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物探-瑞利面波勘探-文档资料

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矿井物探瑞雷波地震勘探

矿井物探瑞雷波地震勘探

第8章 瑞雷波地震勘探
4）抗干扰能力强，不受井下各种交流电场的干扰； 5）只要介质有波速差异(不小于10 %) 就可以精确进行分辨 ，探测精度比较高，勘探的深度误差一般在5%以内。 6）在高泊松比介质中，面波波速接近于横波波速，并具有相 关性，即面波波速与介质的物理力学性质密切相关。
第4页，共20页。
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。
矿井物探瑞雷波地震 勘探
第1页，共20页。
第8章 瑞雷波地震勘探
1887年，Rayleigh首先发现了瑞雷波的存在并揭示了瑞雷波在弹性半空间介质 中的传播特性。20世纪50年代初人们又发现了瑞雷波的频散特性，随之开始了利 用天然地震记录中的瑞雷波探测地球内部结构的研究。
我国瑞雷面波法工程勘探的研究始于20世纪80年代中期，1987年，铁路系 统首先引进GR-810型面波勘探仅用以解决铁路和公路路基的勘探问题。
第14页，共20页。
§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பைடு நூலகம்断
第15页，共20页。
§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16页，共20页。
§8.3 瑞雷波勘探的应用
8.3.2 洞穴界面的异常特征
洞穴周围的曲线
第17页，共20页。
8.3.3 矿井探测应用
淄博葛亭矿运输巷掘进前方异常体瑞雷波法超前探测结果图

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］。

瑞利波勘探原理及应用实例[1]

瑞利波勘探原理及应用实例[1]
距离和解析精度已具备了一定指导矿井生产的实际 意义。且施工方便快捷, 对现场工作条件要求较低,
工作量小, 仪器操作易于掌握。 地面资料处理不用专业人员处理, 智能化程
度高, 5 分钟内显示现场初步处理结果; 仪器探 测距离大、对小信号也有较高的识 别能力, 探测解 释距离可 超过 80m。 但仍 存 在 以 下 问题 还 需 改 进:
28
吴迪等: 瑞利波勘探原理及应用实例
第 10 卷 第 5 期
图 6 1427 运料巷测点原始数据曲线
界。经钻探后确定的 X416 陷落柱边界如图 5 中实 线所示, 与瑞利波探测的边界( 如图 5 中虚线所示) 对比可以看出, 探测结果基本吻合。
图 7 1427 运料巷瑞利波探测结果
具体位置对比情况如表 1 所示。其他突起异常
可能由于岩性密度变化或地质分层引起的, 由于数
据未根据本矿实际地质资料进行校正处理, 故处理
结果可能会有一定误差。
表1
探测距离对比表
单位: m
测点 探测距离 实际距离
测点 1 11
11 5
测点 2 18
18 4
测点 3 30 26
测点 4 27 24
4 结语 通过此次勘探, 说明了瑞利波探测技术在探测
2 杨成林 瑞雷波勘探[ M ] . 北京: 地质出版社, 1993 3 崔 占荣、张世洪、张俊喻 瞬态瑞雷波勘探中一些问题 讨
论[ J] . 物探与化探, 1997( 5) 4 李公正 瞬态 瑞利 面波技 术探 测原理 及其 应用[ J] . 矿
产与地质, 2003( 5) 5 潘秋明 瞬态瑞利波探测技术及其在矿井地质中的应 用
探测地点: 1427 运料巷; 探测时间: 2007 年 8 月 10 日上午; 探测目的: 煤巷侧邦 内部 X416 陷落柱边 界位 置探测; 探测模式: 巷道侧邦水平深层模式; 采样频率: 4000H z; 记录长度: 2048; 叠加次数: 5 炮;

