第1篇地震折射波法

1、返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院5 地震折射波法地震折射波法 在工程地震勘探中，地震折射波法是一種在工程地震勘探中，地震折射波法是一種簡便經濟的勘探方法，在精度要求不高的情況簡便經濟的勘探方法，在精度要求不高的情況下，它可下，它可為工程地質提供淺層地層起伏變化和為工程地質提供淺層地層起伏變化和速度橫向變化資料以及潛水面的變化資料速度橫向變化資料以及潛水面的變化資料等，等，還可還可為反射波法勘探提供用于靜校正的表層速為反射波法勘探提供用于靜校正的表層速度和低速帶起伏變化資料度和低速帶起伏變化資料。有關折射波的形成。有關折射波的形成及正演時距曲線的特征等問題已在本篇的第一及

2、正演時距曲線的特征等問題已在本篇的第一和第二章中討論過了，在此，僅就資料的采集和第二章中討論過了，在此，僅就資料的采集和處理解釋問題進行論述。和處理解釋問題進行論述。返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院 應特別指出的是，應特別指出的是，必須保證相遇時距曲線必須保證相遇時距曲線互換點及追逐時距曲線重迭部分在干涉區(qū)以外。互換點及追逐時距曲線重迭部分在干涉區(qū)以外。 道和道距：折射波法勘探中一般采用單個檢道和道距：折射波法勘探中一般采用單個檢波器作為一道接收，而不搞組合檢波，其主要原波器作為一道接收，而不搞組合檢波，其主要原因就是它不需要考慮壓制面波干擾問題，因為目因就是它不需要考

3、慮壓制面波干擾問題，因為目前所考慮的折射波僅僅只是首波，即是最先到達前所考慮的折射波僅僅只是首波，即是最先到達的波。首波中包含了直達波和折射波。在采集中，的波。首波中包含了直達波和折射波。在采集中，我們只要注意壓制隨機干擾并兼顧激發(fā)能量，就我們只要注意壓制隨機干擾并兼顧激發(fā)能量，就可獲得質量較高的首波記錄。此外，為了不漏掉可獲得質量較高的首波記錄。此外，為了不漏掉淺層薄層信息，道距的選擇是十分重要的。一般淺層薄層信息，道距的選擇是十分重要的。一般返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院有等間距和不等間距兩種方式。在不等間距有等間距和不等間距兩種方式。在不等間距接收中，一般可把接

4、收排列的道距設計成小接收中，一般可把接收排列的道距設計成小一大一小方式，也可把它設計成小一大方式。一大一小方式，也可把它設計成小一大方式。道距的選擇一般為道距的選擇一般為110m，可按勘探目的層深，可按勘探目的層深度、地層展布、儀器道數(shù)以及激發(fā)能量等情度、地層展布、儀器道數(shù)以及激發(fā)能量等情況而定。況而定。返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院5.2.2.2 單支時距曲線的解釋單支時距曲線的解釋 223211313312211211212211cos2cos2)/(12/cos2/VizVizVxTvVVzVxVizVxTVxT 22322123113)/(12)/(12/VV

5、VzVVVzVx （1.5.3） 上式中上式中1V、2V和和3V可由各自的時距曲線的斜率求出可由各自的時距曲線的斜率求出。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院故故有有 221111)/(12VVVZ 23221231122)/(1)/(1221VVVVVVZZ （1.5.5） 5.2.2.3 相相遇遇時時距距曲曲線線的的0t法法 該該方方法法又又稱稱0t差差數(shù)數(shù)時時距距曲曲線線法法 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院6 地震透射波法地震透射波法 在工程地震勘探中，在工程地震勘探中，透射波法透射波法主要用于主要用于地地震測井震測井（地面與井之間的透射）

6、、地面與地（地面與井之間的透射）、地面與地面之間面之間凸起介質體凸起介質體的勘查和的勘查和井與井之間地層井與井之間地層介質體介質體的的勘查勘查。地質目的不同，所采用的方。地質目的不同，所采用的方法手段也不同。但從原理上講，均是采用透法手段也不同。但從原理上講，均是采用透射波理論，利用波傳播的初至時間，反演表射波理論，利用波傳播的初至時間，反演表征巖土介質的巖性、物性等特性以及差異的征巖土介質的巖性、物性等特性以及差異的速度場，為工程地質以及地震工程等提供基速度場，為工程地質以及地震工程等提供基礎資料或直接解決其問題。礎資料或直接解決其問題。返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學

