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瑞雷面波勘探

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面波

面波
第五章 瑞雷面波探测
面波，一般是指在自由界面(地表面） 与地下弹性分界面附近传播的波;一般有瑞 雷面波（Rayleigh Wave）、勒夫波（Love Wave）、斯通利波。
面波探测主要为瑞雷面波探测，本章 主要介绍瑞雷面波的形成与传播原理以及 探测方法与探测技术。
一、瑞雷波（也习惯称作地滚波－ ground roll）的探测原理
aZ bZ
i ( K R x t )
故此有： 2ab i ( K R x t ) aZ bZ R u x iAK（e 2 K 2 K 2 e ) e R S 2ab i ( K R x t ) bZ u AK （ ae aZ e )e z R 2 2 2K R K S
对u x、uz 取 实 部 ：
2ab aZ bZ R u x AK （e 2 K 2 K 2 e ) sin(t K R x ) R S 2ab bZ u AK （ a e aZ e ) cos(t K R x ) R 2 2 z KR 2K R K S — —（ ） 13 分析：
1、一般介绍：
瑞雷波是地震勘探中常见的一种面波，常 把它作为一种干扰波，在工程地震探测中是非 常重要的一种探测方法——面波探测。而在天 然地震中该波对建筑物危害极大，是十分有害 的波。
瑞雷面波是在近地表传播的波，其能 量是几乎全部集中在一个波长内，其传播 形式是：波前为一个高度为Z=R的圆柱体， 如图所示，在震源作用△t时间内，面波仅 作用在厚度为 △r＝VR △t的圆柱层内，圆 柱层外层为波前，内层为波尾，体积为： W＝22r △r，r—— 半径。R面波振幅随 r1/2衰减，较体波球面扩散快得多，R面波 为面极化振动，且具有频散现象。

1.7瑞雷波法

1.7瑞雷波法

7.3.3.2 层速度与厚度解释 1．解释步骤 1）频散曲线的绘制
在以土体为勘探对象的工作中，以实测VR 为横坐标，以H = 0.8λR 为纵坐标绘制VR - 0.8λR曲线，这样绘制的频散曲线，纵坐标可近 似代表勘探深度
2）定性解释
分析频散曲线的形态和变化规律，初步确定可能的层数以及各 层厚度和速度可能的范围
7
瑞雷波法
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。
均匀半空间瑞利面波的传播特征
1. 瑞利面波的速度
与泊松比有关，约为横波速度的0.91-0.95倍；
7.1 勘探原理 瑞雷波沿地面表层传播，表层的厚度约为一个波长， 因此，同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水 平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波的传播特性反映着 不同深度的地质情况。
V Ri x / t i V Ri
2f i x / i
（1.7.1）
已知在图中0.8~1.2m 间有一宽度为1cm 的裂隙，其中充填了砂土。 在裂隙处形成“U”字形
7.4.4 地下空洞和掩埋物探测
图1.7.15 是旧煤矿矿井的探测实例， 图中 （a）是工作布置图， （b）是实测的6个间 距的频散曲线
利用70Hz 和23Hz 的速度值分别确定管道的上下边界，利用50Hz 曲线 确定管道的水平位置。两处解释推断的管道位置如图1.7.16 所示，已 知该处管道埋深0.9m，直径约1m，底坐厚度不详，解释的管道顶部埋 深为0.8m，与实际情况误差0.1m。
（ V R f 曲 线 → （ λ =VR/f ） → VR R 曲 线 → (H= β × λ R) → VR—H 曲线）

矿井物探-8(瑞雷波地震勘探)

矿井物探-8(瑞雷波地震勘探)

第8章 瑞雷波地震勘探
§8.1 瑞雷波的性质
8.1.2 瑞雷波的特征
沿自由界面传播的这种瑞雷面波具有以下特征： 1）它具有一个沿表面传播的与频率无关的速度，这一速度比介质体波
中的横波速度略小。
2）表面上质点的运动轨迹不是线性的而是椭圆形的(它是由纵波P和横 波S波沿自由界面传播相互叠加而形成)。
3）这种波的振幅随距界面深度的加大而呈指数下降。
以上是指在均匀、各向同性介质表面的情况。在实际观测中，各种 岩石都是成层的非均匀介质。在这样的介质表面，所观测到的瑞雷面 波将是频散的；也就是说，瑞雷波的速度将与频率有关，是频率的函 数。这样，在成层的非均匀介质的自由表面，所观测到的瑞雷波应是 频散的，质点运动呈椭圆形的，其振幅随界面深度加大而呈指数下降 的一种面波。
第8章 瑞雷波地震勘探
瑞雷波勘探方法是一种以瑞雷面波作为有效波，在几十米深
度范围内探查地质体的一种物探方法。作为地震勘探中的一个分
支，瑞雷波勘探是自20世纪80年代发展起来的一种新的浅层勘探 手段。它是基于不同振动频率的瑞雷波沿深度方向衰减的差异，
通过测量不同频率成分(反映不同深度)瑞雷波的传播速度，来探
§8.3 瑞雷波勘探的应用
8.3.1 地层界面异常特征
实测“之”字型
VR H
曲线
实测“之”字型VR—H 曲线
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.3 瑞雷波勘探的应用
8.3.2 洞穴界面的异常特征
洞穴曲线的中断
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.3 瑞雷波勘探的应用
8.3.2 洞穴界面的异常特征
洞穴曲线的错断
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.2 瑞雷波勘探的基本原理
瑞雷波勘探方法的实质：根据不同振动频率的瑞雷波沿深 度方向衰减的差异，通过测量不同频率成分(反映不同深度)瑞

SM98瑞雷波勘探系统

SM98瑞雷波勘探系统

SM98瑞雷波勘探系统随着我国城市建设步伐加快，加强了对地下地质信息的依赖。

各类建设项目前期对地下地质及人工建筑信息需求不断丰富，加大了对地下信息探查的投入。

使得各种探测方法不断引入，纵观各类物理测试手段在城市地下信息探查应用中，都存在一定的局限性（这些局限性主要是受城市探测条件的影响），至使探测结果总不能够满足设计要求，多数项目只能边施工边变更设计，使建设项目造价不断提高，由此市场需求一种更适合于城市地下前期勘查方法。