工程物探中的面波勘探-33页文档资料

工程物探中的面波勘探-33页文档资料

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。

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

物探-瑞利面波勘探

物探-瑞利面波勘探

即面波按r-1衰减，体波按r-2衰减。面波比体
波传播的更远！
§4-2 瑞利波的勘探原理

瑞利波勘探是根据：①瑞利波传播于介质的自由表层， 只要存在波动就会有瑞雷波的存在；②在均匀介质中， 瑞利波的传播速度与频率无关，即没有频散性；③瑞利 波的频散特征主要取决于剪切波速度及各层厚度； ④瑞
利波的波长与勘探深度有关，传播速度接近横波速度。
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
工程地质勘察—分层 地基加固处理效果评价
岩土物理力学参数原位测试
地下空洞及掩埋物探测 公路、机场跑道质量无损检测 饱和砂土层的液化判别 其它方面：基岩完整性评价、滑坡调查、 堤坝危险性预测、桩基入土深度探测等
R波法与其它波动法的对比特点

浅层分辨率高----可确定厘米级裂隙；
四、R波的激发能量

实验证明，当在圆形振板上作上下激振时，
激发出的R波、P波、S波的能量为：R—
67%，P—7%，S—26%。R波的能量
占总能量的2/3。
五、R波的衰减
由于面波的波前面为高约λ R的圆柱体，其波前面
积与 r 成正比，能量衰减则与
于1/r。
成正比；而体波
波前为半球形，波前面积正比于半径r2，能量衰减正比
不受地层波阻抗关系的影响。R波只要求地层有
速度差异，波阻抗相同也能精确分辨； 建筑场地波速测试无需钻孔测试效率高，而且能 够较可靠地测定浅层的波速。但R波法也存在试 验场地较大，深层测试结果精度不如跨孔法等缺

陷；

测试深度浅。
§4-1 瑞利波的波场特征
一、R波的传播速度
VR/Vs
0.95
0.88 0 0.1 0.5

物探-地震勘探理论基础可编辑全文

物探-地震勘探理论基础可编辑全文

（c）SV波
3. 面波
瑞利波：是沿介质与大气层接触的自由表面传播的面波。（图a）
特点：质点在通过传播方向的垂直面内沿椭圆轨迹作逆时针运动： ① 椭圆长轴垂直于介质表面； ② 长短轴之比大致为3：2； ③ 强度随深度呈指数衰减； ④ 水平方向衰减很慢； ⑤ 瑞利波在地震记录具有频率低,速度接近于横波速度。
线应变(ε=△L/L或△d/d) 体应变(ε=△V/V)
切应变(ε=△L/L=tgθ)
（二） Hook定律
在弹性限度内，应变与 应力呈正比，即Hook定律， 满足该定律的物体称为完全 弹性体。
（三） 弹性参数
1. 杨氏模量 （线应变）
F
E
S l
l
d
泊 松 比
d l
l
弹性极限点
P`P为线性变形区；PQ、P`Q`非线性变形区
波阻抗=V·ρ （g/s·cm2）
波阻抗界面或 弹性分界面 ：
波射线
3.振动图和波剖面图的关系
区别：振动图为某一固定位置（即X=常数），质点位移与振动时间的关系：
u=f（t）；剖面图则是固定某一时刻tk，质点振动位移与距离的关系： u=f（x）。
联系：
见右图
第三节 地震波的类型及传播特征
一、地震波类型
体波 面波
• 在整个三维空间传播弹性应变能量， 称为体波。
③ α由0°→ 90°时
t1
V*由∞→V
∴ V*≥V
五、地震勘探的基本原理
勘探的基本原理为波的传播规律。人工激发的地震波在介 质中传播过程中，当遇到弹性分界面时将产生反射、折射 和透射现象，同时产生可以返回地面的反射波和折射波。
地震波的传播规律类似于光学，叫斯奈尔（Snell）定律 几个概念：