7、院6.1 地面與井的透射地面與井的透射 井口附近激發(fā)，井中不同深度上接收透井口附近激發(fā)，井中不同深度上接收透射波或反之的地震工作稱為射波或反之的地震工作稱為地震測井地震測井。6.1.1 透射波垂直時距曲線透射波垂直時距曲線 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院透射波時距曲線方程為透射波時距曲線方程為 2111VzzVzt 從兩層介質很容易推廣到從兩層介質很容易推廣到n層介質，對應的層介質，對應的透射波垂直時距曲線方程為為 nnVzzVzzVzzVzt132321211 nniiiniVzzVzzVz1121311 （1.6.1） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學

8、信息工程學院圖1.6.1 地震測井返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院圖圖 1.6.1 為多層介質的透射波垂直時距曲線圖。為多層介質的透射波垂直時距曲線圖。由由圖可知，圖可知，利用垂直時距曲線的折點，可以確定相應利用垂直時距曲線的折點，可以確定相應地層的厚度，地層的厚度，根據(jù)根據(jù)折線各段的斜率，能求出各層的折線各段的斜率，能求出各層的層速度層速度thVi， 進一步就得到地震波在， 進一步就得到地震波在不同深度不同深度 H以上的地層平均速度以上的地層平均速度mV。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院6.1.3 資料的處理解釋資料的處理解釋1初至拾取及井源

9、距校正初至拾取及井源距校正1）初至拾?。┏踔潦叭?）井源距校正）井源距校正 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院2速速度度計計算算及及成成圖圖 1）層層速速度度計計算算 先先根根據(jù)據(jù)垂垂直直時時距距曲曲線線上上， 觀觀測測點點的的分分布布規(guī)規(guī)律律按按折折線線段段分分層層，折折點點與與分分界界面面位位置置相相對對應應，各各段段直直線線的的斜斜率率倒倒數(shù)數(shù)就就是是對對應應層層的的層層速速度度iV，即即 11iiiiiiittHHtHV （1.6.4） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院2）平均速度計算平均速度計算 由垂直時距曲線上的由垂直時距曲線上的t和對

10、應的和對應的H，根據(jù)公式，根據(jù)公式 thHVcm （1.6.5） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院6.2.1 跨孔法跨孔法 跨孔法可以用來測量鉆孔之間巖體縱、橫跨孔法可以用來測量鉆孔之間巖體縱、橫波的傳播速度、彈性模量及衰減系數(shù)等，這些波的傳播速度、彈性模量及衰減系數(shù)等，這些參數(shù)可用于巖體質量的評價。參數(shù)可用于巖體質量的評價。2透射透射CT成像技術（專題）成像技術（專題） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院7 瑞雷波法瑞雷波法 瑞雷波法勘探實質上瑞雷波法勘探實質上是根據(jù)瑞雷面波傳播的是根據(jù)瑞雷面波傳播的頻散特性，利用人工震源激發(fā)產生多種頻率成分頻散

11、特性，利用人工震源激發(fā)產生多種頻率成分的瑞雷面波，尋找出波速隨頻率的變化關系，從的瑞雷面波，尋找出波速隨頻率的變化關系，從而最終確定出地表巖土的瑞雷波速度隨場點坐標而最終確定出地表巖土的瑞雷波速度隨場點坐標的變化關系，以解決淺層工程地質和地基巖土的的變化關系，以解決淺層工程地質和地基巖土的地震工程等問題。地震工程等問題。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院 和已有的淺層折射波法和反射波法相比，和已有的淺層折射波法和反射波法相比，瑞雷波的瑞雷波的獨特之處獨特之處是它是它不受地層速度差異的不受地層速度差異的影響影響，折射波法和反射波法對于波阻抗差異，折射波法和反射波法對于波阻

12、抗差異較小的地質體界面反映較弱，不易分辨，尤較小的地質體界面反映較弱，不易分辨，尤其是折射波法要求下覆層速度大于上覆層速其是折射波法要求下覆層速度大于上覆層速度，否則為其勘探中的盲層，瑞雷波法則不度，否則為其勘探中的盲層，瑞雷波法則不存在這類問題。但存在這類問題。但瑞雷波法的勘探深度受方瑞雷波法的勘探深度受方法本身的限制法本身的限制，明顯不如前兩者，明顯不如前兩者，而縱橫向而縱橫向分辨率又高于前兩者。分辨率又高于前兩者。返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院7.1 勘勘探探原原理理 瑞瑞雷雷波波沿沿地地面面表表層層傳傳播播，表表層層的的厚厚度度約約為為一一個個波波長長，因因此

