實際應用表明，瞬態(tài)瑞利波勘探(以下簡稱瑞利波勘探)法對淺表薄層勘探具有分辨率高、施工條件要求低、儀器輕便，探測速度快，經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，受到工程及環(huán)境勘探領(lǐng)域人員的極大關(guān)注，并在淺表層工程勘探中得到了發(fā)展，方法和技術(shù)漸趨成熟。然而在地形起伏的山地及西北沙漠地區(qū)，它的應用還很少，地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查工作的開展也近乎空白。這些地區(qū)的地面地形突起陡降，第四系覆蓋層地層結(jié)構(gòu)復雜，采用常規(guī)的地震勘探方法(如反射波法、折射波法、微地震測井法等)對其進行地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查工作，往往難度大、投

8、入成本高，而得到的資科的品質(zhì)低，勘探效益差。面波勘探在這些地區(qū)的應用就有了實際的意義，并且能夠得到很好的效果。 1985年，斯托克(Stokoe)和納扎利安(Nazarian)采用了沖擊震源，通過兩個檢波器之間波的互譜相位信息，求出了不同頻率面波的相速度，進而求出道路斷面的瑞利波速度分布，這是最初的瞬態(tài)瑞利波勘探試驗，從而也引起了瞬態(tài)瑞利波勘探方法的真正興起。 由于穩(wěn)態(tài)瑞利波所用的設(shè)備笨重，激發(fā)能量、頻率范圍有限，我國于1990年左右又開始了對瞬態(tài)瑞利波勘探技術(shù)的研究試驗。最初的數(shù)據(jù)采集一直利用兩個豎直分量檢波器接收方式，數(shù)據(jù)的信噪比較低，數(shù)據(jù)處理也不完善，探測深度和精度都有限。1993年，劉

9、云禎等利用自己設(shè)計的地震儀，在數(shù)據(jù)采集上采用展開排列多道接收，在數(shù)據(jù)處理上則通過多道面波記錄和專用處理軟件來處理面波速度變化曲線，再經(jīng)反演擬合計算進行速度分層解釋，把錘擊震源的面波探測深度由10米左右提高到約30米，條件好的情況可達50米以上，基本能滿足巖土工程勘察的需要，從而使瞬態(tài)瑞利波勘探技術(shù)上了一個新臺階，實現(xiàn)了瞬態(tài)瑞利波勘探實用化、商品化。1995年，北京市水電物探研究所自行研制出SWS瞬態(tài)瑞利波勘探系統(tǒng)，經(jīng)過與日本穩(wěn)態(tài)面波儀對比可知，使用24磅大錘做振源的SWS系統(tǒng)，在軟弱地層勘察方面優(yōu)于使用350kg激振器的日本穩(wěn)態(tài)面波系統(tǒng)?？v觀整個瑞利波的發(fā)展歷史，對瑞利波勘探法的研究總體上是一

10、個從天然場源法到人工場源法，從穩(wěn)態(tài)法到瞬態(tài)法，從理論研究逐步走向了試驗和實踐階段的發(fā)展過程。瑞利面波是一類頻率較低、能量較強的次生波，且主要沿著介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑?，其能量隨著與界面距離的增加迅速衰減，英國數(shù)學物理學家Rayleigh于1887年從理論上對該類型的波給予了證明。瑞利面波與反射波、折射波一樣都含有地下介質(zhì)的地質(zhì)信息。瑞利波勘探是一種新興的巖土原位測試的淺層勘探方法。瑞利面波在振動波組中能量最強，振幅最大，頻率最低，容易識別也易于測量。它同其它物探方法一樣，可分為人工源和天然源兩大類。人工源瑞利波勘探方法有兩種，即瞬態(tài)瑞利波勘探和穩(wěn)態(tài)瑞利波勘探。瞬態(tài)法與穩(wěn)態(tài)法的區(qū)別在于震源的不同，前者

