物探瑞利面波勘探分解

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］。

第⼆章2-1⾯波勘探的基本原理第⼆节瑞雷⾯波法⾃1887年英国学者瑞雷从理论上证明了瑞雷⾯波的存在以来，⼈们曾对⾯波的形成和传播特征做过许多研究，但长期以来，它却⼀直被认为是地震勘探中的⼀种⼲扰波，没有利⽤价值。

上世纪六⼗年代开始，国外有⼈开始研究瑞雷⾯波的有效利⽤问题。

到上世纪⼋⼗年代，瑞雷⾯波的传播特性及利⽤⽅⾯的研究成为世界⼯程地球物理勘探同⾏们的研究热点。

⽬前，瑞雷⾯波勘探法在我国已经得到⼴泛应⽤，现在⼏乎国内外所有的浅层地震勘探仪都配有瑞雷⾯波勘探的功能。

尽管其应⽤已经如此⼴泛，但瑞雷⾯波勘探的理论问题、仪器问题和处理解释问题还并没有得到很好的解决。

也就是说，瑞雷⾯波勘探在技术及理论⽅⾯还有⼤量的⼯作要做。

§2－1⾯波勘探的基本原理2.1.1均匀半空间瑞雷⾯波的形成地表震源不仅激发纵波和横波，同时由于纵波和横波的相互⼲涉叠加，会出现波形的转换，使地下介质质点按⼀定的轨迹运动，形成⼀种新的、能量很强且主要集中在地表附近的波动。

由于这种波是1887年由瑞雷从数学上证明其存在的，故称为瑞雷⾯波。

关于瑞雷波的推导如下：条件：⾃由界⾯以下为半⽆限均匀弹性介质，介质的弹性常数为λ和µ，密度为ρ，x、y轴取在⾃由表⾯上，z轴垂直向下。

设瑞雷波速为V，在zox平⾯内沿x轴⽅向传播，在y轴⽅向的振幅和相位完R全相同，及只讨论平⾯⼆维情况。

令其势函数为：)()(t x ki R e z f ω?-= )()(t x ki R e z f ωψ-=和ψ分别满⾜下列波动⽅程：22221tV P ??=??22221tV S ??=?ψψ将?、ψ代⼊上式，可得：0)(2222=--f k k dzf d P R0)(2222=--g k k dzg d S R 其中，PP V k ω=，SS V k ω=，RR V k ω=。

上式的解为：z z Ce Ae f αα+=- z z De Be g ββ+=-式中：22PR k k -=α，22S R k k -=β。

岩溶地区工程地质合理的勘察方法及探测技术摘要：岩溶指可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石(如石灰岩、石膏等)，受含有二氧化碳的流水溶蚀，有时加以沉积作用而形成的地貌。

往往呈奇特形状,有洞穴、石芽、石沟、石林、溶洞、地下河也有峭壁。

岩溶不仅可能导致重大地质灾害的发生，如地面塌陷、山体崩塌等，也给工程建设的本身带来了诸多不利影响，尤其是隐伏岩溶的存在，危害更大。

因此，在岩溶地区进行工程建设时，如何科学有效地对岩溶的影响和危害进行合理评价显得十分重要。

本文从西南地区常见的岩溶地质出发,探讨了岩溶地区工程地质勘察的方法及探测技术，供同行参考。

关键词：岩溶地质；勘察；探测技术Abstract: the karst rock to soluble, especially of carbonate rock (such as limestone, gypsum, etc), containing carbon dioxide by the running water dissolution, sometimes to deposition and the formation of the landscape. Often a peculiar shape, a cave, a Clint, stone ditch, stone forest, cave, underground river also have cliffs. Not only can lead to significant karst geological disasters happen, if the ground subsidence, landslides and so on, also to the project construction itself brings about many adverse effects, especially concealed karst existence, more harmful. Therefore, in the karst area for engineering construction, how to scientifically and effectively to the influence of the karst hazards and reasonable evaluation is very important. This paper, from the southwest common karst geological tries to explore the karst area engineering geology prospecting method and detection technology, refers for the colleague.Keywords: karst geological; Reconnaissance; Detection technology一、岩溶地质的形成岩溶(又称喀斯特)，是指流水对可溶岩石(碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物盐岩等)进行以化学溶蚀作用为主要特征(包括水的机械侵蚀以及物质的运移与再沉淀) 的综合地质作用，以及由此产生的各种现象的总称。

摘要在天然地震中瑞雷波是一种具有危害性较大的地震波，在人工地震勘探中面波也是一种干扰波。

但在工程勘探中将面波视为有效波，并且在层状介质中，面波具有频散的特性，由此特性将面波用于工程勘探中。

本次主要是勘察路基的承载力，由于前期的实验发现工区的刚度系数较小，广泛分布软土，所以引用GDS 表面波测试系统(The GDS Continuous Surface Wave System,简称GDS)用稳态面波法寻找软土。

本文将从瑞雷面波理论以及GDS连续表面波测试系统着手，介绍它的在工程中的工作，即先将野外采集到的信号转换成相位，在处理时调节相位差，然后利用处理软件，根据频散特性生成深度-剪切波速度曲线。

