面波勘探技术理论与实践
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面波勘探概论
CTCO
面波勘探的原理及用途
面波勘探的现场测试方法
面波勘探的数据处理
面波勘探的注意事项
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第一章‐‐‐面波勘探概论
CTCO
面波勘探的定义
面波勘探，也称弹性波勘探，是国内外近 几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。 面波分为瑞雷波（R波）和勒夫波（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，所以面波勘探一 般是指瑞雷波勘探。 瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波传播 的频散特性，利用人工震源激发产生多种频率 成分的瑞雷面波，寻找出波速随频率的变化关 系，从而最终确定出地表岩土的瑞雷波速度随 场点坐标的变化关系，以解决浅层工程地质和 地基岩土的地震工程等问题。
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第一章
面波勘探概论
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瑞雷波的特性
(1)瑞雷波在层状介质中传播的频散特性 在层状介质条件下, 瑞雷波在介质中的传播速度是频率的函 数, 即瑞雷波速度随激发频率的变化而变化。该特性是瑞雷波勘探 的理论基础, 由于瑞雷波法不仅利用了波的运动学特征, 更重要的 是利用了波的动力学特征, 而常规地震折射波法和反射波法主要利 用波的运动学特征, 且要求各层的波速或波阻抗有较大差异, 因此 瑞雷波对介质反映更细微。 (2)瑞雷波的穿透深度与波长的关系 瑞雷波水平振幅和垂直振幅从弹性介质的表面向内部呈指数衰 减, 主要能量集中在一个波长范围内。因此,可以认为瑞雷波的穿 透深度为1个波长。 https://www.doczj.com/doc/9e18981601.html,
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第一章
面波勘探概论
CTCO
(3)瑞雷波比体波衰减的慢,离开震源一段距离,面波的能量将强 于体波。这为我们在数据处理中提取面波的有用信息提供了 方便。 (4)瑞雷波速度与横波速度的相关性，瑞雷波速度Vr与横波速度 Vs近似相等,它们之间有一定的差异,差异的大小与地层的泊 松比L有关,泊松比L越大,差异越小。 (5)面波勘探与地层速度的关系，折射波法要求下伏层速度大于 上覆层速度, 反射波要求各层介质间存在波阻抗差异,而面 波勘探不受上述物性条件制约,仅要求各层介质间存在横波 速度差异,由于横波速度主要与介质密度或介质的松散与密 实程度有关, 因此在地层划分方面有较好的分辨能力, 较适 合于软岩及密实度差异较大的第四系地层地区的勘探。
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第二章---面波勘探的原理及用途
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面波勘探的原理
均匀介质或分层介质在点或面振源作用 下，表面波场包含P、SV波及瑞利波，由于在 表面P、SV波衰减快于瑞利波，当距振源一定 距离表面波场以瑞利波为主。在大多数情况 下，瑞利波能量集中在一个波长深度范围内， 频率越低，波长越大，影响深度越深。在剖面 参数（剪切波速、密度、泊松比）不同分层状 态下，随着波长的增加，瑞利波穿越的层数也 增加，瑞利波传播速度发生变化，瑞利波传播 出现频散现象，即瑞利波传播速度随频率（或 波长）的变化。 https://www.doczj.com/doc/9e18981601.html,
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第二章
面波勘探的原理及用途
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如图所示，频散曲线的变化与分层参数、 分层厚度等有关，通过对频散曲线的反分析可 以得到场地分层剪切波速。
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第二章
面波勘探的原理及用途
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面波勘探的用途
（1）地层划分：通过对瑞雷波频散曲线进行定性及定理解释，得 到各地层的厚度及弹性波的传播速度。 （2）地基加固处理效果评价：通过实测地基加固前后的波速差异 得到处理后的地基较处理前的物理力学性质的改善程 （3）岩土的物理力学参数原位测试：通过对实测资料的反演解 释，可以得到岩、土层的S波速度、P波速度及密度等参数。 （4）公路、机场跑道质量无损检测：利用人工激发的高频瑞雷 波，可以确定路面的抗折、抗压强度及路基的载荷能力，以及 各结构层厚度。该方法用于机场跑道及高等公路的另一项意义 是实现质量随年代变化的连续监控。
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第二章
面波勘探的原理及用途
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（5）地下空洞及掩埋物的探测：当瑞雷波的勘探深度与地下空洞及 掩埋物的深度相当时，频散曲线会出现异常跳跃，据此可以确定 其埋深及范围，这是瑞雷波勘探的独特优点之一。 （6）饱和砂土层的液化判别：根据一定场地内的饱和砂土层的埋 深，地下水位的深浅等地质条件，可以计算出饱和砂土层的液化 临界波速值。 （7）场地类型划分：通过面积性的瑞雷波探测，再结合微动观测， 可以更可靠地划分场地类型，或更大范围的地震区划。 （8）其它方面的应用：滑坡调查、堤坝危险性预测、基岩的完整性 评价和桩基入土深度探测等。