11、是在地面上產(chǎn)生一瞬時沖擊力，產(chǎn)生一定頻率范圍的瑞利波，不同頻率的瑞利波疊加在一起，以脈沖的形式向前傳播;后者則產(chǎn)生單一頻率的瑞利波，可以測得單一頻率波的傳播速度。應用瞬態(tài)面波法進行現(xiàn)場測試時一般采用多道檢波器接收，以利于面波的對比和分析。當錘子或落重在地表產(chǎn)生一瞬態(tài)激振力時，就可以產(chǎn)生一個寬頻帶的R波，這些不同頻率的R波相互迭加，以脈沖信號的形式向外傳播。當多道低頻檢波器接收到脈沖形振動信號后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集，頻譜分析后，把各個頻率的R波分離出來，并求得相應的VR值，進而繪制面波頻散曲線。 由多道檢波數(shù)據(jù)反演處理后可得一條頻散曲線，一般把它作為接收段中點的解釋結(jié)果。實際上該曲線所反映的地層特性為接

12、收段內(nèi)地層性質(zhì)的平均結(jié)果，故當探測場地地下介質(zhì)水平方向變化較大時，只要能滿足勘探深度的要求，盡量使反演所用的接收段減小，以使解釋結(jié)果更具客觀實際2。瞬態(tài)瑞雷波法是通過錘擊、落重乃至炸藥震源,產(chǎn)生一定頻率范圍的瑞雷波, 再通過振幅譜分析和相位譜分析, 把記錄中不同頻率的瑞雷波分離出來,從而得到一條V r- f 曲線或V r- Kr 曲線, 即頻散曲線。面波勘探中主要利用的是瑞雷波, 其特性如下。(1) 瑞雷波在層狀介質(zhì)中傳播的頻散特性在層狀介質(zhì)條件下, 瑞雷波在介質(zhì)中的傳播速度是頻率的函數(shù), 即瑞雷波速度隨激發(fā)頻率的變化而變化。該特性是瑞雷波勘探的理論基礎(chǔ), 由于瑞雷波法不僅利用了波的運動學特征

13、, 更重要的是利用了波的動力學特征, 而常規(guī)地震折射波法和反射波法主要利用波的運動學特征, 且要求各層的波速或波阻抗有較大差異, 因此瑞雷波對介質(zhì)反映更細微。(2) 瑞雷波的穿透深度與波長的關(guān)系瑞雷波水平振幅和垂直振幅從彈性介質(zhì)的表面向內(nèi)部呈指數(shù)衰減, 主要能量集中在一個波長范圍內(nèi)。因此,可以認為瑞雷波的穿透深度為1個波長。(3)瑞雷波比體波衰減慢的多,離開震源一段距離,面波的能量將強于體波。這為我們在數(shù)據(jù)處理中提取面波的有用信息提供了方便。(4) 瑞雷波速度與橫波速度的相關(guān)性，瑞雷波速度Vr與橫波速度Vs近似相等,它們之間有一定的差異,差異的大小與地層的泊松比L有關(guān),泊松比L越大,差異越小。

14、(5) 面波勘探與地層速度的關(guān)系，折射波法要求下伏層速度大于上覆層速度, 反射波要求各層介質(zhì)間存在波阻抗差異,而面波勘探不受上述物性條件制約,僅要求各層介質(zhì)間存在橫波速度差異,由于橫波速度主要與介質(zhì)密度或介質(zhì)的松散與密實程度有關(guān), 因此在地層劃分方面有較好的分辨能力, 較適合于軟巖及密實度差異較大的第四系地層地區(qū)的勘探。本文通過對溫泉實習基地的余山水庫大壩進行面波測量，調(diào)查該地區(qū)的地表地層情況，找出F5和F6構(gòu)造，從而熟悉面波勘探在淺層地表調(diào)查中的應用。1.工區(qū)自然地理和地質(zhì)、地球物理特征1.1 工區(qū)自然地理撫州市溫泉鄉(xiāng)境內(nèi)的桐山廟-青蓮山一帶，慣稱溫泉實習基地。溫泉鄉(xiāng)因境內(nèi)溫泉（日泉、月泉）