瑞雷波法勘探能够满足工程地质勘查的要求，瑞雷波法工程勘探已有30多年的发展历史，在工程地质勘查和工程质量检测等应用中取得了一定的成果。

为适应更高要求的城市工程地质勘探的需要，我公司对原有的设备方法进行了升级改造，满足目前工程地质勘探的要求。

仪器简介sm98-24b瑞雷波仪是一套24通道高分辨率、数字化的瑞雷波勘探仪器，具有分时采样、迭加、滤波、信号增强、抑制噪声及现场实时显示实测波形等功能。

它是根据vr——f曲线（即频散曲线）或vr——λr曲线。

vr——f曲线或变化规律与地下地质条件的内在联系，通过对频散曲线的反演解释，得到地下不同深度范围内的瑞雷波传播速度vr和某一深度范围内的地质构造情况，从而对场地或岩土的物理性质做出评价。

方法技术sm98型瑞雷波系统利用在一个波长深度范围内传播的瑞雷波来进行测试。

随深度变化的地层中，弹性波以不同波速传播，而波速又取决于频率或波长，因此不同频率（或波长）的瑞雷波就在不同深度传播。

sm98瑞雷波勘探系统分为稳态瑞雷波法和瞬态瑞雷波法。

稳态法由稳态信号激振器激发出不同频率表面波，形成频散曲线（速度频率或波长），可以得出剪切波速度和各种弹性模量。

在土壤中测深100米，在岩层能达到200米。

稳态瑞雷波法勘探的优点在于具有较大的抗干扰力，高效的信号采集。

瞬态法由人工瞬时激发出瑞雷波信号，通过频谱分析，计算出各频率的波速，并形成频散曲线，达到勘测的目的。

瑞雷面波勘探法的资料处理与解释

瑞雷面波勘探法的资料处理与解释

瑞雷面波勘探法的资料处理与解释徐元璋;高桥松【摘要】瑞雷波常称为面波.瑞雷面波勘探方法是一种新型的地球物理勘探方法,是近期发展起来的一种浅层工程地球物理新方法.瑞雷面波勘探法最基本的理论是其频散特性.当介质为半无限弹性介质时,在自由空间和弹性介质分界面上将会出现一种波,这就是瑞雷波.面波勘探法主要有稳态法和瞬态法,两种勘探方法的区别在于震源不同,前者是以一单频率的瑞雷波来获取速度曲线,而后者需要分析叠加在一起的瑞雷波.两种方法最后得到的结果相同,但实现的技术路径截然不同,表现出各自的特点.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2013(010)001【总页数】5页(P76-80)【关键词】瑞雷波;频散特性;稳态法【作者】徐元璋;高桥松【作者单位】长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉430100;长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉430100【正文语种】中文【中图分类】P631.41 引言瑞雷波常称为面波，它的大部分能量集中在自由表面附近的小区域内并沿界面传播。

瑞雷波是介质中纵波和横波耦合的结果，具有传播速度低、水平方向衰减小、抗干扰强等特点［1～3］。

瑞雷波勘探方法是一种新型的地球物理勘探方法，是近期发展起来的一种浅层工程地球物理新方法，由于该方法操作简单、探测速度快、能够一次获得与深度有关的地层面波速度参数的特点，因而在工程地质勘察和工程质量检测领域得到了广泛的应用［4，5］。

本文介绍了瞬态瑞雷波法的原理及其相应的数据处理和解释方法。

通过面波的频散曲线可对浅部地下岩层进行速度分层，并通过瑞雷波的速度转换为横波速度，分析岩土的性质及介质的变化，并且还可以调查地层中的软弱夹层、地下空洞等，与折射波相比，面波法反演地层具有其无可比拟的优点。

2 瑞雷面波勘探法的原理在一个均匀弹性半空间内，假设表面是自由界面，设其下均匀弹性介质的密度为ρ、弹性常数λ、μ，以xoy面为自由界面的表面，z轴轴无关垂直向下，建立直角坐标系，瑞雷面波在zox平面内传播，使这些扰动与y无关，既而简化为二维问题［6，7］。

瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用

瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用
１ 频 率 空 间域 —Ｐ变 换
程地质岩土层 的划分等工作 。
在 公 路 工 程 地 质 勘 察 中 ， 雷 面 波 勘 探 可 瑞
・
由于在传统 的时间域 — Ｐ变换 过程 中 ，
３８ ・
２１ ０２年第 １ 期
何伟 兵
瑞雷 面波勘 探理 论方 法 的研究及 其 应用
总第 １５期 ４
２１ ０ ２年第 １ 期
广 东公 路勘察 设计
总第 １５期 ４

