面波勘探原理及其應(yīng)用參考模板

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：面波在地震波場(chǎng)中的特性研究及其應(yīng)用 Surface wave in the characteristics of seismic wave field research and its application學(xué)生姓名：高振兵專 業(yè)：勘查技術(shù)與工程班 級(jí)：07023209指導(dǎo)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(lái)的一種新的淺層地球物理勘探方法，具有簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)、分辨率高、成果直觀、適用場(chǎng)地小等優(yōu)點(diǎn)，已在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果1。瑞利面波是一類頻率較低、能量較強(qiáng)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(shí)際資料的應(yīng)用等方面，用多道檢波器測(cè)量來(lái)了解面波勘探在淺層地表調(diào)查中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞: 瑞利面波、頻散曲線、波動(dòng)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(diǎn)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(guò)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(xiàn)19緒 論瑞利面波(以下簡(jiǎn)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(shí)際上面波在地層介質(zhì)中傳播，肯定攜帶所經(jīng)過(guò)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(lái)，可解決地質(zhì)問題，尤其是淺層地質(zhì)問題。近幾年來(lái)的研究和實(shí)際應(yīng)用表明，瞬態(tài)瑞利波勘探(以下簡(jiǎn)稱瑞利波勘探)法對(duì)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(cè)速度快，經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)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(fù)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(cè)井法等)對(duì)其進(jìn)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(yīng)用就有了實(shí)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(guò)兩個(gè)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(jìn)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(yàn)，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(guó)于1990年左右又開始了對(duì)瞬態(tài)瑞利波勘探技術(shù)的研究試驗(yàn)。最初的數(shù)據(jù)采集一直利用兩個(gè)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(cè)深度和精度都有限。1993年，劉

9、云禎等利用自己設(shè)計(jì)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(guò)多道面波記錄和專用處理軟件來(lái)處理面波速度變化曲線，再經(jīng)反演擬合計(jì)算進(jìn)行速度分層解釋，把錘擊震源的面波探測(cè)深度由10米左右提高到約30米，條件好的情況可達(dá)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(gè)新臺(tái)階，實(shí)現(xiàn)了瞬態(tài)瑞利波勘探實(shí)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(guò)與日本穩(wěn)態(tài)面波儀對(duì)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(gè)瑞利波的發(fā)展歷史，對(duì)瑞利波勘探法的研究總體上是一

10、個(gè)從天然場(chǎng)源法到人工場(chǎng)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(yàn)和實(shí)踐階段的發(fā)展過(guò)程。瑞利面波是一類頻率較低、能量較強(qiáng)的次生波，且主要沿著介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑ィ淠芰侩S著與界面距離的增加迅速衰減，英國(guó)數(shù)學(xué)物理學(xué)家Rayleigh于1887年從理論上對(duì)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(cè)試的淺層勘探方法。瑞利面波在振動(dòng)波組中能量最強(qiáng)，振幅最大，頻率最低，容易識(shí)別也易于測(cè)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(shí)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(cè)得單一頻率波的傳播速度。應(yīng)用瞬態(tài)面波法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)一般采用多道檢波器接收，以利于面波的對(duì)比和分析。當(dāng)錘子或落重在地表產(chǎn)生一瞬態(tài)激振力時(shí)，就可以產(chǎn)生一個(gè)寬頻帶的R波，這些不同頻率的R波相互迭加，以脈沖信號(hào)的形式向外傳播。當(dāng)多道低頻檢波器接收到脈沖形振動(dòng)信號(hào)后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集，頻譜分析后，把各個(gè)頻率的R波分離出來(lái)，并求得相應(yīng)的VR值，進(jìn)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(diǎn)的解釋結(jié)果。實(shí)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(dāng)探測(cè)場(chǎng)地地下介質(zhì)水平方向變化較大時(shí)，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(shí)際2。瞬態(tài)瑞雷波法是通過(guò)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(guò)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(lái),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(yùn)動(dòng)學(xué)特征

13、, 更重要的是利用了波的動(dòng)力學(xué)特征, 而常規(guī)地震折射波法和反射波法主要利用波的運(yùn)動(dòng)學(xué)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(duì)介質(zhì)反映更細(xì)微。(2) 瑞雷波的穿透深度與波長(zhǎng)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(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)。因此,可以認(rèn)為瑞雷波的穿透深度為1個(gè)波長(zhǎng)。(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(qiáng)于體波。這為我們?cè)跀?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(shí)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(shí)度差異較大的第四系地層地區(qū)的勘探。本文通過(guò)對(duì)溫泉實(shí)習(xí)基地的余山水庫(kù)大壩進(jìn)行面波測(cè)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(yīng)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?yè)嶂菔袦厝l(xiāng)境內(nèi)的桐山廟-青蓮山一帶，慣稱溫泉實(shí)習(xí)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(shí)習(xí)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(xué)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(guò)該區(qū)東南部，有公共汽車經(jīng)過(guò)實(shí)習(xí)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(shí)習(xí)基地交通位置如圖 1-1,中國(guó)移動(dòng)和聯(lián)通網(wǎng)信號(hào)覆蓋該區(qū)，并有公用電話提供服務(wù)。 圖 1-1溫泉實(shí)習(xí)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(shí)習(xí)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(jì)區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜。干旱年月有時(shí)斷流。正因如此，在設(shè)計(jì)區(qū)內(nèi)修造三座小型水庫(kù)。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(shí)也有其他經(jīng)濟(jì)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(jì)條件相對(duì)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(fēng)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(diǎn)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(guò)程中，介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡呈現(xiàn)一橢圓極化，長(zhǎng)軸垂直于地面，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟?/p>

