物探-瑞利面波勘探

瑞利波技术超前探测掘进工作面构造异常李胜;祁晓鑫;李军文【摘要】In the front of excavation face, there exist abnormal geological structures such as fault, karst cave, col-lapsed pillars and aquifer, which usually bring about hazards like “pervious to water” and “roof fall” etc. How to accurately and effectively detect the geological structure in the front of excavation face has became a problem ur-gently needed to solve during production in coal mine. TYR (D) Rayleigh wave detector was adopted in advanced detection in driving face 7603 of Wuyang mine. The collected data were processed and analyzed, the conclusion is basically consistent with the engineering verification, thus obtaining good application effect.%掘进工作面前方存在断层、溶洞、陷落柱、含水层等地质构造，常常导致透水、冒顶等灾害性事故。

采用YTR(D)瑞利波探测仪对山西潞安集团五阳煤矿7603掘进工作面进行超前探测，并对现场采集的数据进行处理和分析。

结果显示，2个测点共发现9处异常区，通过后期工程验证，有7处探测异常区与实际揭露的结果基本一致，探测与实际揭露异常区域位置误差均在4m以内。

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。

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 ωϕ-= )()(t x ki R e z f ωψ-=ϕ 和ψ分别满足下列波动方程：22221tV P ∂∂=∇ϕϕ22221tV S ∂∂=∇ψψ将ϕ、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。

面波勘探原理面波勘探是一种地球物理勘探方法，通过记录地面上的地震面波信号来获取地下结构信息。

面波勘探原理主要基于地震波在地下介质中的传播特性，利用面波信号的传播速度和衰减规律来推断地下介质的性质和结构。

面波勘探在地质勘探、地下水资源调查、地震灾害预测等领域有着广泛的应用。

地震波是在地震事件中产生的一种能量波动，它会在地下介质中传播并产生不同类型的波。

面波是一种沿着地表传播的地震波，其传播速度相对较慢，但能够在较长距离内传播，并且对地下介质的低速层和高速层有着较好的敏感性。

因此，面波勘探可以通过记录地面上的面波信号来获取地下介质的速度结构和界面信息。

面波勘探原理的关键在于分析面波信号的传播特性。

当地震波通过地下介质时，不同类型的地质结构会对地震波产生不同的影响，导致地震波在地下传播时发生折射、反射等现象。

面波信号的传播速度和衰减规律受地下介质的密度、泊松比、剪切模量等因素的影响，因此可以通过分析面波信号的传播特性来推断地下介质的性质和结构。

面波勘探通常采用地震勘探仪器进行观测，通过在地表布设地震接收器阵列，记录地震波在地表的传播情况。

地震仪器会记录地震波在地表的振动信号，然后经过信号处理和数据分析，可以得到地下介质的速度结构和界面信息。

通过对面波信号的分析，可以确定地下介质的速度分布、界面位置和地质构造特征，为地质勘探和工程勘察提供重要的地质信息。

面波勘探原理的应用范围非常广泛。

在地质勘探领域，面波勘探可以用于矿产勘探、油气勘探等，帮助矿产资源的勘查和开发。

在地下水资源调查中，面波勘探可以用于地下水勘察和水文地质研究，为地下水资源的合理开发提供技术支持。

在地震灾害预测方面，面波勘探可以用于地震活动区的地质构造和地下构造特征研究，为地震灾害的预测和防范提供科学依据。

总之，面波勘探原理是一种重要的地球物理勘探方法，通过对地震波面波信号的分析，可以获取地下介质的速度结构和界面信息，为地质勘探、地下水资源调查、地震灾害预测等领域提供重要的地质信息和技术支持。

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。

第4卷第1期2007年2月　工程地球物理学报CHIN ESE J OU RNAL OF EN GIN EERIN G GEOP H YSICSVol 14,No 11Feb 1,2007文章编号:1672—7940(2007)01—0058—04瑞雷波在探测地下防空洞的应用研究朱翔鹏,张学强,严　哲(中国地质大学地球物理与空间信息学院,武汉430074)作者简介:朱翔鹏(1979—),男,中国地质大学地球探测与信息技术硕士研究生。

E 2mail :zhuxiangpengzxp @ 张学强(1964-),男,副教授,中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院教师,主要从事地震数据处理及软件开发工作。