瑞 雷 面 波 勘 探 理 论 方 法 的研 究 及 其 应 用
何伟兵
（广东省公路勘察规划设计 院股份有限公司 ， 广州 ５ ００ ） １５ ７
摘
要 ： 雷面波法是近几年应用于工程地质勘察 中的一种有效勘 察方法 。本 文中首 先采用频 率空 间域 一Ｐ 瑞
在地 面上产 生一 瞬时 冲击 力 ， 生 一定 频率 范 产 围的瑞雷 面波 ， 同频率 的瑞 雷 面波叠 加在 一 不
局 部异 常区域 ， 以满 足 高 精 度探 测 的 要求 。 难
本 文 针 对 这 两 点 问 题 ， 出 了频 率 空 间 域 — 给 Ｐ
起， 以脉 冲的形式 向前传播 ， 利用地面上 的检波
器记 录一个排列 的瑞雷 面波 ， 经过频谱分析 ， 相
位谱 分 析 ， 各 个 频 率 的 瑞 雷 面 波 分 离 开 来 ， 把 从 而 可得 多 条 频 散 曲线 ， 据 此 曲线 ， 根 即可 进 行 工
变换提取瑞雷面波 的方法 以及采用相邻两道来
计 算 频 散 曲线 的公 式 。
都得到政府 的大力支持 。高速公路 建设作为我
国基 础 设 施 建 设 中重 要 的 组 成 部 分 ， 后 在 各 先 地 掀 起 了建 设 的高 潮 。高 速公 路设 计 与 施 工 离 不 开 其 前 期 的 工 程 地 质 勘 察 工 作 ， 此 各 种 工 因 程 地 质 勘 察 技 术 方 法 的研 究 和 推 广 越 来 越 受 到 高 速公 路 建 设 相 关 行 业 专 家 们 的极 大 关 注 。 瞬 态 瑞 雷 面 波 法 … 是 近 几 年 应 用 于 工 程 地 质 勘 察 中 的 一 种 有 效 手 段 ， 具 有 装 备 轻 便 ， 工 效 它 施 率 高 ， 本 低 ， 探 深 度 大 等 优 点 ， 而 越 来 越 成 勘 因 受 到 同行 们 的青 睐 。 瑞 雷 面 波 法 分 为 稳 态 和 瞬态 瑞 雷 面 波 法 两 种 。稳 态 法 装 备 较 为 笨 重 ， 工 效 率 低 ， 本 施 成 高 ， 探深度一般只有 １ ．ｍ左 右 ， 此 ， 勘 ０Ｏ 因 目前 常 用 的是 瞬态 瑞 雷 面波 法 。瞬 态 瑞 雷 面 波 法 是

第三章第二节 瑞雷面波法

第三章第二节 瑞雷面波法

相干函数定义为：
R()
S
21
(
)S
21
()
S11 ()S22 ()
图3-56 （a）瞬态面波记录的相干函数（b）互功率相位谱
p 变换
2、当前主流的瞬态面波勘探法
（1）观测系统 偏移距的选择 道间距的选择 检波器的选择 记录长度的选择 （2）面波的激发 （3）资料处理 （见下页）
2、当前主流的瞬态面波勘探法
之所不及。这是因为在同一介质中，瑞雷波的速度较 其他类型的弹性波传播速度要小，且只在表层某一深 度内传播所致；
一. 瑞雷面波的优点:
（7）瑞雷波法基本不受各地层速度关系的制约。折射 波法要求下伏地层的速度要大于上覆地层的速度， 反之则为勘探中的盲层；反射波法要求各层之间具 有波阻抗差异。而且，以上两种方法均要求层与层 之间的波速或波阻抗具有较大的差异。瑞雷波法则 不同，只要求之间具有波速差异即可。即使只有 10%的波速差异，也可进行精确的分辨；
图3-59 同相轴 图3-58 提取面 清晰、相位多 波窗口（虚线框） 的面波记录
c. 同相轴的斜率改变
引起面波同相轴改变的原因主要有两种：
（1）有高阶面波存在（图3-60） （2）地层中有局部地质体或岩性突变面存在（3-61）
图3-60 高阶和基阶面波共存的情况 图3-61直立界面存在时的面波记录
频散曲线的计算方法
二维傅立叶变换法
图3-62 时间-空间域到频率-波数域的二维傅里叶变换示意图
频散曲线的计算方法
图3-64 根据波长计算的面波频率曲线
图3-63 频率-波数域的面波信号
频散曲线的计算方法
图3-66高阶与基阶面波在频率-波数域中的状态
图3-65 高阶与基阶面波同时存在

瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用

瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用

瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用瑞雷面波是一种在地震波传播过程中形成的表面波，其频率范围通常为0.02-10Hz。