15、而享有盛名。溫泉實習基地位于東經(jīng) 116 度 11 分 6 秒至 116 度 13 分 12 秒，北緯 27 度 59 分 12秒至 28 度 0 分 40 秒，距東華理工學院撫州校區(qū)大約四十公里。撫州-高坪公路和臨川-豐城公路穿過該區(qū)東南部，有公共汽車經(jīng)過實習區(qū)。本區(qū)距向（塘）樂安鐵路上頓渡車站 5 公里，交通便利。溫泉實習基地交通位置如圖 1-1,中國移動和聯(lián)通網(wǎng)信號覆蓋該區(qū)，并有公用電話提供服務(wù)。 圖 1-1溫泉實習基地交通位置圖該區(qū)地處南方典型丘陵地區(qū)，地形屬三類地形。實習區(qū)屬溫濕氣候區(qū)，年平均氣溫 180C，降水較豐富，年平均降水量為 1789.6 毫米，季節(jié)變化不十分明顯，3-7

16、月份為雨季，9-10 月份少雨，年蒸發(fā)量為 1610 毫米，潮濕系數(shù)為 1.11。區(qū)內(nèi)有三條小溪，自西向東為塘家?guī)X溪、青蓮溪及余山溪。一般流量為 0.05-1.5立方米/秒。因其上游的流域面積多為前震旦系的變質(zhì)巖，富水程度較差，且在設(shè)計區(qū)內(nèi)構(gòu)造復雜。干旱年月有時斷流。正因如此，在設(shè)計區(qū)內(nèi)修造三座小型水庫。攔截這三條溪水，供灌溉之用。該區(qū)農(nóng)作物以水稻為主，同時也有其他經(jīng)濟作物，如甘蔗、棉花、大豆、紅薯和蓮子等。沒有工業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)。該地區(qū)經(jīng)濟條件相對比較落后，人民生活水平普遍較低。1.2區(qū)域地質(zhì)概況1.2.1 地質(zhì)構(gòu)造本區(qū)出露的主要地層有前震旦系板溪群下亞組（Ptnn2） ，石炭系下統(tǒng)的華山苓組和

17、梓山組（C1z）及其因風化形成的殘、坡積物以及第四系。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，有NE向斷層兩條(F5、F6)。見圖 1-2。 圖1-2 溫泉區(qū)地質(zhì)圖圖1-2 區(qū)域地層地質(zhì)圖2.工作方法與技術(shù)2.1 面波勘探的基本原理及特點面波是一種特殊的地震波，它與地震勘探中常用的縱波（P波）和橫波（S波）不同，它是一種地滾波。彈性波理論分析表明，在層狀介質(zhì)中，拉夫波是由SH波與P波干涉而形成，而瑞利波是由SV波與P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介質(zhì)自由表面附近，其能量的衰減與r-1/2成正比，因此比體波（P、S波r-1）的衰減要慢得多。在傳播過程中，介質(zhì)的質(zhì)點運動軌跡呈現(xiàn)一橢圓極化，長軸垂直于地面，旋轉(zhuǎn)方向為逆

18、時針方向，傳播時以波前面約為一個高度為R（R波長）的圓柱體向外擴散。在各向均勻半無限空間彈性介質(zhì)表面上，當一個圓形基礎(chǔ)上下運動時，由它產(chǎn)生的彈性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）計算出來，即 P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是說，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作為勘探方法，其信噪比會大大提高。（見圖2-1） 圖2-1 能量分配圖面波勘察成果具有地層高分辨的特點，同時獲得地層物性的參數(shù)。瑞利面波方法用于巖土勘察，與以往的彈性波勘察方法差別在于，它應用的不是縱波和橫波，而是以前視為干擾的面波。其原理是，面波具有頻散的特性，其傳播的相速度隨頻率的改變而改變。