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第三章---面波勘探的现场测试方法
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传感器
1、在岩土工程测试中，一般采用速度型传感器。 2、检波器的自然频率应满足采集最大面波周期 (相应于勘察深度)的需 要，岩土工程勘察宜用 自然频率不大于4.0Hz的低频检波器； 3、用作面波勘察，同一排列的检波器之间的自然 频率差不应大于0.1Hz，灵敏度和阻尼系数差别 不应大于10%； 4、检波器按竖直方向安插，应与地面（或被测介 质表面）接触紧密。
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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锤击设备
锤击可采用手锤，落锤、落重以及小型爆 炸的方法，具体视勘探深度而定，一般可使用 10kg~100kg 的落锤，若测量深度为30m以 内，30kg落锤一般可以满足要求，落锤下面可 采用，金属垫块、木质垫块等。0～15m可采用 锤击，更大深度就需采用炸药。
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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测试仪器
MS2000型面波测试仪是武汉建科科技有 限公司研发人员历时三年独立研发的新款面波 测试仪。基于我司长期在检测试验仪器上的研 发经验，以及技术上的突破创新，本仪器采用 一体化设计，波形采集精度高、速度快，操作 简单、携带方便。亦适用于野外及复杂的地形 环境下工作。 ? 本仪器可实现多种地震方法：面波、高密 度地震映像、脉动测量、折射、剪切波测量、 城市爆破振动安全评价。 ?
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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测试现场布置
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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检波器排列布置
1、采用线性等道间距排列方式，震源在检波器排列以外延长 线上激发(单端激发）； 2、道间距应小于最小勘探深度所需波长的二分之一；推荐值： 1~2m 3、检波器排列长度应大于预期面波最大波长的一半（相应最 大探测深度）； 4、偏移距的大小，需根据任务要求通过现场试验确定；推荐 值5~10m(取决于最靠近激发点道的波 形幅度，在不削波的前提下越 小越好)；。
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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开机后点击面波采集软件的 图标进入软件界面，界面主 要分为两个区域，曲线显示 窗口和工具栏
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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系统设置
进行试验前相 关参数的设置
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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参数设置
检测日期： 工程名称： 测试单位： 测试人员： 剖面编号： 背景色： 填充色： 基线色： 通道数量： 触发方式： 触发电平： 采样长度： 采样间隔： 道间距： 偏移距： 延迟： 默认为当天的日期，可自行设置。 用户自定义。 用户自定义。 用户自定义。 当前测试场地的名称，用户自行命名。 界面背景颜色，默认为白色，可更改。 曲线颜色，默认为黑色，可更改。 基线颜色，默认为白色，当需要显示时，改变其颜色使之与背景色不同即可。 通道选项有12通道和24通道。 分为外触发和自动触发，自动触发也称为通道出发。 分为高、中、低三个档位。 1024/2048/4096/8192/16384 10μs～65535μs，根据需求自行设定。 检波器之间的距离，可输入测量范围内任意数值。 振源与最近一个检波器的距离。 根据需要自行输入，默认为0。
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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数据采集
采用单 端放炮的激 振方式，采 用锤击或者 落锤等，在 测线一端激 发信号，在 仪器上即可 观察到采集 到的波形。
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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点击采样后，即可开始锤击振源点产生振动来采集波形：
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第三章
面波勘探的现场测试方法
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数据保存
采集结束，波形如上图所示，若不需进行分析，则点击保存， 选择数据储存文件夹，自行设定好子目录名与文件名，点击保存即 可结束波形采集工作
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