物探-瑞利面波勘探

物探-瑞利面波勘探

所谓频散---就是指相速度随频率而改变的现 象
瑞利波的频散特性与波场分布空间内介质的 物质成分、结构、密度、孔隙度等因素有关。 实际上，由于瑞利波的穿透深度约为一个波 长，因此，在地表测得的瑞利波波速被认为 反映小于一个波长的某一深度范围内介质的 平均弹性性质。不同的频率有不同的波长， VR的变化反映了不同深度内介质平均性质的 改变，也就是说非均匀介质中面波的频散特 性决定了进行面波勘探的可行性。
于1/r。
即面波按r-1衰减，体波按r-2衰减。面波比体 波传播的更远！
§4-2 瑞利波的勘探原理
瑞利波勘探是根据：①瑞利波传播于介质的自由表层， 只要存在波动就会有瑞雷波的存在；②在均匀介质中， 瑞利波的传播速度与频率无关，即没有频散性；③瑞利 波的频散特征主要取决于剪切波速度及各层厚度； ④瑞 利波的波长与勘探深度有关，传播速度接近横波速度。
二、R波质点的振动
R波质点位移方程：
k1 kR 2
1
m2 n2
k1 kR 2
1
m2 n2
C
1 m2
1 n2
2 m
n
VP VS
,m
VR VS
m
、k是瑞雷波衰减系数 R、f 是瑞雷波波长和频率
A0 是任意常数
从方程可看出：当Z→∞时，Ux→0、 Uz→0，即x、z方 向的位移为0，说明传播深度有限；Ux、Uz在相位上相 差（π/2）。由此可得出结论---x、z方向合成后，R波 使介质质点沿椭圆轨迹运动，且传播深度有限。
瑞利波勘探的理论依据
在分层介质中R波具有频散特性 R波的波长不同，穿透深度也不同 R波的传播速度与S波的传播速度具相
关性
R波法可解决的浅层地质问题
1. 工程地质勘察—分层 2. 地基加固处理效果评价 3. 岩土物理力学参数原位测试 4. 地下空洞及掩埋物探测 5. 公路、机场跑道质量无损检测 6. 饱和砂土层的液化判别 7. 其它方面：基岩完整性评价、滑坡调查、

浅震中的新技术和新方法之瑞利面波法

浅震中的新技术和新方法之瑞利面波法

上式可化为：
( Dx )2 ( Dz )2 1 0.42 0.62
3
瑞利波质点 位移的轨迹
2. 瑞利面波的传播速度和穿透深度 V/VS 瑞利面波的传播速度VR和横波的 传播速度VS及纵波速度VP之间的 关系为：
VR 0.92VS 0.53VP
4
瑞利面波质点振动位移DX、DY与深度的关系
能量主要集 中在 z/λ R<0.5的 区域，当 z/λ R>1的时 候，水平分 量和垂直分 量都迅速衰 减，因此， 瑞利波的穿 透深度约为 一个波长， 而能量主要 集中在半个 波长的范围。
作互功率谱的目的是利用互功率谱的相位特性求出 这两个观察点在各个不同频率时的相位差，再利用 (3.5) 式求出相速度，当我们已知频率为f的瑞雷波速度vR 后， 其相应的波长为R
R =vR/f (3.6)
11
• 瑞雷波的能量主要集中在介质的自由表面附近，其深度大 体在一个波长深度范围内，由半波长理论，所测量的瑞雷 波的平均波速vR 可以认为是半波长深度处介质的平均弹性 性质，即勘探深度是
浅震中的新技术和新方 法之瑞利面波法
1
一、瑞利波勘探的基本原理
在自由界面以下均匀各向同性的弹性介质中，瑞利
面波振动的水平位移分量Dx与垂直位移分量Dz可分别由
下列表达式表示：
Dx
B(b e bz
2K
2 R
b
2K
2 R
K
2 S
e az ) cos(t
KR
x)
Dz
B( 2K R a b
12
• 根据以上讨论，同一波长的瑞雷波传播特征反映了地质体 水平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波传播特性反映了 不同深度地质体的变化情况。实际工作中，为了提高效率, 瑞雷波勘探时，在地面上沿波的传播方向，以一定的道间 距x设置N+l个检波器,