19、這種頻散特性可以反映地下巖土介質(zhì)的特性4。瑞利面波的特點：（1）在地震波形記錄中振幅和波組周期最大，頻率最小，能量最強；（2）在不均勻介質(zhì)中R波相速度（VR）具有頻散特性，此點是面波勘探的理論基礎(chǔ)；（3）由P波初至到R波初至之間的1/3處為S波組初至，且VR與VS具有很好的相關(guān)性，其相關(guān)式為：VR=VS（0.87+1.12）/（1+）； 式中：為泊松比；此關(guān)系奠定了R波在測定巖土體物理力學參數(shù)中的應用；（4）R波在多道接受中具有很好的直線性，即一致的波震同相軸；（5）質(zhì)點運動軌跡為逆轉(zhuǎn)橢圓，且在垂直平面內(nèi)運動；（6）R波是沿地表傳播的，且其能量主要集中在距地表一個波長（R）尺度范圍內(nèi)。依據(jù)上述

20、特性，通過測定不同頻率的面波速度VR，即可了解地下地質(zhì)構(gòu)造的有關(guān)性質(zhì)并計算相應地層的動力學特征參數(shù)，達到巖土工程勘察之目的3。瑞利面波技術(shù)成果，在地層分辨率方面的突出表現(xiàn)，激發(fā)進一步研究的動力。同時其成果的缺陷引發(fā)研究人員對客觀事物復雜性的認識。對瑞利面波的研究，由穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)，采用兩點接收，從未見到瑞利面波在地層介質(zhì)中傳播在地面所接收到的面貌，即應用中瑞利面波在時間-空間域中的形態(tài)特點。研究處于一種理性化狀態(tài)。二十世紀90年代中期，北京市水電物探研究所劉云禎提出多道瞬態(tài)面波勘察與檢測系統(tǒng)，使瑞利面波技術(shù)的研究開創(chuàng)新局面，使該技術(shù)應用于巖土勘察與檢測走出一條新路。劉云禎提出的多道瞬態(tài)面波方法，在

21、震源方面：提出采用不同材質(zhì)和輕重的錘子，采用落重法和炸藥激振的方法；在接收方面：提出采用地震勘探中采用的多道排列的方法，例如：12道、24道或更多道組成的排列。由此，瑞利面波在瞬態(tài)激振條件下的傳播特征進入可視狀態(tài)，為研究瑞利面波的傳播特征、面波頻散的提取計算方法研究、認識瑞利面波在傳播過程中具有多組份波傳播特征、以及應用瑞利面波中的干擾等問題開創(chuàng)了新局面，為瞬態(tài)瑞利面波技術(shù)的推廣應用奠定基礎(chǔ)5。瑞利面波的傳播示意圖： 圖2-2時間空間域中可視的瑞利面波紀錄面貌： 圖2-32.2 野外工作方法應用瞬態(tài)法進行現(xiàn)場測試時一般采用多道檢波器接收，以利于面波的對比和分析。當錘子或落重在地表產(chǎn)生瞬態(tài)激振力

22、時，就可以產(chǎn)生一個寬頻帶的R波，這些不同頻率的R波相互迭加，以脈沖信號的形式向外傳播。當多道低頻檢波器接收到脈沖形振動信號后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集，頻譜分析后，把各個頻率的R波分離出來，并求得相應的VR值，進而繪制面波頻散曲線6。當選取兩道檢波數(shù)據(jù)進行反演處理時，應使兩檢波器接收到的信號具有足夠的相位差，其間距x應滿足（R/3）R，即在一個波長內(nèi)采樣點數(shù)要小于在間距x內(nèi)的采樣點數(shù)的3倍，而大于在間距x內(nèi)的采樣點數(shù)的1倍，該采集濾波原則對于不同的勘探深度及儀器分辨率和場地地層特性可作適當調(diào)整。當采用多道檢波數(shù)據(jù)進行反演處理時，雖然不受道間距公式的約束，但野外數(shù)據(jù)采集時也應考慮勘探深度和場地條件的影響。一般