瑞雷面波的特点是振幅大、频率较低、传播速度缓慢。

研究者发现，瑞雷面波振幅与地下构造和岩性之间存在一定的关系，因此可以通过分析瑞雷面波信号来推测地下结构和岩性。

为了研究瑞雷面波的物理特性和勘探应用，研究者采用了多种方法。

其中一种常用的方法是地震波场正演模拟，通过计算地震波在地下传播过程中瑞雷面波的形成和传播情况，来深入理解瑞雷面波的产生机制和特性。

此外，研究者还开展了实验室模型实验，通过构建模拟地下结构的实验模型，利用地震仪器观测瑞雷面波信号，来验证理论模型的准确性和可行性。

1.地下结构探测：瑞雷面波对地下结构具有较好的分辨能力，可以用于探测断裂带、地下岩层界面和隐蔽构造等地质特征。

该方法在石油勘探、地震灾害研究等方面具有重要的应用价值。

2.岩性识别：每种岩石的物理特性都会对瑞雷面波的传播速度和振幅产生影响，因此可以通过分析瑞雷面波信号来识别不同岩性。

这对于地下水资源调查、选址勘探以及建筑工程等应用领域来说都具有重要意义。

3.地下污染探测:地下污染是一个严重的环境问题，传统的地下勘探方法对于污染物的探测有一定的局限性。

而瑞雷面波勘探方法能够提供高精度的地下结构信息，可以用于地下污染物的定位和监测。

4.地震预测：瑞雷面波与地震活动有一定的关联性，地震前后的地下结构变化会导致瑞雷面波信号的变化。

因此，通过分析瑞雷面波信号可以辅助地震预测和地震监测工作。

总之，瑞雷面波勘探理论方法在地球物理勘探中具有重要的地位和广泛的应用前景。

随着勘探技术和理论的不断发展，瑞雷面波勘探方法将会在更多的领域得到应用，并为相关研究和实践提供更加精确和可靠的地下信息。

瑞雷波勘探

瑞雷波勘探

偏移距 道间距
工程实例分析
图1 剪切波层速度- 深度曲线
工程实例分析
图2 剪切波、压缩波速度- 深度曲线
工程实例分析
二、提交成果
1、确定覆盖层厚度 覆盖层厚度由地面至剪切波速度大于500m/s的土层顶面距离确 定，可从由剪切波层速度- 深度曲线上确定，该场地的覆盖层厚度 为27.1m；
2、计算土层的等效剪切波速度
μ:剪切模量 ρ:密度
σ
Vr/Vs 0.25 0.9194
E VS 2 (1 )
Ε:弹性模量 Vp:压缩波速度
0.45 0.9490 0.50 0.9553
σ:泊松比 Vs:剪切波速度
0.30 0.9274 0.35 0.9350 0.40 0.9422
瑞雷波勘探的工作方法
土层的等效果剪切波速度，应该按照下面的公式计算
Vse=d0/t
切波速度
d0 - 计算深度，取覆盖层厚度和20米二者之间的较小值 t - 剪切波在地面至计算深度之间的传播时间
di- 计算深度范围内第i层土的厚度
工程实例分析
经计算确定该场地的等效剪切波速度为241.2m/s；
3、确定场地土类型 等效剪切波速度（Vse）在250≥Vse＞140范围内，据 GB50011-2001《建筑抗震设计规范》4.1.3该场地属中软场地土； 4、确定场地类别 由结论1、2据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》4.1.6条规 定，所测场地类别为Ⅱ类场地。 确定了建筑场地覆盖层厚度，土层等效剪切波速度和建筑场 地类别，为抗震设计提供基础资料。
瑞雷波的旅行路径及采集示意图
资料处理步骤
1、在时间域中提取瑞雷波；
2、对时间域拾取的面波做FFT变 换，提取频散点；

4实验四地震勘探实验（面波法）

4实验四地震勘探实验（面波法）

4实验四地震勘探实验（面波法）实验四地震勘探实验（面波法）一、实验原理瑞雷面波法用于勘探，与以往的弹性波法（反射波法和折射波法）差别在于：它应用的不是纵波和横波，而是以前反射波法和折射波法视为干扰的面波。

其原理是：面波具有频散的特性，其传播的相速度随频率的改变而改变。

这种频散特性可以反映地下介质的特性。

瑞雷面波的特点：瑞雷面波速度低、瑞雷面波在介质中泊松比在0.4~0.5范围内，面波速度与横波速度关系基本接近、瑞雷面波对地层的分辨能力，决定于频率，频率高则分辨能力强。

上图为72道的面波采集记录：震源在左上角，同一震源下的直达波、折射波、反射波和面波遵循各自的传播规律，分布在不同的区域。

其中面波传播的特征：近震源处发育、震幅大、传播速度低。

上图为实际勘探过程中采集得到的面波记录：以近震源、小道距、长采样、宽频率激发、低频率接收。

工程检测方面的应用实例：上图采集地点为：云南某高速公路的路基检测，检测深度为4米。

由图中的“频散曲线”分层可以看出：每层的厚度约在0.3米-0.5米。

填筑路基施工是分层进行，松散料经过压实，达到压实度后再进行下一层的填料。

图中频散曲线的拐点清晰，分析的层厚度在0.35米-0.5米之间。

二、实验目的1.了解面波法的原理；2.了解面波法工作布置及观测方法；3.掌握面波法数据采集、处理和解释，熟练操作相关软件。

三、实验仪器SWS型多波列数字图像工程勘察与工程检测仪。

该系统由主机、多芯电缆、检波器、触发器、震源（大锤或炸药）、铁板、直流电源、直流电源线以及数据采集、处理和解释软件等组成。

四、实验步骤1.在工区布设测线在工区布设测线，原则：由南向北、由西向东测线号与测点号依次增大。

使用皮尺标注检波器位置与激发点位置。

2.连接仪器的各个部分将主机、电源、多芯电缆、检波器、大锤、触发器按正确的方式一一连接起来。

注意：各接口均使用“防呆”设计，电缆插头与对应的插槽才能连接，电缆插头与非对应的插槽不能连接。

第七讲(瑞雷波)

第七讲(瑞雷波)
瑞雷波勘探的基本原理及 其在工程与环境物探中的应用
中国矿业大学
瑞雷波勘探是近年发展起来的浅层地震勘探新方法。 瑞雷波勘探是近年发展起来的浅层地震勘探新方法。 传统的地震勘探方法以激发、测量纵波为主， 传统的地震勘探方法以激发、测量纵波为主，面波则属于 干扰波。事实上，面波传播的运动学、 干扰波。事实上，面波传播的运动学、动力学特征同样包 含着地下介质特性的丰富信息。 含着地下介质特性的丰富信息。 在地层介质中，震源处的振动（扰动）以地震波的形 在地层介质中，震源处的振动（扰动） 式传播并引起介质质点在其平衡位置附近运动。 式传播并引起介质质点在其平衡位置附近运动。按照介质 质点运动的特点和波的传播规律，地震波可分为两类： 质点运动的特点和波的传播规律，地震波可分为两类：即 体波和面波。纵波（ 波 压缩波）和横波（ 波 体波和面波。纵波（P波，压缩波）和横波（S波，剪切 波）统称为体波，它们在地球介质内独立传播，遇到界面 统称为体波，它们在地球介质内独立传播， 时会发生反射和透射。 时会发生反射和透射。
二、瑞雷波勘探的基本原理
瑞雷波沿地面表层传播，表层的厚度约为一个波长， 瑞雷波沿地面表层传播，表层的厚度约为一个波长， 的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水 因此，同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在 因此，同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水 平方向的变化情况 不同波长的瑞雷波的传播特性反映着 的变化情况， 平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波的传播特性反映着 不同深度的地质情况。在地面上沿波的传播方向， 不同深度的地质情况。在地面上沿波的传播方向，以一定 的地质情况 的道间距△x设置 设置N+1个检波器，就可以检测到瑞雷波在 个检波器， 的道间距△ 设置 个检波器 就可以检测到瑞雷波在N 长度范围内的波场，设瑞雷波的频率为f △x长度范围内的波场，设瑞雷波的频率为 i，相邻检波器记 或相位差为△ ， 录的瑞雷波的时间差为△ t或相位差为△Φ，则相邻道△x长 或相位差为 度内瑞雷波的传播速度为： 度内瑞雷波的传播速度为：

瑞雷波勘探实验报告(3篇)

瑞雷波勘探实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过瑞雷波勘探技术，对地下介质进行探测，了解其结构和性质。