18、時(shí)針方向，傳播時(shí)以波前面約為一個(gè)高度為R（R波長(zhǎng)）的圓柱體向外擴(kuò)散。在各向均勻半無(wú)限空間彈性介質(zhì)表面上，當(dāng)一個(gè)圓形基礎(chǔ)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由它產(chǎn)生的彈性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）計(jì)算出來(lái)，即 P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是說(shuō)，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(huì)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(diǎn)，同時(shí)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(yīng)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(diǎn)：（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(qiáng)；（2）在不均勻介質(zhì)中R波相速度（VR）具有頻散特性，此點(diǎn)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(cè)定巖土體物理力學(xué)參數(shù)中的應(yīng)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為逆轉(zhuǎn)橢圓，且在垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)；（6）R波是沿地表傳播的，且其能量主要集中在距地表一個(gè)波長(zhǎng)（R）尺度范圍內(nèi)。依據(jù)上述

20、特性，通過(guò)測(cè)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(jì)算相應(yīng)地層的動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)，達(dá)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(jìn)一步研究的動(dòng)力。同時(shí)其成果的缺陷引發(fā)研究人員對(duì)客觀事物復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)。對(duì)瑞利面波的研究，由穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)，采用兩點(diǎn)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(yīng)用中瑞利面波在時(shí)間-空間域中的形態(tài)特點(diǎn)。研究處于一種理性化狀態(tài)。二十世紀(jì)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(cè)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(yīng)用于巖土勘察與檢測(cè)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(jìn)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(jì)算方法研究、認(rèn)識(shí)瑞利面波在傳播過(guò)程中具有多組份波傳播特征、以及應(yīng)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(yīng)用奠定基礎(chǔ)5。瑞利面波的傳播示意圖： 圖2-2時(shí)間空間域中可視的瑞利面波紀(jì)錄面貌： 圖2-32.2 野外工作方法應(yīng)用瞬態(tài)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)一般采用多道檢波器接收，以利于面波的對(duì)比和分析。當(dāng)錘子或落重在地表產(chǎn)生瞬態(tài)激振力

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

23、來(lái)說(shuō)，當(dāng)探測(cè)較淺部的地層介質(zhì)特性時(shí)，易采用小的x值并用小錘作震源以產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻信號(hào)，即可獲得較好的結(jié)果；當(dāng)探測(cè)較深部的地層介質(zhì)特性時(shí)，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(hào)，使其能反映地下更深處的介質(zhì)信息，達(dá)到巖土工程勘察之目的。震源點(diǎn)的偏移距從理論上講越大越好，且易采用兩端對(duì)稱激發(fā)，有利于R波的對(duì)比、分辨和識(shí)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(lái)說(shuō)，偏移距應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)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(cè)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(diǎn)的解釋結(jié)果。實(shí)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(dāng)探測(cè)場(chǎng)地地下介質(zhì)水平方向變化較大時(shí)，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(shí)際7。2.3 測(cè)線布置 工區(qū)位于撫州市溫泉鄉(xiāng)余山水庫(kù)西南向，與石禾崗相連。綜合考慮，在水庫(kù)的大壩上進(jìn)行測(cè)量。（見圖2-4）沿大壩的西南向布置大概長(zhǎng)500米的測(cè)線，選用多道檢波器進(jìn)行該工區(qū)的面波測(cè)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(cè)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(gè)） 3 12道的大纜2條 4 18磅的大錘

25、和鐵板（各兩個(gè)） 5 連接線2條 6 測(cè)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(shí)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(yīng)少于12通道。采用的通道數(shù)應(yīng)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(yīng)滿足采集面波頻率范圍的要求。對(duì)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(yīng)一致：各頻率點(diǎn)的幅度差在5%以內(nèi)，相位差不應(yīng)大于所用采樣時(shí)間間隔的一半；4 儀器采樣時(shí)間間隔應(yīng)滿足不同面波周期的時(shí)間分辨，保證在最小周期內(nèi)采樣4至8點(diǎn)；儀器

26、采樣時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)滿足在距震源最遠(yuǎn)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(jìn)行面波測(cè)量，首先拉好測(cè)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(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置好后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每個(gè)布置好的測(cè)點(diǎn)兩側(cè)各放一次炮，采集兩次數(shù)據(jù)之后再移動(dòng)采集系統(tǒng)，直至測(cè)完整個(gè)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(jìn)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(biāo)