并结合本次在武广线的实习过程探讨仪器使用情况、测线布置、施测、资料的处理及解释等问题。

关键词: GDS连续表面波测试系统瑞雷波稳态面波相位相位差层速度道间距频散曲线剪切波速度波长刚度深度目录第1章序言1.1论文研究的目的和意义1.2研究与应用现状第2章：瑞雷面波的基本理论2.1：瑞雷波的传播特征2.1.1:物体的弹性与弹性波2.1.2瑞雷面波的形成和定义2.1.3 弹性波波动方程2.1.4均匀半空间介质瑞雷面波传播2.2层状介质中的瑞雷面波2.2.1固体-弹性半空间二层介质中的瑞雷面波2.2.2面波速度、厚度频散曲线的一般绘制方法第3章:稳态面波3.1:瑞雷波勘探原理3.2:野外工作方法及仪器配置3.2.1工作布置3.2.2：GDS连续表面系统简介及布置3.2.3野外工作3.3 GDS连续表面波测试系统资料处理3.3.1系统内部自身在采集过程中对采集数据的初步处理3.3.2室内利用随仪器配置的软件对采集的野外数据进行处理3.4 GDS连续表面波测试系统资料解释3.4.1解释原则3.4.2、解释结果第4章结论及建议4．1结论4.2建议致谢参考文献第1章序言1.1论文研究的目的和意义1.1.1论文研究的目的随着社会的大发展，交通枢纽压力越来越重，国家大力发展铁道建设铁道部决定第三次提速，将客运线和货运线分开。

一．面波探测现场探测方案前言受中国水电四局的委托，我公司拟对深圳地铁7号线福赤盾构区间进行面波（瑞利波）法勘探。

本区间自福田河南岸的福临站北端开始，至滨河大道的赤尾站西端结束，里程桩号大致范围为：左线ZDK20+360.117～ZDK20+845.492；右线YDK20+347.717～YDK20+844.001。

线路下穿福田河、福临小区、滨河大道等，线路经过区地面环境复杂多变，将会给面波勘探带来诸多不便和影响，有的区段可能难以展开勘探，即使是积极创造条件勉强开展慨叹的区段，也需要投入更多的时间、人力、物力等，并且在诸多不利因素背景下所解算的成果资料的可信度会大打折扣。

为了尽可能全面地完成地质任务，编制此方案。

2、主要勘探目的通过面波（瑞利波）勘探，揭示盾构区间隧道穿越区岩土强度的分布，提请盾构施工时提前采取相应措施。

3、方法原理瑞利波是面波的一种。

瑞利波法是利用瑞利波的运动学特征和动力学特征来进行工程质量检测及工程地质勘察的地球物理方法。

在自由界面（如地面）上进行竖向激振时，均会在其表面附近产生各种波长的瑞利波，其二维和三维波动及传播示意图见图1和图2。

瑞利波有三个与工程质量检测和地质勘察有关的主要特征：(1)图1 瑞利波的椭圆极化示意图（二维）(2)、瑞利波的波长不同，穿透深度也不同；(3)、瑞利波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。

图2 三维空间的瑞利波传播示意图（三维）各频率的瑞利波的能量主要集中在地表下一个波长的范围内，而传播速度代表着半个波长（λR2）范围内介质震动的平均传播速度。

因此，一般认为瑞利波法的测试深度为半个波长。

波长与速度及频率三者有如下关系：设瑞利波的传播速度为vR ，频率为fR，则瑞利波的波长λR为：λR RR v f =当速度不变时，频率越低，测试深度就越大。

瑞利波波速与岩土物理力学参数密切相关，波速高介质的刚度大，同时不同波长的瑞利波，反映不同深度范围内的波速变化。

瑞雷面波勘探技术在第四系分层方面的应用_杜正涛第23卷第4期1999年8月物探与化探GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATIONVol.23,No.4Aug.,1999瑞雷面波勘探技术在第四系分层方面的应用杜正涛刘丽敏程道伟(北京水电勘测设计研究院,北京100024)摘要通过对面波勘测原理的介绍,结合太原城区汾河治理美化工程面波勘探实例,简述面波勘探野外工作方法、资料处理及达到的地质效果。

关键词瞬态面波;付氏变换;功率谱;相位差;频散曲线瑞雷面波是由英国学者Rayleigh于1887年首先在研究弹性介质中波动时发现的。

随着计算机技术的飞速发展,面波勘探在第四系分层方面发挥着越来越大的作用。

面波勘探可分为稳态面波勘探和瞬态面波勘探。

瞬态面波勘探激发方式有锤击、落重、炸药等。

下面首先从理论上简述瞬态面波勘探原理。

1 原理1.1 时间域向频率域的转换瞬态面波勘探法关键是激发所需频率范围内的瞬时激励,采用相适应的检波器,利用地震仪将此信号记录,令此信号为X1(t),X2(t),X3(t),,,Xn(t),其中n为道号,再利用傅氏变换将时间域转换成频率域。

计算如公式(1)所示Xn(f)=Q-]]Xn(t)e-i2Pftdt(1)1.2 互功率谱和相位差的求取利用相邻道的频谱可求出Xn-1(t),Xn(t)的自功率谱Snn(f)=Xn(f)#X*n(f)S(n-1)(n-1)(f)=X(n-1)(f)*X*(n-1)(f)*其中,X*n(f),X(n-1)(f(2)(3)1)(n-1)()为Xn(f),X(n-1)(f)的复共轭谱,Snn(f),S(n-f)为Xn(f),(4)X(n-1)(f)的自功率谱。

于是,Xn(t),X(n-1)(t)的互功率谱为i$7(f)Sn(n-1)(f)=Xn(f)#X*(n-1)(f)=|Xn(f)|#|X(n-1)(f)|e可见互功率谱中的相位谱反映了包含在面波中的相应单频波的相位差。