瑞雷波勘探技术具有探测深度大、分辨率高、成本低等优点，广泛应用于地质勘探、岩土工程等领域。

通过本次实验，掌握瑞雷波勘探的基本原理、操作方法以及数据处理技术，为实际工程应用提供理论依据。

二、实验原理瑞雷波（Rayleigh wave）是一种沿介质表面传播的剪切波，其波速较低，衰减较慢，能够有效地穿透较深的地层。

瑞雷波勘探技术基于瑞雷波在地下介质中传播的特性，通过测量瑞雷波的速度、振幅等参数，分析地下介质的结构和性质。

三、实验设备1. 地震勘探仪：用于采集地震波数据。

2. 地震检波器：用于接收瑞雷波信号。

3. 数据采集系统：用于记录地震波数据。

4. 地震数据处理软件：用于处理和分析地震波数据。

四、实验步骤1. 实验场地选择：选择适合进行瑞雷波勘探的场地，确保场地平整、开阔，无大型障碍物。

2. 检波器布设：按照设计要求，将地震检波器按照一定的间距布设在勘探区域。

3. 数据采集：启动地震勘探仪，进行地震波数据采集。

采集过程中，注意调整仪器参数，确保数据质量。

4. 数据处理：将采集到的地震波数据导入地震数据处理软件，进行预处理、滤波、提取瑞雷波等处理步骤。

5. 结果分析：对处理后的瑞雷波数据进行时距曲线分析、层析成像等，分析地下介质的结构和性质。

五、实验结果与分析1. 时距曲线分析：通过对瑞雷波数据进行时距曲线分析，可以确定瑞雷波在地下介质中的传播速度。

实验结果显示，瑞雷波在勘探区域内的传播速度为X km/s。

2. 层析成像：通过对瑞雷波数据进行层析成像，可以分析地下介质的结构。

实验结果显示，勘探区域内的地下介质可以分为多个层，各层的厚度和速度如下：- 第1层：厚度为Y m，速度为Z km/s；- 第2层：厚度为W m，速度为V km/s；- 第3层：厚度为U m，速度为T km/s。

3. 地下介质性质分析：根据瑞雷波勘探结果，可以分析地下介质的性质。

物探精品课程 第二章第四节 瑞雷面波勘探技术

物探精品课程 第二章第四节 瑞雷面波勘探技术

第四节 瑞雷面波勘探技术
二、瞬态瑞雷波法资料采集系统 瞬态面波法的震源可以采用锤击、落重、爆炸等方式。根据勘 探的深度，对激振脉冲做出合理选择。激振力较小时脉冲面波的 主频率较高。 检波器安置在地面作为拾取介质振动的传感器。面波勘探所用 检波器频率范围很宽，可以从数赫兹到数千赫兹。瞬态面波一般 使用固有频率较低的检波器。检波器接收到的基本是瑞雷波的垂 直分量。 瞬态面波法也可以利用仪器的信号增强功能，进行垂直叠加， 以达到增强有效信号压制干扰的目的。 瞬态法由于采用一次激发多道接收，可将不同间距的相速度波 长数据组合，得到波速与波长关系的瑞雷波频散曲线，与稳态法 相比可大大提高工作效率。
线。在深度6 m以上的范围内，强夯后的波速值增加近一倍。在
深度3.7 m以上的第一层杂填土中，波速由 175 m/s增至318 m/s, 深度5～9 m以上的第二层杂填土中,波速由166 m/s增至346 m/s.
加固后波速值增加，必然导致地基物理力学性质的变化。
第四节 瑞雷面波勘探技术
（四）地下空洞和掩埋物探测 图2-46是旧煤矿矿井的探测 实例，图中(a)是工作布置图，激 振器距检波器A为2m，A、B间 距0.5m，然后按0.5m间隔移动B, AB 形成AB, AB, ,…, AB 的6种间 距实测频散曲线。图中(b)是实测 的6个间距的频散曲线，曲线B为 AB间隔的曲线，因该间隔内没 有空洞，频散曲线几乎为直线， 从开始，B检波器进入空间上方, 曲线开始出现锯齿跳动，间隔已 横跨空洞，空洞的影响就开始减 小。
第四节 瑞雷面波勘探技术
切除处理可以把直达波和折射波等部分地消除，从而保留下 来较纯的面波，切除以后可以大大改善频散曲线的计算结果。 能量衰减（增益处理）也是一种数据处理手段，它可以对一 定时窗内的地震波进行能量衰减控制。由于地震记录中面波能

面波法勘探在工程勘察中的应用

面波法勘探在工程勘察中的应用
1938年德国土力学协会首次尝试用稳态振动来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年代初美国利用瞬态激振产生的瑞利波来研究浅部地质问题，并于1973年在第42届国际地球物理勘探年会上发表了“Rayleigh Wave DispersionTechnique for Rapid Subsurface Exploration”（瞬态面波在浅层勘探中的应用）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VIC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 。上个世纪九十年代中期，日本科学家在研究常时微动的过程中发现，常时微动是一种震源（包含面波在内）并初步完成了地基勘察。这是一项具有很大潜力的面波勘探方法。
第一章地震面波简介
地震波是地震震源在地球介质中产生的扰动。在有介质分界面存在时，地震波除了像反射波和折射波那样在整个介质体内传播的体波外，还存在一类沿介质自由界面传播的面波，当它沿着自由表面传播时，其能量主要集中在自由表面附近，并随着深度的增加能量迅速衰减。面波按其类型主要有瑞雷面波和勒夫面波两大类。
检波器：用于接收地震波信号，面波采集时应采用低频检波器。
触发开关：触发开关通过导线连接震源和地震仪，以保证震源的激发的同时地震开始记录数据，使所采集的地震信号具有时间特性。
震源：一般的浅层面波勘探常采用锤击震源，也可采用落重或炸药震源。
电源：根据不同的仪器要求，配备相适应电源。
2．2．2数据采集
1、侧线布置
第三章瑞利波资料整理与解释
3．1面波频散曲线的深度解释
要利用面波频散曲线进行地层划分，首先要确定面波波长与深度的转换系数β，以便将面波f-V 曲线转换为H-V 曲线。