27、準(zhǔn)3. 巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）；4. 國(guó)家執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)電力工程物探技術(shù)規(guī)定（SDGJ 81-88）實(shí)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集與常規(guī)地震勘探使用的多道觀測(cè)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(shí)間剖面上準(zhǔn)確識(shí)別瑞利波所在的時(shí)間空間位置，合理設(shè)計(jì)觀測(cè)“窗口”。為了取得高質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)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(duì)地下幾十米內(nèi)的土體進(jìn)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(yīng)有從0HZ到數(shù)百甚至千赫的寬頻特性，這在實(shí)際中是達(dá)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(guò)程中最好不要進(jìn)行濾波 濾波會(huì)損失瑞利波攜帶的有用信息，同時(shí)，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(huì)產(chǎn)生一定的相移，從而對(duì)瑞利波頻散曲線的計(jì)算產(chǎn)生不利影響。 （4）選擇合適的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù) 觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)包括時(shí)間采樣率、采樣長(zhǎng)度、道間距、偏移距、記錄道數(shù)等，應(yīng)根據(jù)勘探目的層的深度、厚度或目標(biāo)體的尺寸確定觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)。一般說(shuō)，展開排列長(zhǎng)度應(yīng)不小于最大勘探深度，道間距應(yīng)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(shí)間域與頻率域兩大類。目前頻率域的處理多進(jìn)行fK域（頻率波數(shù)域）的變換，因?yàn)槊娌ǖ母鱾€(gè)模態(tài)，在時(shí)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(dòng)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(yùn)用二維傅立葉變換，可以將時(shí)間距離域的彈性波場(chǎng)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(biāo)中的圖形。一般其左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，縱坐標(biāo)為頻率軸，沿縱坐標(biāo)向下波動(dòng)頻率增高，也就是在時(shí)間上波動(dòng)越快。橫坐標(biāo)為波數(shù)軸，沿橫坐標(biāo)向右波數(shù)增多，也就是在空間上波長(zhǎng)越短。各個(gè)波動(dòng)組份

30、譜振幅的大小，用不同顏色的色標(biāo)來(lái)表示,一般色度越亮，表示譜振幅越大。波動(dòng)組份坐標(biāo)點(diǎn)(fK) 和原點(diǎn)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(shuō)明該波動(dòng)組份的相速度越大，而越平緩則說(shuō)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(yù)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(shí)別和剔除干擾波功能；3 .分辨識(shí)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(yīng)能準(zhǔn)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(cè)深分析；6. 能調(diào)入多條頻散曲線，以供研究不同測(cè)點(diǎn)或同一測(cè)點(diǎn)加固改良后地層波速的改變。7. 對(duì)于多測(cè)點(diǎn)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(yīng)具有自動(dòng)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(guò)程的要求1. 面波頻散曲線的提取宜在fK域中進(jìn)行，頻散曲線應(yīng)遵循收斂的原則。在面波頻散曲線上若頻散點(diǎn)點(diǎn)距過(guò)大，不收斂，變化的起點(diǎn)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(jì)算。2. 剪切波層速度和層厚的反演計(jì)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(guò)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(guò)設(shè)置檢波器的位置參數(shù)和最大相速度來(lái)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(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)在surfer里面進(jìn)行網(wǎng)格，生成速度的映像彩色剖面。6.利用surfer對(duì)上圖進(jìn)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(duì)其進(jìn)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(cè)量了15個(gè)點(diǎn)的面波數(shù)據(jù)，形成一個(gè)剖面。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)這三個(gè)圖進(jìn)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(duì)面波的頻散曲線的變化情況進(jìn)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(rèn)為是第四系土層中間層的波速相對(duì)于第一層較大，解釋為風(fēng)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(cè)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(gè)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(rèn)為是排水涵道，深度大約為10m。圖4-3 余山水庫(kù)壩基面波探測(cè)以下是我們測(cè)線起始移至第36米出的底層劃分情況：從我們對(duì)壩基的整.個(gè)探測(cè)（壩基應(yīng)測(cè)275米，實(shí)測(cè)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(cè)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(qiáng)）風(fēng)化層。從而我們可以從成果圖上可以找出在測(cè)線25-45m之間存在一個(gè)構(gòu)造帶，這些與以往的地質(zhì)資料都吻合，所以對(duì)于我們這次畢業(yè)實(shí)習(xí)的工作值得肯定。5.結(jié)論與建議5.1結(jié)論通過(guò)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(cè)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(qiáng)）風(fēng)化層。并且在水庫(kù)測(cè)線25-45m處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)構(gòu)造帶，由原有的地質(zhì)資料可以知道這里有個(gè)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(shí)、中密的礫、粗、中砂，粘性土或者堅(jiān)硬的黃土。第一層應(yīng)該是屬于風(fēng)化層，厚