物探方法瞬態(tài)瑞雷波法

瑞雷波勘探方法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的淺層地震勘探新方法。由于瑞雷波速度同剪切波速度及巖、土力學(xué)參數(shù)有著密切的關(guān)系，第三節(jié)瞬態(tài)瑞雷波勘探技術(shù)

因此在巖、土工程和地基處理方面得到廣泛的應(yīng)用。從方法上講，瑞雷波勘探有頻率域觀測(cè)的穩(wěn)態(tài)法和時(shí)間域觀測(cè)的瞬態(tài)法兩種

穩(wěn)態(tài)法應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，方法技術(shù)也較為成熟，但缺點(diǎn)是設(shè)備笨重，不利于提高效率。瞬態(tài)法則具有輕便、快捷效率高的特點(diǎn)。所用的采集系統(tǒng)就是地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。因此很快受到人們的普遍重視。一、瞬態(tài)瑞雷波勘探原理瞬態(tài)瑞雷波法是用錘擊使地面產(chǎn)生一個(gè)包含所需頻率范圍的假設(shè)離震源一定距離處有一觀測(cè)點(diǎn)A，記錄到的瑞雷波是f1(t)，根據(jù)傅里葉變換，其頻譜為在波的前進(jìn)方向上與A點(diǎn)相距為x的觀測(cè)點(diǎn)B同樣也記錄到時(shí)間信號(hào)f2(t)，其頻譜是若波從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)，它們之間的變化完全是頻散引起的，則應(yīng)有下列的關(guān)系式vR()是圓頻率為ω的瑞雷波的相速度。

上式也可寫成式中是F1()和F2()之間的相位差,比較式(6.3.3)和(6.4.4)可知

根據(jù)上式，只要知道A、B兩點(diǎn)間的距離x和每一頻率的相位差，就可以求出每一頻率的相速度vR().為得到勘探點(diǎn)的頻散曲線，需要對(duì)兩觀測(cè)點(diǎn)的記錄作相干函數(shù)和互功率譜的分析。作相干函數(shù)的目的是對(duì)記錄信號(hào)的各個(gè)頻率成分的質(zhì)量作出估計(jì)，并判斷噪聲干擾對(duì)有效信號(hào)的影響程度。

作互功率譜的目的是利用互功率譜的相位特性求出這兩個(gè)觀察點(diǎn)在各個(gè)不同頻率時(shí)的相位差，再利用(6.3.5)式求出相速度，當(dāng)我們已知頻率為f的瑞雷波速度vR后，其相應(yīng)的波長(zhǎng)為R

R=vR/f(6.3.6)

瑞雷波的能量主要集中在介質(zhì)的自由表面附近，其深度大體在一個(gè)波長(zhǎng)深度范圍內(nèi)，由半波長(zhǎng)理論，所測(cè)量的瑞雷波的平均波速vR可以認(rèn)為是半波長(zhǎng)深度處介質(zhì)的平均彈性性質(zhì)，即勘探深度是H=R/2=vR/2f(6.3.7)由(6.3.7)可知，頻率越高，波長(zhǎng)R越短，勘探深度越小;反之，頻率越低，波長(zhǎng)R越長(zhǎng)，勘探深度越大。因此兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的距離也要隨著波長(zhǎng)的改變而改變。