瑞雷波法

瑞雷波法
图 1.7.3 瑞雷波勘探原始记录
7.3
资料的处理与解释
1．前期处理 稳态法勘探中，由于面波记录时常被随机噪声干扰，从而影响波至时间的拾取，因此，
7.3.1 稳态法
对原始记录一般要作适当的滤波或园滑处理。处理方法参见反射波法勘探。 2．速度的计算 1）时差法 设 地 面 上 两 检 波 器 间 的 距 离 为 x ， 且
个检波器接收。从观测的角度考虑，又可分为定点测量和剖面观测两种。对于剖面测量一般 采用纵测线观测系统。接收时，道间距 x 一般为等间隔，按采接率的要求 V x R R 2 2f 或至少应满足 x R 。
（1.7.4）
图 1.7.1
野外工作布置图
有关检波器埋置方法和要求与反射波法基本一致。 需要指出的是由于瑞雷波勘探的特殊 性，接收时应采用不同自然频率的检波器，一般为几赫芝~100 赫芝，视激发频率和分辨率 的要求而定。 7.2.2 瞬态法 该方法采用锤击或炸药震源激发瑞雷波， 在地面按一定方式用垂直速度检波器接收， 并 根据波场的频散特性，求取 V R 速度分布场。 瞬态法现场工作布置如图 1.7.2 所示，图中 M 点为测试点，两检波器距离为 x ，为了 使得两检波器接收的信号有足够的相位差，除满足采样定理外， x 还应满足下式： R x R （1.7.5） 3 则两信号的相位差 满足： 2 （1.7.6） 2 3 可见，随着勘探深度的增大，即 R 增大， x 的距离也相应增大。 1．激发 瞬态法激发震源 以及方式和要求与反 射波法中的纵波勘探 基本一致。需要注意的 是激发能量的大小应 满足勘探深度的需要。 此外，在图 1.7.2 所示
VR(m/s) λR(m)
2）互相关分析法 当在地面上进行竖向正弦激振时， 沿地面表层就有瑞雷波的传播， 设地面上有与震源在 同一条直线上的两点 x1 , x 2 , ( x 2 x1 ) R , R 为波长。则 x1 , x 2 两点处瑞雷波的垂直位移方 程可分别简写为：

瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用

瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用

料 的反演 拟 合解 释 ，可 得 出岩 、土层 的 横 、纵波 速 度 ，密 度 等参 数 ，进 而计 算 出其 它 参数 ；可测
勘 察 中的一 种 有效 手 段 。瑞雷 面 波法 分 为 稳态 和 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ态 瑞 雷面 波 法两 种 。稳 态法 装 备较 为 笨 重 ，施 工效 率低 ，成本 高 ，勘探 深度 一 般只 有 １． １ 左 ００Ｔ Ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ｒｙｅ ｈｗ ｖ ； ｅ ｕ ｎ ｙ ｓａ ｅ ｏ ｉ Ｔ ａ ｓｏｍ； ａａ ｅ ｔｅ ｅｖ ｏｎｓ ｙｗｏ ｄ ： ａ ｌｉ ａ ｅ ｆ ｑ ｅ ｃ — ｃ ｍａ — ｔ ｎ ｆｒ ａ ｊｃ ｎ ｃｉ ｅ ｉｔ ｇ ｒ ｐ ｄ ｎ ｐｒ ｒ ｐ
瞬 态瑞 雷面 波 法 … 是近 几年 应 用 于 工 程 地 质
ｏ ｙ ｅｇｈ ｗａｖ ｘ ｏｒ ｔｏ ｎ ｂ ｏｌ ｉ ａ ｏ ｆＲａ ｌ ｉ ｅ ｅ ｐｌ ａｉ ｎ ｉ ａｄ ｇｅ ｏｇ ｃ ｌｃ ｎｄｉｉｎ，ａ ｔｉ ｃ ｅ ｓ ｓｔ ｅ ｏｌ ｉ ｎ ａ ｅ ｉｉ ｏｔ ｎ ｖｅ ｔ— ｔｏ ｎｄ ｉ ｎ ｒ ａ ｅ ｈｅ ｒ ｓ ｕｔｏ ｎｄ ｐｒ ｃｓｏｎ ｂ ｈ ｉ ｒｉ ｃ ｎｄ ｈｏ ｉｏｎ ａ ａ ｔ ａｌａ ｒｚ ｔ ｌｐ ｒ．Ｔｈｅｔ ｓｓｏ ｈ ｔｍ ｕｌｎｔ ｈｅ ｒ ｔｃ ｌｙ ｓ ｓ ｉ ｔ ｎｄｐｒ ｃｉ ａｉｙ ｄａａ ｓ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｅｈ— ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｓｉ ａ ｏ ｅ ｉａｌ ｅｉｍ ｃｄａａ ａ ａ ｔｃ ｌｔ ｔ ｈｏ ｔ ａ ｈ ｓｍ ｔ ｔ ｏ ｄ ｗｏｒ ｓｅ ｆ ｃ ｉ ｌ ｎ ｒ ｃ ｉ ｂｉｉｙ ｋ ｆｅ ｔｖｅｙ ａ ｄ ｐ ａ ｔｃａ ｌ ． ｔ
ｊｃｎ ｃｉｅ ｏｎｓＴ ｉ ｍｅ ｏ ｎｅａｔ ｒｅ ｃｌｎ ｍａｌｒａ ｂ ｏｍｉ ｎ ｎ ａ ｃ ｅｆａｉ ｌｙ ａｅ ｔｗｏｒ ｅ ｉ ． ｈｓ ｔ ｄｃ ｘ ｃｌ ｓ ｖ ｙｌ ａ ａｄｓ ｌａｅ ｎ ｒ ｔ ａｄｅ ｈｎ ｅ ｈ ｓ ｉｔ ｔ ｅ ｖｐ ｔ ｈ ａ ｙｕ ｏ ａ ｙ ｔ ｅ ｂｉ

第七讲(瑞雷波)

第七讲(瑞雷波)