13、此，同同一一波波長長的的瑞瑞雷雷波波的的傳傳播播特特性性反反映映了了地地質質條條件件在在水水平平方方向向的的變變化化情情況況，不不同同波波長長的的瑞瑞雷雷波波的的傳傳播播特特性性反反映映著著不不同同深深度度的的地地質質情情況況。 iiRiiRixfVtxV/2/ （1.7.1） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院（fVR曲線（曲線（=VR/f）RRV曲線曲線(H=R)VRH 曲線）曲線） 7.2.2 瞬態(tài)法瞬態(tài)法 瑞雷波的傳播速度為：瑞雷波的傳播速度為： txVR/ （1.7.7） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院)(cos)(111RVxtAtu

14、 （1.7.8） )(cos)(222RVxtAtu （1.7.9） 兩個記錄在何時最相似兩個記錄在何時最相似 )()(1)(211nunuNRNn （1.7.11） 此時速度計算公式為：此時速度計算公式為： 012/ )(xxVR （1.7.12） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院dttutur)()()(1221 （1.7.16） 對求出的互相關函數(shù)做對求出的互相關函數(shù)做 Fourier 變換：變換： )(21)(12*1222121| )(| )(|)(|)()()(12fiifiefRefufufufuderfR （1.7.17） 返回返回成都理工大學信息工程學

15、院成都理工大學信息工程學院對于對于一般巖一般巖石石泊松比泊松比25. 0左右，穿透深度約為左右，穿透深度約為0.65R。對于對于土體土體而言，泊松比而言，泊松比45. 04 . 0，則穿，則穿透深度透深度RH)84. 079. 0(。實際應用中，對于實際應用中，對于淤泥質淤泥質軟塑土層，穿透深度可取軟塑土層，穿透深度可取R85. 0。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院8 樁基無損檢測樁基無損檢測（不涉及以動力機器設計為目的的樁基動力試（不涉及以動力機器設計為目的的樁基動力試驗）驗）8.1 樁基的類型和質量問題樁基的類型和質量問題 目前采用的樁基主要有目前采用的樁基主要有

16、鉆孔灌注樁、成管鉆孔灌注樁、成管灌注樁、挖孔樁、打入預制樁、旋噴樁灌注樁、挖孔樁、打入預制樁、旋噴樁 樁基質量檢測樁基質量檢測包括兩方面的內容：樁基質量包括兩方面的內容：樁基質量評價和樁基的承載力確定。評價和樁基的承載力確定。返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院8.2 錘擊法錘擊法 錘擊法是一種錘擊法是一種瞬態(tài)動測法。瞬態(tài)動測法。嵌入土中的樁嵌入土中的樁基相當于一根在阻尼介質中上端自由而下端彈基相當于一根在阻尼介質中上端自由而下端彈性連結的彈性桿。當在樁頂或樁側施加瞬間外性連結的彈性桿。當在樁頂或樁側施加瞬間外力力F時，樁體內相鄰質點間的應力發(fā)生變化，時，樁體內相鄰質點間的

17、應力發(fā)生變化，引起應變的傳遞，產生彈性波。引起應變的傳遞，產生彈性波。 可可定量確定出樁體的質量以及估算出承載力定量確定出樁體的質量以及估算出承載力的大小。的大小。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院8.2.1 方法原理方法原理1樁體缺陷檢測樁體缺陷檢測 在樁頂部豎直向下施加一瞬間力在樁頂部豎直向下施加一瞬間力F，并在震，并在震源點附近接收時，其斷裂面和樁底面上將產生源點附近接收時，其斷裂面和樁底面上將產生反射和透射的反射和透射的P波。由于為近法線入射，轉換波。由于為近法線入射，轉換橫波可不考慮。橫波可不考慮。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院tL

18、VP/2 （1.8.2） tVLP21 （1.8.5） 對于一完整摩擦樁，其樁底反射的相位與入射對于一完整摩擦樁，其樁底反射的相位與入射波或激振信號的相位是相反的。波或激振信號的相位是相反的。 1）摩擦樁）摩擦樁 在計算承載力時， 采用較大的力錘擊樁邊土 （自在計算承載力時， 采用較大的力錘擊樁邊土 （自由落錘） ，迫使樁土體系共同振動由落錘） ，迫使樁土體系共同振動 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院gwmgwfn因2)2( (1.8.8) gwfPnK2)2( （1.8.9） 22210131)16(93131rLArLrWrALWzz （1.8.10） 返回返回成都