摘　要:瑞雷波作为一种新的地球物理勘探手段,已经在各个方面得到了广泛地应用。

瑞雷波勘探的方法主要有两种,即瞬态法和稳态法。

瞬态法因其施工方便、快捷得到了广泛应用。

本文介绍了瞬态瑞雷波法探测地下防空洞的基本原理,提出了一种改进的方法。

该方法利用相邻道的同一频率的瑞雷波的相位差,计算出该频率的瑞雷波在相应的勘探深度下的平均波速。

在探测防空洞时,该方法比其它的方法具有明显优点,即施工方便,并能在一条测线的范围内准确清楚地看到频散曲线的跳跃,从而判断出防空洞的位置。

通过一个具体勘探实例,验证这一方法的探测效果。

关键词:瑞雷波;瞬态法;防空洞;频散曲线中图分类号:P63115文献标识码:A 收稿日期:2006—12—01Application of R ayleigh W ave in I nspecting U ndergrou nd Air 2R aid ShelterZhu Xiangpeng ,Zhang Xueqiang ,Yan Zhe(I nstitute of Geophysics &Geomatics ,China Universit y of Geosciences ,W uhan 430074,China )Abstract :As a new met hod of geop hysics exploration ,rayleigh wave exploratio n has been widely used.There are two basic met hods of rayleigh wave exploration :t ransient rayleigh waves and standing rayleigh waves.Because of it s convenience ,t he met hod of t ransient ray 2leigh waves has been extensively used.This article p resented t he basic principle about in 2specting undergroud airraid shelter wit h t he met hod of transient rayleigh waves and offereda new met hod.In t he met hod ,t he mean velocity of certain exploration dept h can be calculat 2ed making use of t he difference of p hase from consecutive seismic channels.Campared wiht he old met hods ,it has two advantage :1)It can be applied expediently.2)In t his met hod ,where t he dispersive curve skip s can be seen distinctly in t he range of t he whole survey line and t he po sition of airraid shelter can be easily estimated.A new exploration example wasoffered by t his met hod.Finally ,a p roper evaluation about t he exploration result was made.K ey w ords :rayleigh wave ;method of transient rayleigh wave ;airraid shelter ;dispersive curve1　引　言瑞利面波勘探的物理基础是利用瑞利面波传播速度与岩土物理力学性质的密切相关性以及速度与频率的相关性即瑞利面波的频散性。

面波勘探原理及其应用面波是指在地下介质表面传播的地震波，其传播速度取决于介质的密度、刚度和黏滞阻尼等因素。

面波可分为两种类型：Rayleigh波和Love 波。

Rayleigh波是一种扰动同时沿着地表和地下逆时针运动的波，其路径通常是椭圆形的。

Love波则是一种只沿着地表传播的波，其路径通常是直线或弧线形状。

面波相对于体波（P波和S波）具有较长的传播路径，因此更适用于勘探浅层地下结构。

面波勘探主要依赖于面波的记录和分析。

勘探中常使用地震仪器将地表上的地震波记录下来，然后通过信号处理和数据分析来获取地下结构信息。

常用的面波分析方法有地震全波形反演、频散曲线分析和地震剖面成像等。

地震全波形反演是一种常用的面波分析方法，它通过反演观测到的地震波形来获取地下结构的速度信息。

具体过程是先根据震源和接收器之间的距离计算出观测到的地震波时间历程，然后使用反演算法将地震波形与实际速度模型进行匹配，最终得到地下结构的速度信息。

通过反复迭代，可以逐渐改进速度模型的准确性。

频散曲线分析是一种基于面波的传播速度和频率之间的关系来获取地下结构信息的方法。

面波的传播速度与频率呈正相关，因此可以通过观测到的面波频率分布和传播速度之间的关系来推断地下结构的速度分布。

频散曲线分析常用的方法有多次反射和多次折射等。

地震剖面成像是一种通过将多个地震记录进行叠加来获取地下结构信息的方法。

有限差分法和谱法是常用的地震剖面成像算法。

这些算法利用面波记录中的波形差异和信号强度来推断地下结构的速度、形态和粘弹性等信息。

面波勘探在地质勘探、地质灾害评估和地下水资源调查等领域有着广泛的应用。

地质勘探中，面波勘探可以帮助勘探人员了解地质体的速度分布、构造形态和地质构造等信息，从而指导矿产资源勘探。

地质灾害评估中，面波勘探可以帮助评估地震、滑坡和地面沉降等地质灾害风险，并提供预警和防灾措施。

地下水资源调查中，面波勘探可以帮助确定地下水的存在和分布，并提供地下水资源开发和管理的依据。