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瞬态多道瑞利波勘探技术的原理方法、仪器设备和应用实例李哲生(福建省建筑设计研究院)提要本文阐述了瞬态多道瑞利波勘探的原理和方法，提出了适用该方法的仪器和设备工程为实例，介绍了这种方法在岩土工程勘察中的应用。
关键词 瑞利波 稳态法 瞬态法 瞬态多道瑞利波勘探技术一 前言在进行折射法和反射法地震勘探时，由纵波激震震源产生的地震波在传播过程中，不可避免地产生瑞利波，为了取得折射波的初至或反射波的同相轴，需要选择合适的窗口和滤波，将瑞利波作为干扰波设法排除。
但近些年来，人们已成功地利用瑞利波传播过程中的频散特性，将其应用于岩土工程勘察中来。
瑞利波勘探法根据震源形式不同可分为二大类：一为稳态法，另一为瞬态法。
前些年，主要以稳态激振方法为主，其代表为日本VIC 株式会社的GR-810、GR-830地下勘探机。
国内也有一些类似的仪器设备，它们的勘探原理都相同，即利用扫频仪和功率放大器发出的谐波电流推动电磁激振器对地面产生稳态面波，由相隔一定距离的拾振器将接收到的面波振动转换为电压量送入计算机(频谱分析仪)进行相关计算，得出频散曲线。
由于稳态激振面波勘探方法设备较为复杂，重量也大，随之根据其原理，出现了瞬态面波勘探方法，其设备较为轻便，测试速度快。
但也有许多缺点，其一是瞬态激振的功率密度谱分布不均，许多频率能量大小，随机干扰大，以致于频散曲线与理论相差太大，常常无法利用。
其二是仍按照稳态激振面波勘探方法接收地面震动波，致使所有的波，如反射波、折射波、直达波等均作为干扰波而与面波混在一块，有可能导致误差较大的结果，这也是稳态激振面波勘探方法主要缺点之一。
为了克服这些缺点，目前发展了一种新的面波勘探方法--瞬态多道瑞利波勘探技术。
它的激振可采用不同材料和质量的锤或重物下落激振，在地面布置多个拾震器，并选择最佳面波接收窗口接收震动，通过多次迭加多道和相关迭加，使得频谱能量加大，干扰减小。
据此，北京水电物探研究所(原北京华水物探研究所)研制了SWS 多功能面波仪，并将分析处理软件装入计算机内。
浅议公路工程中瑞利波测试技术及其工程应用摘要：近年来发展起来的表面波法为公路工程剪切波速度的测试提供了一个高效快捷的手段。
它无需在地层中钻孔，震源检波器均布置在地表面上，是一种经济、可靠且适用范围广泛的原位测试方法。
随着瑞利波法实测技术和资料解释理论的发展，这一新技术已被广泛用于公路工程勘察、地基加固效果评价、工程质量检测等方面。
关键词：公路；瑞利波；稳态瑞利波；瞬态瑞利波中图分类号：x734 文献标识码：a 文章编号：0引言土体剪切波速度的测试是土动力学, 波浪荷载、爆破、施工振动及机器振动和地震工程学研究中的一项重要内容，也是近年来发展起来的浅层地震勘探和对已加固地基进行科学评价的一项新技术。
过去，剪切波速度的原位测试方法大多采用体波, 压缩波或剪切波. 作为试验信号，而把表面波作为干扰信号处理，由此发展了上孔法、下孔法、跨孔法、孔底法、孔内法及地震锥探法等多种形式。
其中，跨孔法被认为是测定土的剪切波速度最可靠的方法。
这类方法原理较为简单，一般假定波沿直线传播，只要测出波的传播距离和历时即可计算出波速。
然而，由于测试时必须在地层中钻一个或多个孔，所以其测试费用比较昂贵。
近年来发展起来的表面波法为土体剪切波速度的测试提供了一个高效快捷的手段。
它无需在地层中钻孔，震源检波器均布置在地表面上，是一种经济、可靠且适用范围广泛的原位测试方法。