對(duì)于勘探較深的低頻而言，x要大，才能測(cè)到較為正確的相位。對(duì)于勘探較淺的高頻來(lái)說(shuō)，x要小。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，x取1/3R-2R間較為合適，即在一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，要小于在間距x內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)的三倍，大于在x內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)的0.5倍。這個(gè)濾波準(zhǔn)則要針對(duì)不同的儀器分辨率和場(chǎng)地的實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整根據(jù)以上討論，同一波長(zhǎng)的瑞雷波傳播特征反映了地質(zhì)體水平方向的變化情況，不同波長(zhǎng)的瑞雷波傳播特性反映了不同深度地質(zhì)體的變化情況實(shí)際工作中，為了提高效率。瑞雷波勘探時(shí)，在地面上沿波的傳播方向，以一定的道間距x設(shè)置N+l個(gè)檢波器,

我們就可以檢測(cè)到Nx長(zhǎng)度范圍內(nèi)瑞雷波的傳播特征。對(duì)于頻率為fi的頻率分量，進(jìn)行互譜分析時(shí)，計(jì)算相鄰檢波器記錄的相移i，則相鄰道x長(zhǎng)度內(nèi)瑞雷波的傳播速度，在滿足空間采樣定理的條件下，測(cè)量范圍Nx內(nèi)的在同一測(cè)點(diǎn)對(duì)一系列頻率fi求取相應(yīng)的vRi值，就可以得到一條vR-f典線，即頻散曲線。平均波速為根據(jù)(6之.3定.6澇)式，仙可將vR-f曲線貧轉(zhuǎn)換獄為vR-R曲線攝，vR-R曲線朵反映同出該耗測(cè)點(diǎn)渣介質(zhì)雷深上謠的變訓(xùn)化規(guī)辜律。呢沿測(cè)纏線不鵲同點(diǎn)杜的vR-R曲線混則反潑映了合介質(zhì)童沿剖歇面方傾向上蚊的變?cè)峄卣拐魉矐B(tài)芒面波俊法的親震源蠅可以廢采用閱錘擊傳、落尚重、選爆炸料等方哈式。良激振喜力較敬小時(shí)黨脈沖踏面波欣的主濁頻率杠較高蓋。檢波閣器安鳥置在煮地面角作為恩拾取館介質(zhì)瞎振動(dòng)炊的傳逃感器記。面督波勘虜探所乘用檢昂波器桂頻率辨范圍概很寬則，可畫以從殺數(shù)赫媽茲到燙數(shù)千莫赫茲鈔。。二、劑瞬態(tài)寄瑞雷竭波法辭資料援采集叨系統(tǒng)目前寺國(guó)內(nèi)繪外生享產(chǎn)的批檢波綿器類厲型較千多，賄面波牢測(cè)試鐵時(shí)，勇可從石固有心頻率娃為4.謝5、8、10、15、28等檢鑰波器隊(duì)中選蘿擇使她用，禍瞬態(tài)城面波吩一般辰使用胡固有猾頻率槳較低幅的檢墓波器檢波壤器接填收到炎的基嫌本是迅瑞雷氧波的急垂直隨分量添。瞬喇態(tài)沖暮擊激雪發(fā)的約面波茅可以漁看作故許多賓單頻睡諧振硬的疊汽加，臺(tái)因而剝記錄虎到的母波形墊也是勻諧波嬸疊加應(yīng)的結(jié)軍果，嗎呈脈戴沖型傷的面述波。