23、來說，當探測較淺部的地層介質(zhì)特性時，易采用小的x值并用小錘作震源以產(chǎn)生較強的高頻信號，即可獲得較好的結(jié)果；當探測較深部的地層介質(zhì)特性時，易采用較大的x值，并用重錘沖擊地面，以產(chǎn)生較低頻率的信號，使其能反映地下更深處的介質(zhì)信息，達到巖土工程勘察之目的。震源點的偏移距從理論上講越大越好，且易采用兩端對稱激發(fā)，有利于R波的對比、分辨和識別，但偏移距增大就要求震源能量加大和儀器性能的改善。一般來說，偏移距應根據(jù)試驗結(jié)果選取。就目前的儀器設(shè)備條件和反演技術(shù)水平，選用偏移距2040m即可獲得較好的測試結(jié)果。由多道檢波數(shù)據(jù)反演處理后可得一條頻散曲線，一般把它作為接收段中點的解釋結(jié)果。實際上該曲線所反映的地層

24、特性為接收段內(nèi)地層性質(zhì)的平均結(jié)果，故當探測場地地下介質(zhì)水平方向變化較大時，只要能滿足勘探深度的要求，盡量使反演所用的接收段減小，以使解釋結(jié)果更具客觀實際7。2.3 測線布置 工區(qū)位于撫州市溫泉鄉(xiāng)余山水庫西南向，與石禾崗相連。綜合考慮，在水庫的大壩上進行測量。（見圖2-4）沿大壩的西南向布置大概長500米的測線，選用多道檢波器進行該工區(qū)的面波測量，從而找到F5和F6的構(gòu)造帶和淺層地表的地質(zhì)情況。圖2-4 測線位置圖2.3.1 主要的儀器設(shè)備及其設(shè)置的參數(shù)1.工作所需要的儀器設(shè)備如下表：表1 主要的儀器設(shè)備 1 SWS-3地震儀 2 4HZ的檢波器（24個） 3 12道的大纜2條 4 18磅的大錘

25、和鐵板（各兩個） 5 連接線2條 6 測繩一根2.儀器所設(shè)置的參數(shù)見表2：記錄道數(shù)每道采集數(shù)采樣時間間隔偏移距道間距 24 1024 0.250ms 10m 1m表2 選用的參數(shù)2.3.2儀器要求1 儀器放大器的通道數(shù)不應少于12通道。采用的通道數(shù)應滿足不同面波模態(tài)采集的要求。2 儀器放大器的通頻帶應滿足采集面波頻率范圍的要求。對于巖土工程勘察，其通頻帶低頻端不宜高于0.5Hz，高頻端不宜低于4000Hz；3 儀器放大器各信道的幅度和相位應一致：各頻率點的幅度差在5%以內(nèi)，相位差不應大于所用采樣時間間隔的一半；4 儀器采樣時間間隔應滿足不同面波周期的時間分辨，保證在最小周期內(nèi)采樣4至8點；儀器

26、采樣時間長度應滿足在距震源最遠通道采集完面波最大周期的需要；2.3.3 采集系統(tǒng)的布置 使用SWS-3進行面波測量，首先拉好測繩，按找道間距1m布置好2條大纜，儀器放在兩條大纜的中間連接處，并且連好每道的檢波器。然后使用連接線把大錘和鐵餅與儀器連接好，作為觸發(fā)器，偏移距為10m。最后檢查檢波器以及連接線的接頭是否正常，再開機進行參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置好后進行數(shù)據(jù)采集，每個布置好的測點兩側(cè)各放一次炮，采集兩次數(shù)據(jù)之后再移動采集系統(tǒng)，直至測完整個大壩。連接方法見圖2-5： 圖2-5 采集系統(tǒng)布置圖2.3.4 使用規(guī)范 本次工作依照以下技術(shù)規(guī)范進行： 1.多道瞬態(tài)面波勘察技術(shù)規(guī)程 2.多道瞬態(tài)面波勘探標

27、準3. 巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）；4. 國家執(zhí)行標準電力工程物探技術(shù)規(guī)定（SDGJ 81-88）實行2.4 野外數(shù)據(jù)采集 多道瞬態(tài)瑞利面波勘探現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與常規(guī)地震勘探使用的多道觀測系統(tǒng)相同8，這與穩(wěn)態(tài)法和早期只有兩道的采集系統(tǒng)相比更加方便快捷，并且可以在時間剖面上準確識別瑞利波所在的時間空間位置，合理設(shè)計觀測“窗口”。為了取得高質(zhì)量的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)，還需注意以下問題：（1）使用寬頻帶的脈沖震源 低頻瑞利波的傳播特征反映了深層的信息，高頻分量的特征則反映了淺層信息。在工程中常需要對地下幾十米內(nèi)的土體進行分層，這就需要使用脈沖震源有足夠?qū)挼念l帶。 （2）選擇匹配的檢波器 在理想