面波主要有两种类型：瑞雷面波和拉夫面波。 瑞雷面波沿界面传播时，在垂直于界面的入射面内 各介质质点在其平衡位置附近的运动即有平行于波传播 方向的分量，也有垂直于界面的分量，因而质点合成运 动的轨迹呈逆椭圆； 拉夫面波传播时，介质质点的运动方向垂直于波的 传播方向且平行于界面。 目前在岩土工程测试中以应用瑞雷面波勘探为主。
一、瑞雷波与瑞雷波勘探
研究层状地层面波的频散特征，可以求得地层不同深度 范围内的弹性参数，这也就是面波测深方法依据的基本原理。
利用人工激发的瑞雷波可以解决如下几方面的具体浅 层地质问题。
(1) 地层划分：通过对瑞雷波频散曲线进行定性及定量解 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 度。
二、瑞雷波勘探的基本原理
VR—f曲线或VR-λR曲线的变化规律与地下介质条件存在 着内在联系，通过对频散曲线进行反演解释，可得到地下某 一深度范围内的地质构造情况和不同深度的瑞雷波传播速度 VR值，另一方面，VR值的大小与介质的物理特性有关，据 此可以对岩土的物理性质作出评价。
瑞雷波法根据其激发的震源的不同，可分为稳态法和 瞬态法两种。
(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。
一、瑞雷波与瑞雷波勘探
(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。
三、瑞雷波勘探的资料采集
3.2 瞬态激振法
四、瑞雷波勘探资料的处理与解释
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瑞雷面波勘探及软件应用摘要本文主要介绍SWS型多波列数字图象工程勘察与工程检测仪和其配套的SWS瞬态面波数据处理软件的使用方法，通过对其工作原理和瑞雷面波理论的介绍，说明多道面波采集系统在发展瞬态面波法方面的关键作用。

并且通过一个实例具体说明如何使用该仪器进行野外数据的采集及数据处理软件的使用。

关键词SWS瞬态面波数据处理软件；多道面波采集系统；瞬态面波法AbstractThis text introduce SWS type many wave arrange digital vision project reconnoitre wave operation method ,data processing of software the related to project detector and its SWS transient state mainly，Pass to its operation principle and theoretical introduction of auspicious Ray a wave，Prove many dishes of surface wave gather system wave key effect ,law of developing transient state。

And concrete to prove how about to use this software to go on datum gathering ,graph processing and analysing through one instance。

KeywordsWave data processing software SWS; Many dishes of surface wave gather the system; Wave law the transient state目录前言 (1)1．工作目的及原理 (2)1.1工作目的 (2)1.2瞬态瑞雷面波法的原理 (2)2. 野外工作方法 (4)2.1仪器介绍 (4)2.2数据采集 (4)2.3注意事项 (6)3瞬态面波数据处理软件 (8)3.1 软件简述 (8)3．1．1 数据处理概要 (8)3．1．2 SWS软件依据的原理 (8)3.2处理过程 (8)3．2．1 文件处理流程页面 (8)3．2．2 X-T域处理页面 (10)3．2．3 F-K 域处理页面 (10)3．2．4 Z-V 域处理页面 (11)3.2.5 辅助页面（清理X-T文件，对比SWS文件，共用图形工具） (14)4 应用实例 (15)致谢 (19)参考文献 (20)附图 (21)前言瑞雷面波是沿地表传播的一种弹性波。

早在1887 年，英国数学物理学家瑞雷(Rayleigh) 在求解自由表面半空间中的平面弹性波场时，就预言了一种振幅沿纵向呈指数衰减的面波的存在，后来人们从天然地震记录中证实了这种面波，并称其为瑞雷波或瑞雷面波。

之后大量的学者对瑞雷面波在各种介质中的传播理论进行了广泛的研究。

20 世纪50年代初，Haskell 用矩阵方法对层状介质中瑞雷面波频散曲线的计算，奠定了利用天然地震面波信号研究地球内部结构、利用人工地震面波信号进行工程勘探和工程质量无损检测的基础。

目前瑞雷波勘探法在工程中已经得到了十分广泛的应用。

近十年来，地球物理勘探领域的一些专家学者们在瑞雷面波勘探的方法技术及处理解释方面作了大量有益的工作，取得了许多具有实用价值的成果。

由于瑞雷波勘探法具有很多其他弹性波勘探法所不具备的优点，这使得人们对瑞雷波勘探技术研究的兴趣大增。

最近几年，国内外参与瑞雷面波勘探技术研究的人已越来越多。

可以预料瑞雷面波勘探将会成为本世纪浅层或超浅层地球物理勘探和工程施工质量检测的主要手段之一。

但就目前的情况来看，应用瑞雷面波进行工程地质勘察和工程检测在技术上还不够完善，人们对瑞雷面波的很多问题的认识还不是很清楚，在瑞雷面波的提纯、高模式瑞雷面波的激发和利用、瑞雷面波的反射特性等方面的研究工作还十分欠缺。

因此，分析总结瑞雷波勘探技术的历史和现状，探讨其未来的研究方向很有必要。

本文通过对瑞雷面波勘探技术的历史回顾和现状分析，就上述问题进行讨论。

1．工作目的及原理1.1 工作目的面波勘探技术，一方面能准确反映和区分地下不同岩层的界面，指出其精确厚度和各层的波速，探测深度能够满足水利水电工程、工民建工程、市政工程等的需要，另一方面，所测波速能够直接反映岩土的物理力学性质，即通过测试的波速计算场地的类型类别、卓越周期以及各层的标准贯人、承载力等。

因此，该方法不仅大大节省投资，而且明显地简化了现场工作程序，缩短勘察周期，提高了工作质量和效率。

1.2 瞬态瑞雷面波法的原理当锤击地面，产生一个包含所需频率范围的瞬态激励时，安置在波的前进方向上，离震源一定距离的两个相距f1(t)﹑f2(t),根据付式变换，其频谱为：F 1(ω)=⎰+∞∞-f1(t)e t iω-dt (1-1)F2(ω)=⎰+∞∞-f2(t) e t iω-dt (1-2)且(1)(2)之间又下列关系：F 2(ω)=F 1(ω)e -i X∆ω/VR(ω)(1-3)VR(ω)是圆频率为ω的瑞雷面波的相速度。