它主要包括稳态瑞利波法和瞬态瑞利波法。
国外于50 年代由jones 首次将稳态瑞利波法用于土木工程中。
我国以80年代由日本引入gr810仪器系统为代表，开展了大量的试验研究和测试工作。
由于稳态瑞利波法测试设备较为复杂，重量也大，所以开发一种测试设备较为轻便，测试速度更快的测试方法成为必然。
鉴于瞬态激振的功率谱分布不均，频率能量太小而随机干扰大，目前又发展了一种新的面波勘探方法，即瞬态多道瑞利波测试技术。
它可以通过多次叠加和多道相关叠加，使得频谱能量加大，干扰减少，测试结果更为可靠。
附件电法施工方案及经费预算1、巷道掘进头超前探测方案及经费预算（以单场次计算）1.1、工作布置与工作量设计在巷道掘进期间，设计采用矿井防爆电法仪对前方不明地质体进行超前探测。
掘进头超前探测应用固定供电电极而移动测量电极MN 的三极装置形式。
超前探测井下施工装置示意图如下图1-1所示：图1-1、井下超前探测施工装置示意图超前探测井下施工一般在巷道掘进头附近以一定间距（4m ）布置供电电极321、A 、A A ，测量电极MN 在巷道内按键头所示的方向以一定的间隔（4m ）移动，每移动一次测量电极MN ，测量一次321、A 、A A 所对应的视电阻率值1ρ、2ρ、3ρ。
测量电极MN 的间距根据地质任务和勘探的详细程度而定，同时也要考虑信噪比的大小。
由于YDZ(A)型矿井防爆数字直流电法仪的最大供电电流不超过100mA ，这就限定了超前探测的距离不可能很大。
根据近年来的应用实际勘探情况，勘探距离一般为80m 。
探测测点布置以掘进头参照，每次超前控制预报距离不小于80m 。
若按单场次超前探测控制距离为80m 计，施工距离约120m ，按4m 点距计，单场次设计工作量约90个物理点。
即：3120/4=90(个物理点)1.2、预期效果及提交成果形式针对每次超前探查工作，预期达到探明巷道掘进头前方0～80m 层段构造发育情况，判断断层界面到迎头的距离及断层附近岩层含水性异常的相对强弱，指导巷道掘进期间技术措施的实施。
提交成果形式如下： ① 成果总结文字报告 ② 实际探测工程分布图 ③ 分次探测成果图。
图1-2为某矿探测成果图，并经掘进验证，距离误差小于5m 。
单次设计工作量：90个物理点。
依据《工程勘察设计收费标准》(2002年颁发)： 电法探测超前探测（距离<100m ）单价为260元/物理点。
另外，技术工作费收费比例为22%；特定条件（环境）调整系数为1.2～3.0（本工程取1.5）经费计算为：1.5×[260（元/点）×90（点）] ×(1+22%)=42822元；（即取整为：4.28万元/场次）图1-3应用实例与成果形式示意图2、矿井音频电透视施工方案及经费预算（以1000m 走向长工作面为例）2.1、测点布置与工作量在工作面形成后开展矿井音频电透视工作，施工前先作井下标点、定位工作。
附件1
编号：
霍州煤电集团有限责任公司
技术进步奖申报书
专业类别：地质
项目名称：瑞利波探测技术应用
项目起止时间：2014年1月至2014年12月
负责单位：霍州煤电集团技术研究院
主要协作单位：
申请奖励等级：一级批准奖励等级：一级
申请单位：申请单位负责人：（盖章）（盖章）
报出日期：2014年 12月 20日
技术中心制
附件3
项目简介
项目名称：瑞利波探测技术应用
年度：2014年
主要完成单位：霍州煤电集团技术研究院
主要参加人员：张小康、王文军、安社书、周鹏、阴国斌、王毅、杜晓飞
简介
一、立项背景