28、情況下瑞利波勘探用檢波器的頻響特性應有從0HZ到數(shù)百甚至千赫的寬頻特性，這在實際中是達不到的，可以結(jié)合使用不同固有頻率的檢波器，如4Hz、38Hz和100Hz（本次工作用4Hz檢波器）。 （3）采集過程中最好不要進行濾波 濾波會損失瑞利波攜帶的有用信息，同時，瑞利波勘探中，希望濾波處理不改變數(shù)據(jù)的相位特性，但現(xiàn)有的濾波處理程序都會產(chǎn)生一定的相移，從而對瑞利波頻散曲線的計算產(chǎn)生不利影響。 （4）選擇合適的觀測系統(tǒng)參數(shù) 觀測系統(tǒng)參數(shù)包括時間采樣率、采樣長度、道間距、偏移距、記錄道數(shù)等，應根據(jù)勘探目的層的深度、厚度或目標體的尺寸確定觀測系統(tǒng)參數(shù)。一般說，展開排列長度應不小于最大勘探深度，道間距應不大

29、于研究的最小地層的厚度9。 圖2-6 野外數(shù)據(jù)采集3.數(shù)據(jù)處理3.1 處理方法和原理面波數(shù)據(jù)處理按其算法一般分為時間域與頻率域兩大類。目前頻率域的處理多進行fK域（頻率波數(shù)域）的變換，因為面波的各個模態(tài)，在時間和距離上往往是相互穿插疊合的。在fK域中，可以清楚地區(qū)分開面波不同模態(tài)的波動能量，從而能夠單一地提取出基階模態(tài)的頻散數(shù)據(jù)10。 運用二維傅立葉變換，可以將時間距離域的彈性波場數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為頻率波數(shù)譜數(shù)據(jù)，表示為二維坐標中的圖形。一般其左上角為坐標原點，縱坐標為頻率軸，沿縱坐標向下波動頻率增高，也就是在時間上波動越快。橫坐標為波數(shù)軸，沿橫坐標向右波數(shù)增多，也就是在空間上波長越短。各個波動組份

30、譜振幅的大小，用不同顏色的色標來表示,一般色度越亮，表示譜振幅越大。波動組份坐標點(fK) 和原點聯(lián)線的斜率(f/K)，體現(xiàn)了它的相速度。這條聯(lián)線越陡，說明該波動組份的相速度越大，而越平緩則說明相速度越小11。3.2 數(shù)據(jù)處理內(nèi)容面波數(shù)據(jù)資料預處理、生成面波頻散曲線、頻散曲線分層反演剪切波速度及確定層厚，利用面波頻散曲線生成速度映像彩色剖面，并在此基礎(chǔ)上繪制地質(zhì)剖面圖等。3.3 處理軟件要求資料處理軟件為SeisImager處理系統(tǒng)，具體要求如下：1. 采集參數(shù)的檢查與改正、采集文件的組合拼接、成批顯示及記錄中分辯壞道和處理等基本功能；2. 識別和剔除干擾波功能；3 .分辨識別與利用基階面波成

31、分的功能；4. 正反演功能，在波速遞增及近水平層狀地層條件下應能準確反演地層剪切波速度和層厚；5 .分頻濾波和檢查各分頻段面波的發(fā)育及信噪比的功能，以利于測深分析；6. 能調(diào)入多條頻散曲線，以供研究不同測點或同一測點加固改良后地層波速的改變。7. 對于多測點頻散曲線的剖面成圖，軟件宜具有速度映像成圖功能，以便直觀分析地層速度結(jié)構(gòu)。在有條件的情況下，軟件應具有自動拾取映像速度等值線和圖例填充等功能，使面波成果成圖電腦化。3.4處理過程的要求1. 面波頻散曲線的提取宜在fK域中進行，頻散曲線應遵循收斂的原則。在面波頻散曲線上若頻散點點距過大，不收斂，變化的起點處一般可解釋為地質(zhì)界線。不收斂的頻散曲