瑞利波探测仪在矿山中的应用

瑞利波探测仪在矿山中的应用

瑞利波探测仪在矿山中的应用摘要：随着经济的发展，对煤矿资源的需求也越来越大。

在煤矿开采中，运用瑞利波探测技术，其对煤矿井下进行全方位探测，具有简便、快速、应用范围广的优点。

不仅为地质工作者提供先进的探测手段，同时能为煤矿的安全生产带来宏观经济效益。

因此，本文通过对瑞利波探测仪在矿山中的应用进行分析，以促进煤矿的安全开采。

关键词：瑞利波探测仪；矿山；应用引言在长期的煤矿开采中，瑞利波探测技术解决煤矿井下地质问题中的应用越来越多，利用弹性面波中瑞利面波的传播特性，在井下巷道堵头开展瑞利波跟踪超前探测，在全国大多数的煤矿井下跟踪探测实际应用效果明显。

一、瑞利波探测原理瑞利波勘探主要利用了瑞利波在分层介质中传播时的频散特性和波的传播速度与介质的物理力学特性，特别是介质密度密切相关的特性，以面波为有效波进行探测的一种地质勘探方法。

瑞利面波的能量最强，传播速度比较低，能够比较精确地确定其走时，计算出相对比较准确的地层速度，用以区分地层岩性。

瑞利波勘探采用的方法是面波频谱分析法，也叫瞬态法，它是由震源产生一定带宽的脉冲，通过测线上相距震源不同距离的6只加速度接收传感器，由仪器记录下来5对采集的信号取以排列中点对称的任意两道，进行变换和频谱分析技术，通过相干函数的互功率谱相位展开谱，然后利用多次叠加、多次覆盖技术从而得到瑞利波信号在不同频率下的平均速度，然后可以依据弹波理论中的半波理论可以知道，进而得到曲线图。

当波在岩层分层介质中传播时，其速度和介质的特密型关系较大。

多道瞬态法瑞利波探测原理示意图如下图（图1）所示：二、瑞利波探测的影响因素（一）地形的影响瑞利波探测技术中，测点、测线的布置需要垂直于岩层构造的走向,也可以顺着煤层然后追踪其走向,布置测线时尽可能使其成为直线。

但是有时候受施工现场地形条件的影响，不能够满足上述的要求,就要计算出传感器与岩层的夹角,以便在最终的处理结果(如层厚度)上进行修正，比如可以运用顺层布置传感器便于物探结果的解释。

瑞利面波勘探在坝体隐患探测中的应用研究

瑞利面波勘探在坝体隐患探测中的应用研究

瑞利面波勘探在坝体隐患探测中的应用研究张淑婷;高振兵【摘要】瑞利面波勘探是近年发展起来的一种新的浅层地球物理勘探方法,具有简便、快速、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点,已在许多领域得到应用,并取得了良好的应用效果.瑞利面波是一类频率较低、能量较强的次生波,主要沿着介质的分界面传播,其能量随着与界面距离的增加迅速衰减.瑞利面波与反射波、折射波一样都含有地下介质的地质信息.本文介绍了瑞利面波的概念、工作原理及方法、频散特征、反演研究以及实际资料的应用等方面,用多道检波器测量来了解面波勘探在坝体隐患探测中的应用.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2013(010)004【总页数】5页(P555-559)【关键词】瑞利面波;频散曲线;隐患探测【作者】张淑婷;高振兵【作者单位】山西省煤炭地质物探测绘院,山西晋中030600;东华理工大学核工程与地球物理学院,江西抚州344000【正文语种】中文【中图分类】P631.41 引言瑞利面波(以下简称面波)在反射波地震勘探中作为一种干扰波，被压制和去除。