19、理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院其其 中中 ，zr為為 樁樁 周周 土土 擴擴 散散 半半 徑徑 ， 計計 算算 公公 式式 為為 ：0;23221LdtgLrz為為樁樁全全長長；L 為為樁樁實實際際入入土土長長度度；A為為樁樁身身截截面面面面積積；1r為為混混凝凝土土容容重重，一一般般取取 2.4t/m3；2r為為樁樁周周土土容容重重加加權權平平均均值值；為為內內摩摩擦擦角角加加權權平平均均值值；d為為樁樁身身直直徑徑。此此外外，W2還還可可采采用用下下式式計計算算，22rALWt，其其中中tL為為樁樁折折算算長長度度（m） ，當當m10L時時，m8 .1tL；當當 10mL41

20、20 250 良 好 3300-4120 200-250 一 般 2750-3300 100-150 較 差 1920-2750 100 劣 質 1920 100 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院有關有關樁體質量的綜合評價分類標準樁體質量的綜合評價分類標準如下：如下：A類：結構完整，混凝土質量優(yōu)良。類：結構完整，混凝土質量優(yōu)良。B類：結構完整，樁徑有變化或混凝土質量類：結構完整，樁徑有變化或混凝土質量基本正常?；菊！類：局部斷裂或混凝土有嚴重離析層或混類：局部斷裂或混凝土有嚴重離析層或混凝土質量較差。凝土質量較差。D類：結構破壞，混凝土質量極差。類：結構破壞，混凝

21、土質量極差。返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院8.3 機機械械阻阻抗抗法法 8.3.1 方方法法原原理理 該該方方法法又又稱稱為為穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)正正弦弦掃掃頻頻激激振振法法。即即對對樁樁頂頂施施加加幅幅值值不不變變的的變變頻頻激激振振力力，利利用用速速度度導導納納隨隨激激振振頻頻率率變變化化的的特特征征來來檢檢測測樁樁基基質質量量并并計計算算承承載載力力。 當當在在樁樁頂頂施施加加一一激激振振力力)(tf，其其頻頻譜譜為為)( fF，則則樁樁體體內內產產生生應應力力波波并并向向下下傳傳播播，遇遇不不均均勻勻界界面面形形成成反反射射回回到到樁樁頂頂，此此時時，利利用用檢檢波波器器

22、在在樁樁頂頂上上可可接接收收到到其其振振動動信信號號)(tV，其其頻頻譜譜)( fV，則則速度導納定義為為： )()()(fFfVfZ （1.8.12） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院應應用用時時，可可根根據(jù)據(jù)已已知知樁樁長長和和測測得得的的f計計算算CV。正正常常情情況況下下，砼砼的的波波速速3600CV 4500m/s，若若CV小小于于此此范范圍圍，說說明明砼砼的的質質量量較較差差。另另外外，也也可可利利用用f和和正正常常砼砼波波速速 VC值值反反算算樁樁長長 Lm，質質量量好好的的樁樁 L=Lm；若若 LmL，則則反反映映了了在在深深度度 Lm處處有有質質量量問

23、問題題。 2特特征征導導納納 所所謂謂特特征征導導納納是是指指導導納納頻頻譜譜曲曲線線上上振振幅幅的的幾幾何何平平均均值值，實測特征導納 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院理論上的特征導納理論上的特征導納有有 cccAVN1 （1.8.15） 若若NNm，為正常樁；，為正常樁；NNm，說明，說明c、cV或或 AC變變小。小。c、cV變小反映砼質量差，變小反映砼質量差，AC變小反映有縮徑；變小反映有縮徑；若若 Nm隨頻率增高而變小，表示樁徑上大下小，一般隨頻率增高而變小，表示樁徑上大下小，一般為縮頸樁。為縮頸樁。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院MM

24、DFVfK2 （1.8.16） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院9 、 地震小區(qū)劃中的物探方法地震小區(qū)劃中的物探方法 在區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價的基礎上，按天然在區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價的基礎上，按天然地震作用強度和特征對居民區(qū)、工業(yè)區(qū)、單獨地震作用強度和特征對居民區(qū)、工業(yè)區(qū)、單獨大型建筑場地進行（預測天然地震對于結構物大型建筑場地進行（預測天然地震對于結構物的影響程度）的分區(qū)，的影響程度）的分區(qū)，這種分區(qū)稱為地震小區(qū)這種分區(qū)稱為地震小區(qū)劃分，簡稱地震小區(qū)劃。劃分，簡稱地震小區(qū)劃。 地震效應的詳細分區(qū)，即依據(jù)強震時的破地震效應的詳細分區(qū)，即依據(jù)強震時的破壞效應與土層條件、地下水位、