近年来，在霍州矿区探查井下煤岩层中的隐伏构造一直是个难题，电法等传统物探方法无法有效地解决这些问题，集团公司首次使用瑞利波探测技术，采用面波频谱分析法，与其他物探手段配合使用，提高探测准确性，能够比较好的解决这些问题。
为了实现霍州矿区煤层掘进工作面安全掘进，采用瑞利波探测技术对霍州矿区掘进巷道四周地质构造进行探测研究，包括超前地质构造探查、侧帮构造界面追踪以及顶底板特定目标面的追踪，并在生产过程中进行验证，总结提高该物探方法在掘进工作面探测的准确性和适应性，从而解决霍州矿区井下地质构造对安全生产带来的影响，提高掘进效率和安全管理水平，查明影响开采的地质异常，保证生产的正常进行，对安全生产有着重要意义。
二、项目研究的主要内容
1、利用瑞利波探测技术，对纯岩石和纯煤迎头界面进行超前地质构造探查；
2、利用瑞利波探测技术，对侧帮构造界面进行追踪探查；
3、利用瑞利波探测技术，对顶底板特定目标面进行追踪探查。
三、解决的关键问题及创新点
近年来，在霍州矿区探查井下煤岩层中的隐伏构造一直是个难题，电法等传统物探方法无法有效地解决这些问题，本文采用瑞利波探测技术，对霍州矿区不同矿井的地质构造进行探查，取得了良好的探测效果。
瑞利波探测技术，与以往的物探技术相比，它有以下创新之处：
1、瑞利波探测技术属于弹性波理论范畴，通过采集人工地震波所携带的地下信
息，采用面波频谱分析法来分析地层结构；
2、利用瑞利波探测技术的频散特性来分辨井下地质构造界面；
3、使用瑞利波探测技术，精细探查浅层地质构造界面，解决界面分层问题。
四、社会经济效益
近年来，随着瑞利波探测工作方法的不断提高，得到了长足的进步。
目前，该技术已经被广泛应用于煤矿井下探测。
在霍州矿区，通过瑞利波技术探测试验，找到了煤矿井下地质构造探查的有效手段。
该探测技术可以提前探明断层的位置及落差、陷落柱位置等地质情况，为生产部门进行采掘布置提供依据，减小无效进尺；该技术可以提前探明回采面中断层和陷落柱等地质异常体，从而通过打绕巷等方法避开地质异常体进行采掘，提高资源回收率，减少损失；该技术还可以探明采空边界位置，避免盲目与采空区贯通，保证矿井的安全生产。
总之，瑞利波探测技术对保障煤矿安全生产具有重要意义，还可以解决霍州矿区掘进过程中的一些技术难题，节省生产成本，经济效益显著。
五、应用效果及推广前景。
瑞利波探测技术在霍州矿区不同矿井的应用都取得了较为明显的效果，为煤矿安全生产提供了一大保障，有很大的推广应用价值。
该探测技术适用具备以下条件的矿井工作面：
（1）巷道迎头前方50m范围内存在地质构造；
（2）巷道侧帮存在陷落柱或者断层，需要探查构造界面；
（3）巷道顶底板存在特定的目标界面需要探查；
本文研究的瑞利波探测技术具有较好的推广应用前景，值得在全集团公司条件适宜的采煤工作面进行推广应用。
随着该项技术在全矿区、行业内地质构造较为发育矿井的应用，必将改善各矿井下工作面的安全生产状况，为集团公司和山西省煤炭事业的发展提供基础条件。
附件4
现场应用证明
项目名称：
应用单位：
通讯地址：
联系人及联系电话：
应用单位起止时间：
应用情况、效果及效益：
负责人：（本人签字）
单位公章：
财务专用章：（涉及经济效益应加盖财务专用章）
年月日
证明
兹证明我单位申报集团公司2014年度“技术进步”奖的项目，已经过我单位组织的初评。
申报项目的相关研究工作和任务已完成，且产生了一定的效益。
申报材料中所有参与人员均为项目研究工作实际承担者，材料涉及所有效益数据真实可靠。
特此证明。
总工程师：（本人签字）
单位公章：
年月日
11。