实际上面波在地层介质中传播，肯定携带所经过介质的丰富的地质信息(如岩性、速度、深度等)，将这些反映地层特殊属性的有用信息提取出来，可解决地质问题，尤其是浅层地质问题。

近几年来的理论研究和实际应用表明，瞬态瑞利波勘探(以下简称瑞利波勘探)法对浅表薄层勘探具有分辨率高、施工条件要求低、仪器轻便，探测速度快，经济效益好等优点，受到工程及环境勘探领域人员的极大关注，并在浅表层工程勘探中得到了发展，方法和技术渐趋成熟[1]。

然而在地形起伏的山地地区，它的应用还很少，地质结构调查工作的开展也近乎空白。

这些地区的地面地形突起陡降，第四系覆盖层地层结构复杂，采用常规的地震勘探方法(如反射波法、折射波法、微地震测井法等)对其进行地质结构调查工作，往往难度大、投入成本高，而得到的资科品质低，勘探效益差。

面波勘探在这些地区的应用就有了实际的意义，并且能够得达很好的效果[2，3]。

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15
所谓频散---就是指相速度随频率而改变的现 象
瑞利波的频散特性与波场分布空间内介质的 物质成分、结构、密度、孔隙度等因素有关。 实际上，由于瑞利波的穿透深度约为一个波 长，因此，在地表测得的瑞利波波速被认为 反映小于一个波长的某一深度范围内介质的 平均弹性性质。不同的频率有不同的波长， VR的变化反映了不同深度内介质平均性质的 改变，也就是说非均匀介质中面波的频散特 性决定了进行面波勘探的可行性。
即面波按r-1衰减，体波按r-2衰减。面波比体 波传播的更远！
18
§4-2 瑞利波的勘探原理
瑞利波勘探是根据：①瑞利波传播于介质的自由表层， 只要存在波动就会有瑞雷波的存在；②在均匀介质中， 瑞利波的传播速度与频率无关，即没有频散性；③瑞利 波的频散特征主要取决于剪切波速度及各层厚度； ④瑞 利波的波长与勘探深度有关，传播速度接近横波速度。
堤坝危险性预测、桩基入土深度探测等
6
R波法与其它波动法的对比特点
浅层分辨率高----可确定厘米级裂隙； 不受地层波阻抗关系的影响。R波只要求地层有
速度差异，波阻抗相同也能精确分辨； 建筑场地波速测试无需钻孔测试效率高，而且能
够较可靠地测定浅层的波速。但R波法也存在试 验场地较大，深层测试结果精度不如跨孔法等缺 陷； 测试深度浅。
P、S、R波速与泊松比的关系
9
二、R波质点的振动
R波质点位移方程：
k1 kR 2 1 R1 z
sin2
f
t
x VR
uz
A02ceR1 z
k e 1 kR1 z
2
co2sf
t
x VR
10
k1 kR 2 1m n22
1R21m2
C
1 m2
1 n2
11
质点振动特点：
沿逆时针椭 圆轨迹运动 ，振幅随深 度迅速衰减 ，且衰减系 数与波长λ 成反比，说 明波长越大 传播的深度 越深。
12
从图中可以看出 对于不同的介质， 瑞利波水平和垂直 位移的主要能量均 在(Z/λR) ＜1的深 度内，即认为瑞利 波的穿透深度为一 个波长、且主要能 量集中在λR/2的 范围内。
4
瑞利波勘探的理论依据
在分层介质中R波具有频散特性 R波的波长不同，穿透深度也不同 R波的传播速度与S波的传播速度具相
关性
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R波法可解决的浅层地质问题
1. 工程地质勘察—分层 2. 地基加固处理效果评价 3. 岩土物理力学参数原位测试 4. 地下空洞及掩埋物探测 5. 公路、机场跑道质量无损检测 6. 饱和砂土层的液化判别 7. 其它方面：基岩完整性评价、滑坡调查、
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§4-1 瑞利波的波场特征
一、R波的传播速度
VR0.817 1.12•VS
VR/Vs
0.95
0.88 0 0.1
σ 0.5
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瑞利面波波速的3个 特点：
（l）在相同介质中，纵 波波速最快，横波次之， 瑞利波最慢 （2）VR与Vs呈近似线 性关系 （3）VR与频率 f 无关， 表明在均匀介质中面波 无频散现象。