25、彈性波傳播速壞效應與土層條件、地下水位、彈性波傳播速度的關系以及與層狀結構有關的地面波譜特征度的關系以及與層狀結構有關的地面波譜特征的關系進行分區(qū)。的關系進行分區(qū)。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院 地震小區(qū)劃工作的定量方法有多種，與應地震小區(qū)劃工作的定量方法有多種，與應用地球物理有關的方法主要有綜合物探法，平用地球物理有關的方法主要有綜合物探法，平均剪切模量法、地震剛度法、常時微動法和一均剪切模量法、地震剛度法、常時微動法和一維反應分析法。維反應分析法。9.1 地震剛度法地震剛度法 “地震剛度地震剛度”是地震時抵抗巖石內形變傳是地震時抵抗巖石內形變傳播的特征指標。在某

26、種意義上，播的特征指標。在某種意義上，“剛度剛度”可解可解釋為抵抗釋為抵抗“松散松散”。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院 地震剛度愈大的巖石，則地震震級增量較?。坏卣饎偠扔蟮膸r石，則地震震級增量較??；地震剛度愈小的松散、飽和水堆積土，則地震地震剛度愈小的松散、飽和水堆積土，則地震剛度增量較大。剛度增量較大。如果地震震級增量用花崗巖作如果地震震級增量用花崗巖作為標準，地震剛度不同的巖土，其震級增量差為標準，地震剛度不同的巖土，其震級增量差可達可達13級（表級（表1.9.1）。）。 地震剛度地震剛度r用彈性波傳播速度用彈性波傳播速度V與巖土密度與巖土密度 的乘積表示，即

27、。的乘積表示，即。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院巖 土 名 稱 地震震級增量 巖 土 名 稱 地震震級增量 1、堅硬巖石 花崗巖 0 石灰?guī)r、頁巖、片麻巖(密實的) 0.2-0.4 密實的砂巖 0.5-0.3 、泥灰?guī)r、泥板巖 0.7-1.0 、大塊碎石類 碎石及礫石 0.9-1.3 礫石 1.0-1.5 、砂類 礫砂和粗粒砂 1.2-1.4 中粒砂 1.3-1.6 細砂和粉砂 1.4-1.8 、粘土類 粘土 亞粘土 亞砂土 亞粘土和砂土 、含水巖層 礫石和卵石 砂類土 粘性土(亞砂土、亞粘土) 、填土和土壤 填土 土壤 1.2-1.6 1.3-1.7 1.4-1.

28、8 1.7-2.1 1.6-2.0 2.0-2.4 2.4-2.8 2.3-2.6 2.6-3.0 表1.9.1 不同類型巖土的地震震級增量返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院計算相對于標準土層的計算相對于標準土層的烈度增量烈度增量CI 設研究區(qū)的土層平均設研究區(qū)的土層平均地震剛度值地震剛度值為為nnV，標準地段的，標準地段的平均地震剛度值平均地震剛度值為為00V， 則則 00lg67. 1VVInnC （1.9.1） 最好使用橫波速度。在潛水位不深的地段測得的最好使用橫波速度。在潛水位不深的地段測得的縱波值應換算成不含水的地層所具有的數(shù)值縱波值應換算成不含水的地層所具有的

29、數(shù)值。 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院 2計算計算潛水水位引起的潛水水位引起的烈度增量烈度增量BI BI由潛水水位深度由潛水水位深度 h 來確定，即來確定，即 204. 0mBheI （1.9.2） 如果地下含水層在細礫層中，系數(shù)可采用如果地下含水層在細礫層中，系數(shù)可采用 0.50.9。 3地震烈度全增量地震烈度全增量I BCIII （1.9.3） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院與此同時，它還可用下式計算與此同時，它還可用下式計算 20002lg8 . 0fVfVInnn （1.9.4） 返回返回成都理工大學信息工程學院成都理工大學信息工程學院9.2 常時微動法常時微動法 地球表層任何地點、任何建筑物的地基，地球表層任何地點、任何建筑物的地基，都在以都在以微小的振幅不停地振動著微小的振幅不停地振動著，其振幅通常，其振幅通常不超過數(shù)微米，振動周期一般為不超過數(shù)微米，振動周期一般為0.5秒至數(shù)秒，秒至數(shù)秒，這種不停的微小