為了侵獲得廳對(duì)應(yīng)銳于不蕉同深溫度的賴波速罷，要甘求震命源產(chǎn)在生的形頻率忍范圍閃要寬益，測(cè)試板淺層翁時(shí)用療小錘圍或較舟輕的湯鐵塊面錘擊賄地面帶獲得位高頻懲信號(hào)盲，并字采用陽(yáng)小的妨道間第距接烘收。膝測(cè)試柄深度贊大時(shí)甲則相舉反。地震抱波主秧頻f0與落付重法致的重忽塊質(zhì)影量M和重葛塊底外面積純的半椒徑r0的關(guān)壤系為:其中為切創(chuàng)變模封量，為泊堡松比陳。瞬態(tài)降面波嬸法也繪可以狹利用陵儀器員的信屑號(hào)增爽強(qiáng)功畫能，持進(jìn)行箭垂直本疊加引，以圖達(dá)到旨增強(qiáng)頌有效壟信號(hào)塌壓制包干擾隨的目腐的。瞬態(tài)抹法由揮于采銅用一跨次激糧發(fā)多批道接從收，券可將男不同圈間距撤的相儉速度驚波長(zhǎng)發(fā)數(shù)據(jù)這組合脫，得非到波爪速與亮波長(zhǎng)惠關(guān)系叫的瑞落雷波推頻散急曲線預(yù)。與項(xiàng)穩(wěn)態(tài)抓法相哈比可陽(yáng)大大經(jīng)提高晚工作標(biāo)效率。資料講處理綢工作炸主要凝包括:對(duì)原抽始記舍錄的尸整理箱和評(píng)握價(jià)，揉提高紐奉信號(hào)娘質(zhì)量勇的處憐理，臨面波暈速度授的計(jì)冬算和療結(jié)果儀的輸偵出。頻率談濾波筐是數(shù)格據(jù)處池理中弊最常腰見的批處理帶手段末，它借可以選消除捉各種斬干擾校。三、晃瞬態(tài)興瑞雷昆波法虛資料朽處理對(duì)于鴨淺層芒勘探婆，保朽留高獅頻成翁分，貿(mào)對(duì)于賄較深治目的門層保附留低乘頻成四分。百對(duì)于前中等寧深度威勘探遇，要低合理肥選擇思通頻嶄帶，丑以降攝低干康擾，密使資幅料質(zhì)麗量得罪到改役善，驅(qū)并最竟終減荒小對(duì)拴頻散隆曲線酷的影段響。切除屋處理狠可以走把直翅達(dá)波慌和折渣射波輸?shù)炔框_分地鴨消除賊，從端而保穴留下程來(lái)較攜純的量面波避，切秀除以牛后可焦以大兼大改附善頻假散曲宏線的穗計(jì)算箏結(jié)果青。能量勺衰減嚇也是誦一種銀數(shù)據(jù)經(jīng)處理集手段唇，它然可以誼對(duì)一吃定時(shí)青窗內(nèi)仔的地虜震波燥進(jìn)行辟能量饅衰減非控制學(xué)。由坐于地紀(jì)震記量錄中控面波驚能量唉最強(qiáng)迎，因?qū)幋嗽鎏菀嫣幯硪詯酆?，羅可以程使相醬對(duì)較倆弱的棉反射砍波、臂直達(dá)眨波等邊幅值惑減小油，使羊其在副計(jì)算荒頻散罷曲線溉時(shí)相旁關(guān)系券數(shù)變咬小，偉從而籮達(dá)到蘋減少淘干擾卻的目平的。一般儉而言畝，增肝益處惕理后旨計(jì)算襲的頻肢散曲押線更疑加平駱滑，爺且對(duì)都深層返目標(biāo)曬反映乎的更跪清楚非，不桂利之碰處是伸這種提平滑極可能精會(huì)便撕面波阻勘探侍的分爪辨率訂降低賢，并虎產(chǎn)生概低頻道段的彼低速枕假象于。經(jīng)以急上對(duì)桃原始街記錄雙的整繳理和閣處理疾后，軋需要猛確定基面波麻速度vR。由肝式(6賴.3襲.5婦)，首模先確悉定兩陽(yáng)接收初點(diǎn)間適的相爬位差.因此簽就要揭對(duì)兩獄觀測(cè)福點(diǎn)的裝記錄物作互熊功率女譜的適分析疲。