根据震源信号的特点不同，瑞利波勘探分为稳态法和瞬 态法两种。
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一、稳态法测试
稳态振动法用稳态震源实测地层的瑞利波频散曲 线，并按反算方法求地层剪切波速度。
第四章
瑞利面波勘探
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本章内容要点
了解瑞利波的波场特征 掌握面波勘探的基本原理 了解瑞利面波勘探的工作方法 掌握面波频散曲线的特征 了解资料处理过程及掌握解释方法 掌握面波勘探在工程方面的应用
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瑞利波法的发展历程
1887年由英国学者Rayleigh在理论上确定 20世纪50年代发现R波的频散特征 60年代起计算机应用于R波的频散研究 70年代出现人工激发瞬态R波法勘探(美国) 80年代初出现稳态R波法勘探（日本） 87年起我国开始R波法的试验研究
2 m
n
VP VS
,
m
VR VS
m
、k是瑞雷波衰减系数 R、f 是瑞雷波波长和频率
A 0 是任意常数
从方程可看出：当Z→∞时，Ux→0、 Uz→0，即x、z方 向的位移为0，说明传播深度有限；Ux、Uz在相位上相 差（π/2）。由此可得出结论---x、z方向合成后，R波 使介质质点沿椭圆轨迹运动，且传播深度有限。
位移振幅矢量曲线
从图中还可看出，ux在(Z/λR) = 0.1～0.2之间变化符号，ux是正弦 函数，uz是余弦函数，所以当ux、uz同号时Z=0，两者合成之后形成的
质点振动轨迹为一逆时针方向转动的椭圆；不同号时，质点振动轨迹
为一顺时针转动的椭圆。
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三、R波在非均质中的频散
从地震波的频谱理论中可知．实际的波动极 少为单频波（简谐波），但较复杂的波动总可以 认为是由许多单频波的叠加。物理学上，单频波 的传播速度称为相速度V（或相位速度，常指波 峰或波谷的传播速度），各单频波叠加总振动的 极大值（或能量最大值）的传播速度称为群速度 U。在地震学中，群速度就是地层介质的速度。
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在均匀介质中，不同频率成分的面波 相速度相同，因此相速度等于群速度，即 VR与频率无关，因而实测得到的波速就是 介质的波速。
而对于非均匀介质，由于面波的相速 度与频率（或波长）有关，因此不同频率 的单频面波都按自已的相速度传播，于是 各分振动的相位差随波的传播而改变，从 而导致由分振动叠加的速度不等于相速度， 即为频散。
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表面波法的提出
传统岩土勘察的S波测试试验中需在地层中钻孔，并且在 软弱土层中还应下套管和进行回填灌浆，工期较长，费 用较高；
在浅部测点试验中，信号易受干扰；波传播路径复杂， 致使测试结果不便应用；
另一方面，地震勘测中的折射波法和反射法虽然不需钻 孔，但它们在测定S波速度时也有如下缺陷:
在地面上接收地层界面反射波或折射波，易受环境和R波的干扰， 折射波法要求待测地层中波速沿深度递增，而软弱夹层往往又 是工程勘测中的主要任务，显然此法不能满足这种要求。
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四、R波的激发能量
实验证明，当在圆形振板上作上下激振时， 激发出的R波、P波、S波的能量为：R— 67%，P—7%，S—26%。R波的能量 占总能量的2/3。
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五、R波的衰减
由于面波的波前面为高约λR的圆柱体，其波前面积 与 r 成正比，能量衰减则与 1 成正比；而体波波
r
前为半球形，波前面积正比于半径r2，能量衰减正比于 1/r。