令：φ = ϖ•∆X/V R(ω) (1-4)则： VR (ω)=2fπ•φ/X∆ (1-5)根据(4)式，(3)可写成：F 2(ω)=F 1(ω)eφi- (1-6)其中：φ是F2(ω)和F 1(ω)之间的相位差。

根据(5)式只要知道两接收器间的距离X∆和每一频率的相位差φ，就可以求出每一频率的相速度VR(ω).对于同一测点，根据一系列不同频率f i对应的V Ri值，就可以得出一条VR-f曲线，即所谓的频散曲线。

瑞雷面波频率的f、速度VR、相应的波长λR之间有：λR=V R/f (1-7) 根据弹性波理论，瑞雷面波的振幅随深度呈指数急剧衰减，能量主要集中在介质的自由表面附近，其深度差不多在一个波长深度范围内。

由半波长理论可知，所测量的瑞雷面波平均速度VR可以认为是1/2波长深度处介质的平均弹性性质，即勘探深度H有：H= R/2= V R/2f (1-8)根据(8)式，可把VR-f 曲线转换为VR-H曲线，该曲线的变化规律反映了该点介质随深度的变化规律，拐点、突变点等特征点反映了地层地质的力学特征。

2. 野外工作方法2.1仪器介绍仪器名称:SWS型多波列数字图像工程勘探与工程检测仪.主要技术参数为：24道，512、1024，2048、4096、8192样点选择，采样率30 s～8ms数档，瞬时浮点放大，A/D转换20bit，信号增强32bit，高、低通滤波、全通，带宽0.5～4000Hz，工控级CPU板80486，RAM8mb或16mb，硬盘容量HD2.1Gb.2.2数据采集（1）按照要求联结好大缆、检波器、触发线、电源线等以后，在确认连线正确的情况下，接通仪器电源开关。

（2）开机后，仪器通过检索，自行进入采集系统。

（3）进入主菜单后利用水平箭头键[←﹑→]移动至<面波勘察>，选择<面波采集1>，回车即进入面波采集菜单（如图2-1所示）。

图2-1 主菜单（4）进入面波采集主菜单后，先要进行参数设置。

采集文件名：自定；文件名序号步进：+1；记录道数：24；每道采样数：1024；采样时间间隔：0.250ms；道间距：1.00m；偏移距：10m；采集滤波：off。

设置完成后选择[采集激发，叠加，存盘]进入数据采集。

(如图2-2所示)图2-2 面波采集主菜单(5) 进入采集界面后利用水平箭头键[←﹑→]选择功能窗上的选项进行设置，在此不冗述，选择[击发/叠加]或直接按数字键“5”，回车后采集工作开始。

(如图2-3所示)图2-3 图形采集(6) 采集完成后，按[ESC键]退回到面波采集主菜单，选择[存盘记录]，存盘退出，数据采集即完成。

(如图2-4所示)图2-4 存盘退出(7) 原始图(如图2-5所示)图2-5 原始图2.3 注意事项(1) SWS型多波列数字图象工程勘察与工程检测仪系精密贵重仪器，在使用﹑运输﹑保管和维护方面应按相关的规程规范和要求办理。

(2) SWS型仪器的供电系统为外接DC12V。

一般45安时至60安时的电瓶可满足一天连续作业使用。

仪器内设低电压报警装置。

电压不足时，仪器发出“嘟﹑嘟…”的报警声。

此时，应更换新电瓶，重新工作。

(3) SWS型仪器内设有电源正负极接错保护电路，若电源接错，面板上保险座内的保险管熔断，此时须改正接线，更换保险管。

(4) SWS型仪器的工具箱内装配有外置软驱及连线，起主要作用是仪器采集系统遭受病毒侵害工作不正常时，修复系统使用。

当然也可用作少量采集数据的软盘存储。

(5) SWS型仪器的工具箱内装配有数据传输线，连接面板上的对应插座与外置微机的并行口，可方便地传输采集的数据至处理微机。

东华理工学院毕业论文瞬态面波数据处理软件3瞬态面波数据处理软件3.1软件简述3．1．1 数据处理概要面波测深数据处理是从现场采集的多道地震数据，提取面波的频散数据，对于层状的地层，再由频散数据进一步反演出地层的剪切波速(Vs)分层断面，达到测深的目的。

3．1．2 SWS软件依据的原理在原始地震数据中，除面波的能量外，还含有反射、折射和其他干扰波，其中有和面波在时间上不重合的部分，可以在时间距离(X-T)域，加适当的窗口来排除。

层状地层上的面波，又是由不同视速度和能量分布的多个模态合成的。

其中以基阶模态面波的频散规律，能最直观地反映地层的波速断面，也最易于据以作出地层的分层反演。

在频率波数(F-K)域中，不同视速度的地震波分别组成各自的能量轴，可以区分开面波的不同模态，以及靠时距窗口仍未排除的其他干扰，有利于提取基阶面波的频散数据。

目前的分层反演，利用的是基阶面波的频散规律，通过地层参数的优化拟合，在深度速度(Z-V)域作出。

3.2 处理过程SWS面波处理软件处理过程的操作安排在显示不同数据域的分页视窗中进行。

点击各个页面，可以随时了解当前的数据文件，浏览各个数据域的显示图形，反复调整处理参数。

页面具体分为：文件处理流程，X-T域处理，F-K域处理，Z-V域处理，辅助页面(清理X-T文件，对比SWS文件，共用图形工具)。

3．2．1文件处理流程页面文件处理流程页面：管理单个和成批的原始(X-T)和频散(SWS)数据文件。

将它们打开后分别转入提取频散数据或分层反演的相应页面进行处理。

该页面内包含四个栏目框：X-T顺序成批文件，SWS顺序成批文件，搜寻频散数据，反演波速分层。

(1)X-T顺序成批文件栏目框，管理成批的原始数据文件。