如果副兩觀極測(cè)點(diǎn)冷的時(shí)伶域記壁錄為f1(t繳)和f2(t途)，其禍頻譜收分別鞏為F1()和F2()的自辯功率聯(lián)譜可涂分別胡表示說(shuō)為：其中敬的F1*(洲f)和F2*(胳f)為F1(f霞)和F2(f通)的復(fù)瓣共扼念譜。f1(t師)和f2(t雹)的互藝功率男譜為可見理互功都率譜鳳中的銀相位則譜反牽映了結(jié)包含徒在面鞏波中雕的相占應(yīng)單際頻波抖的相煉位差.在互撲功率眼譜函塊數(shù)中篩，并現(xiàn)非對(duì)題所有民頻率撈成分圈都有詠效，接衡量澡某頻繡率成旗分是汽否有淡效的昆方法嶼是用號(hào)相干余函數(shù)類，即檢被測(cè)面鬧波由狡測(cè)點(diǎn)A向測(cè)摩點(diǎn)B傳播稠時(shí)，時(shí)是否俗有良弱好的弊相干蟲性。滋定義上相干辜函數(shù)上式齊中G(橋f)的模倍應(yīng)恒模為1，可膨通過(guò)G(易f)的實(shí)鄙部進(jìn)梁行相吹干性鬼評(píng)價(jià)冠。如夾果在釘傳播漂過(guò)程聰中系拐統(tǒng)是豎理想徒的，課則該序頻段閱內(nèi)G(賭f)的實(shí)扶部絕吵對(duì)值桃應(yīng)接聾近1，若扮由于隔干擾草和系向統(tǒng)的慨非線烘性使觀信號(hào)其的質(zhì)例量下指降，G(拖f)實(shí)部父的絕泊對(duì)值旗將下促降。一般沉選擇謀其值潤(rùn)大于0.沾8的頻描段計(jì)占算互德功率車譜。求取囑面波申在二悟接收蘭點(diǎn)間毀傳播灶的相居位差閣，并算利用影公式哥計(jì)算殖波速霧。選島擇新耀的頻釣率值畜并重吸復(fù)上財(cái)述步呼驟計(jì)但算，崖得VR-f或vR-曲線購(gòu)，即紡頻散孝曲線區(qū)。圖6.膀3-震1是瑞針雷波擾速度vR-和vR-H分布答曲線素。圖明中vR曲線由是應(yīng)享用半殃波長(zhǎng)訴轉(zhuǎn)換擠法繪駝出的看，即柜波長(zhǎng)倍為的面?zhèn)€波速插度代摔表半遷個(gè)波籠長(zhǎng)深炊度以毫上的旬介質(zhì)愈中的滋平均咸值。四、逗瞬態(tài)殲瑞雷益波資招料的登解釋鐘與應(yīng)項(xiàng)用瑞雷造波速驕度資拿料包為含著饒地下挑介質(zhì)請(qǐng)的結(jié)棚構(gòu)與眠特性物信息伯，在鑒對(duì)巖肺、土寧體地種質(zhì)特午性的壁研究色和工章程與刷環(huán)境糞的檢暴測(cè)與東監(jiān)測(cè)涼中得娃到廣動(dòng)泛應(yīng)麥用。頻點(diǎn)卸很密(頻率拒值的校變化詞步長(zhǎng)曾很小)的速貪度曲怕線，蹦其含晶義雖監(jiān)然與炸層速達(dá)度不綢同，左但比最較各接頻點(diǎn)按速度換值的值展布袋規(guī)律偽，可什以看損到速激度曲醫(yī)線突潛變處耗的深煎度往虎往對(duì)輪應(yīng)于白介質(zhì)互的界頁(yè)面深瞧度。毀理論賣和實(shí)上踐都想表明遞，曲既線上"之"字型(鋸齒椒狀)異常順反映點(diǎn)地下殲介質(zhì)被的分訂界面蘿，如闖圖6.椒3-握1所示曠。(一要)頻哨散曲浙線的還解釋噴及層滿速度飄的計(jì)有算圖6定.3傷-1獻(xiàn)瑞雷述波法馳的速均度曲調(diào)線如果的把面留波的趣平均繼速度陷曲線雜轉(zhuǎn)換焦成層云速度就與深帶度H的關(guān)努系，斷解釋兵結(jié)果腐將更骨為直睜觀。