32、線段不能用于地層速度的計算。2. 剪切波層速度和層厚的反演計算一般宜選擇固定層厚的方式反演剪切波層速度。3. 反演過程宜遵循由淺及深逐層調(diào)試，使正、反演結(jié)果逼近，完成剪切波層速度和層厚的處理3.5 面波數(shù)據(jù)處理流程1.通過設(shè)置檢波器的位置參數(shù)和最大相速度來得到基態(tài)面波 2.在WaveEq里面設(shè)置頻率、反演層數(shù)和厚度、反演次數(shù)等參數(shù)從而得到反演結(jié)果。3.反演結(jié)果保存 4.數(shù)據(jù)提取5.利用上面得到的橫波速度和深度以及測點的坐標數(shù)據(jù)在surfer里面進行網(wǎng)格，生成速度的映像彩色剖面。6.利用surfer對上圖進行數(shù)字化之后的數(shù)據(jù)和圖形在AutoCAD里面畫出樣條曲線，并且對其進行填充，這樣就得到了地

33、質(zhì)剖面圖。4.資料解釋本次工作共測量了15個點的面波數(shù)據(jù)，形成一個剖面。通過對這些數(shù)據(jù)進行處理得到速度映像彩色剖面圖、地質(zhì)剖面圖及成果圖。下面結(jié)合地質(zhì)資料對這三個圖進行分析：圖4-1 速度彩色剖面圖圖4-2 地質(zhì)剖面圖從圖4-1和圖4-2中可以得出，地層剖面連續(xù)性并不好，尤其是在表層。根據(jù)對面波的頻散曲線的變化情況進行分析可以了解到地下見面的起伏情況。從最后的成果圖可以得出第一層為低速層，波速300-400m/s厚度大約為5m，認為是第四系土層中間層的波速相對于第一層較大，解釋為風化層。根據(jù)以往的地質(zhì)資料可以知道，主要為亞粘土和粘土，下面為速度較大的砂土和礫質(zhì)土。在測線35-45m出現(xiàn)低速帶，

34、110-140m也出現(xiàn)了低速帶。根據(jù)以往的地質(zhì)資料，此地以前存在河流，故推斷110-140地段為覆蓋古河道；在25-45m出有一個用于灌溉的排水通道，在圖上屬于低速帶，波速為100-200m/s，故認為是排水涵道，深度大約為10m。圖4-3 余山水庫壩基面波探測以下是我們測線起始移至第36米出的底層劃分情況：從我們對壩基的整.個探測（壩基應測275米，實測156米），結(jié)合以往地質(zhì)資料解釋可得到以下結(jié)論：1.壩基中部人工填土下切較深，推測此范圍為以前溪流河道；2.而在淺表部分有幾處土層含水量較多；3.壩基左側(cè)基巖性質(zhì)較好，并伴有（強）風化層。從而我們可以從成果圖上可以找出在測線25-45m之間存在一個構(gòu)造帶，這些與以往的地質(zhì)資料都吻合，所以對于我們這次畢業(yè)實習的工作值得肯定。5.結(jié)論與建議5.1結(jié)論通過此次工區(qū)面波勘探和原有的地質(zhì)資料相結(jié)合可以得出以下結(jié)論：（1）在工區(qū)的測線位置存在F5和F6構(gòu)造，壩基左側(cè)基巖性質(zhì)較好，并伴有（強）風化層。并且在水庫測線25-45m處會出現(xiàn)一個構(gòu)造帶，由原有的地質(zhì)資料可以知道這里有個排水涵道，用于灌溉。（2）從成果圖上可以得出第一層的波速不大，大概是350-400m/s，主要是中硬土，可能存在中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂，粘性土或者堅硬的黃土。第一層應該是屬于風化層，厚