如果禍速度腔曲線挺上讀坐取的n-吐1層面光波平憂均速?gòu)澏燃皞?cè)相應(yīng)諒的界蝴面深候度分居別為vR,n古-1和Hn桌-1釀,n層的蒼平均兄速度賄及相混應(yīng)的丙界面據(jù)深度戲?yàn)関R,宰n和Hn,并且崖平均悶速度當(dāng)是隨史深度位遞增涌的，捉則n-盡1層至n層之睬間的曲面波盆層速叔度vRi,n的計(jì)甚算公蔽式為如果扭平均昌速度展隨深頑度增熄加而龜降低幻玉時(shí)，盛則用浙公式而橫壯波速古度的門測(cè)定撇較為悶復(fù)雜裙，鑒持于面喪波與乏橫波翅速度榨近似什相等負(fù)，因啞此，版各巖喇、土決層的守面波可速度臟換算兩為橫折波速序度韻，即走可獲等得地松層的欣各種德動(dòng)力樹參數(shù)同理怖，利藝用面渴波與敵橫波繡速度析近似律相等添，還濱可將鑒面波貧速度餅代入(5肆.2基.6鎮(zhèn))式計(jì)雹算出褲地基警的固帖有周駁期以鍵評(píng)價(jià)悄地基煎的振疾動(dòng)特杏性。圖6.懷3-批2是在芝山西梳安太小堡露迷天煤之礦的輸開挖瘦平臺(tái)啦上，瞬態(tài)利面波陳法取面得的出工作握成果簡(jiǎn)。左訪圖為胸隨深舉度變何化的具面波莊速度煤曲線蜜，右誼圖6.盞3-嘗2為面辱波頻才散曲霞線與擦地層按對(duì)比塑圖。由于數(shù)界面浮兩側(cè)付介質(zhì)閃的速傻度參圍數(shù)差篇異較并大，匯與速雙度變揚(yáng)化曲租線的蛇對(duì)應(yīng)昆情況仗很好圖6.酸3-蔥3是用SW鎮(zhèn)S多功松能面咱波儀戒，采逃用落盯重震轎源探膊查露棟天煤纏礦開嚇挖平擦臺(tái)地井下老斗窖的賓工作睡成果股。圖四中(a勢(shì))為測(cè)夸點(diǎn)下肆平均突視速袋度曲腔線;(b張)為測(cè)譜量排頸列中任第一雕道檢傲波點(diǎn)蟲與第脾二道誕檢波大點(diǎn)之偵間地找層的評(píng)相速截度曲繩線;圖6滅.3她-2侮面波吼頻散恥曲線筍與地蕉層對(duì)勉比圖圖6丘.3捧-3視地下連老窯槍面波瘦頻散友曲線(c鴉)圖為控測(cè)量東排列坐中第線二道歡檢波危點(diǎn)與圍第三戒道檢霞波點(diǎn)姿之間電的相丸速度時(shí)曲線;(d勒)圖是感測(cè)量襖排列擾中第浮三道對(duì)與第脂四道董檢波瞞點(diǎn)之言間的貞相速完度曲所線;(e秀)圖為祥測(cè)量柱排列銀中第脹四道銳與第譯五道部檢波階點(diǎn)之討間的宿相速紹度曲挨線。由以絞上速使度曲侮線特習(xí)征可借以確的定，頁(yè)老窖堡位于懲排列占中第妻二道旦與第批三道蔽檢波制點(diǎn)之篩間的購(gòu)下方久。礦巴方據(jù)竊此布思置鉆縱孔驗(yàn)族證，惜在鉆施孔的27財(cái)-2皺9m深度拴處探并到老憑窖，千與第痰三條壓速度現(xiàn)曲線綱的A點(diǎn)和B點(diǎn)反扭映的翼頂?shù)籽拾迳钇Ф认嗄窘?三)在工以程、駛環(huán)境谷檢測(cè)與監(jiān)幻玉測(cè)中潤(rùn)的應(yīng)糠用深圳吧市中馳興花唯園的愈場(chǎng)地吸為山怒溝填凝土整妨平形詠成，續(xù)測(cè)試價(jià)區(qū)填槳埋土什深大紗約15坑m。為憑檢測(cè)再夯實(shí)主效果件，深腫圳市處地質(zhì)肢局先斜后做覺了瑞久雷波炸法、伍鉆探仔標(biāo)貫囑試驗(yàn)觸和33m2大壓輝板靜津載試素驗(yàn)。瑞雷走波測(cè)俱試采只用道迅間距2m，偏濕移距4m魂,3陵2k聾g重錘爛，1.墓5m高自號(hào)由下簽落激獨(dú)發(fā)，邊記錄幟波形逃經(jīng)計(jì)耗算機(jī)浮處理虎后獲勻得如個(gè)圖6.孫3-正4所示墾頻散套曲線棍。該曲些線拐廢點(diǎn)清注晰，02m深度遍范圍待波速洽為26汽0m示/s弦,36m波速跌為22歪0m稍/s，69m波速難為22申0m漢/s，916腎m波速蛛為19跪020盛5m嗚/s，解釋止加固月深度9m，影活響深嫂度16痛m。該瞎場(chǎng)地撞也進(jìn)忌行了型鉆探減標(biāo)貫今試驗(yàn)陣，013椒m范圍枯內(nèi)修踢正后煤的標(biāo)鉤貫擊浩數(shù)為14保.826鐘.8鑰m，室趁內(nèi)土室工試膽驗(yàn)壓候縮模霧量58M膨Pa，內(nèi)修摩擦捐角15炭0左右計(jì)，凝簡(jiǎn)聚力36擦kP猾a左右夕。靜載醒試驗(yàn)堂按設(shè)野計(jì)承委載力1.至5倍加蘇荷，遲實(shí)測(cè)捆承載舊力fK=2邊50kP炮a，變脂形模扔量34固.0策2M煌Pa，換樹算壓陶縮模鍵量8.拒5M匪Pa。三種綠試驗(yàn)決結(jié)果著對(duì)比家，發(fā)貸現(xiàn)頻因散曲強(qiáng)線反斯映強(qiáng)哭夯復(fù)英合地亮基的賓加固鑼深度丟、影龍響深得度與色鉆探白標(biāo)貫茂和靜溉載荷循試驗(yàn)販結(jié)果著一致笛。統(tǒng)糞計(jì)表且明，虎瑞雷態(tài)波速禿與標(biāo)春貫試晚驗(yàn)有咱較好染的相狂關(guān)性障，圖6.洲3.扣5是對(duì)86個(gè)試池件的鋼統(tǒng)計(jì)替結(jié)果占，圖渡中N6猾3.這5為標(biāo)柜貫擊控?cái)?shù)，痰該相累干曲輛線的旋相關(guān)在系數(shù)悶為r=徹0.中9圖6粗.3回-4粥瑞雷威波頻耀散曲軟線圖6.消3-漁5N63些.5-vr相關(guān)立曲線圖6.厘3-艱6fk-vR相關(guān)習(xí)曲線圖6.專3-剩7獎(jiǎng)E0-vR相關(guān)寇曲線圖6.賺3-今8軟土宰地基掘加固霧的檢漲測(cè)理論送和實(shí)虧踐都務(wù)說(shuō)明瞇，地夢(mèng)基土劈燕密實(shí)熔較硬冬時(shí)，泉標(biāo)貫蒙擊數(shù)N值較帳高，舌波速舞也較踩高;反之N值較尚低，vR也較敵低。怎當(dāng)?shù)販烈愫粰C(jī)定量鍵的填漸石時(shí)跡，N值離啊散性字較大沙，vR代表徒一種薯整體株平均皂效應(yīng)直。，顯然乖當(dāng)填溝石太份多時(shí)抓，面工波法首比標(biāo)隆貫試上驗(yàn)有捕更大紅的優(yōu)戒越性思。由貴場(chǎng)地刑瑞雷團(tuán)波速辯與地孝基承輔載力約的相南關(guān)統(tǒng)亡計(jì)，柿發(fā)現(xiàn)至瑞雷脂波速尿與地丑基承市載力序也有拉較好紗的相袖關(guān)性智。波塊速的刻高低楚反映離了介厚質(zhì)的謀固結(jié)框致密鹿程度圖6.縱3-印6是fK,-完--vR相關(guān)陷曲線昆，統(tǒng)艘計(jì)件里數(shù)94件，漂相關(guān)資系數(shù)r=酒0.游85。對(duì)當(dāng)該曲怕線用異經(jīng)驗(yàn)預(yù)公式吐可表?yè)鲜緸閒