瑞雷波法

在这种地层分层结构情况下，时距窗口的设臵和 基阶模态数据的提取都比较容易，并可以得到稳 定的结果。速度逐层增加的三层大地上的基阶模 态面波理论频散曲线如图所示。
（2）底层横波速度最高，中间某层为低速层 当大地中某一中间层为低速层时，面波 的能量分布不再集中于基阶模态，能量分布 于各阶模态中，并随频率变化。在这样的地 层结构上，时间空间域各道面波波形随距离 增大出现明显的高阶模态面波（高视速度） 干涉现象。而频率波数谱中会出现两个或多 个很强的高阶模态面波能量峰。离震源的距 离增大，长波长（反映更大深度）面波的能 量比重增大，时间 空间域中高阶面波和基阶 面波逐渐分离。
二、稳态面波法
稳态面波法的特点 稳态面波法资料处理简单直 观，观测结果准确，受其他类型 地震波的干扰较小。但对震源的 要求较高，需要能产生稳定的、 可调控频率的、激发时仅发射单 一频率的机械震源。
三、瞬态面波法
瞬态面波法勘探利用瞬态冲击力作 震源激发面波，地表在脉冲荷载作用下， 产生波动。在离震源稍远处，用传感器 记录面波的垂直分量。对记录的面波信 号作频谱分析和处理，计算并绘制 频散 曲线，根据频散曲线特征分析解决地质 问题。 瞬态面波法的数据采集方式与反射 波或折射波法相似，以SWS 型多功能瞬 态面波仪为例，数据采集系统如图所示。
分辨基阶或高阶面波。
3）同相轴的斜率改变。 引起面波的同相轴的斜率变 化的原因有多种，最主要的原因 有两种：
a）高阶面波存在。高阶面波在地震记录上的形态， 在远距离道上可以明显的分开，而在实际工作中， 无法采用很远的偏移距。
一般存在的高阶面波如图所 示，面波记录偏移距25米， 道间距1米。面波群在34米附 近分成两支，同相轴斜率明 显不同，其中箭头所指的面 波为基阶面波。这表明在时 间域中无法利用窗口完全分 离高阶面波。这种记录的面 波窗口设计应尽量取面波的 基阶部分，不可分离的高阶 干扰将在频率波数域中进一 步处理。
在这种地层分层结构条件下，必须 更多地考虑到减少高阶面波能量对提取 基阶频散数据的影响，一般采用以下两 种方法： 在时间空间域采用更适应于突出基阶 模态面波的时距窗口。 在采集时使用更多的记录道，提高频 率波数谱的分辨能力。
中间层为低 速层的三层大地上 的基阶模态面波理 论频散曲线，如图 所示。 在实际工作 中，只有低速层的 厚度足够大时，才 能获得类似图所示 的频散曲线。
（5）记录长度的选择 要使所有的面波记录道上有 完整的面波波形，即有足够的记 录长度。
（二）、面波的激发 瞬态面波法的震源多用锤击或 落重，敲击臵于地面的垫板。为了 获得对应于不同深度的波速，要求 震源能产生各种频率成分的波。测 试浅地层时应激发高频率波，用小 锤或较轻的大锤锤击地面的垫板获 得高频信号并采用小道间距；测试 深度大时则相反。
一般有低速层存在时，特别是有低速薄层存在时， 高阶模态面波在某些频率范围内的能量高于基阶模态面波， 根据面波的最高能量提取的频散曲线不可能是纯粹的基阶 面波。图为在地层深度15－20米之间，存在软弱夹层时的 频散曲线，夹层厚度约1米。在频散曲线出现“之”字形 异常的深度上大致对应软弱夹层的深度位臵。
1、地层结构类型及其频散曲 线特征 在利用面波描述地层结构 的变化时，可以将地层归纳 为3种类型，在不同类型的地 层上激发的面波频散曲线， 具有不同的特征。
（1）横波速度逐层增高 当由表层向底层横波速度逐层增高 的情况下，面波的大部分能量分布在基 阶模态中，在时间空间域各道面波波形 随距离增大而平缓衰减，不见明显的高 阶模态面波（高视速度）干涉现象。在 频率波数谱中，主要能量都集中于基阶 面波。随离震源的距离增大，面波能量 中长波长（反映更大深度）的比重也增 大。
B）地下介质中有局部地质体或岩性突变面存在。 在遇到岩性差异特别大的直立界面（如在直立 边坡）时，在界面上将产生波的反射。
如 图 6 － 19 所示，在波 形图中存在 明显的面波 的镜像波
如果直立界面在面波排列中，镜像 波很快出现，面波的传播路径受直立界 面的影响，无法利用全部的记录进行分 析解释。 在地下介质为非水平层分布时，地 质条件的变化，改变了面波的传播路径， 使瞬态面波记录复杂化。如沿测线方向 有垂直岩性接触面存在，面波窗口只能 选在没有受接触面干扰的范围内。这时 应改变接收排列方向，可能得到更好的 面波记录。
（一）、瞬态面波法的观测系统 面波采集一般采用常规地震勘探中的共 炮点排列，在要求的勘探深度较小的情况下 （小于50米） ，可采用锤击震源，落重或炸 药震源，野外工作方法方便简单。 共炮点排列一般选择12－24个地震道， 用低频检波器接收面波的垂直分量，记录点 设在整个排列的中点，由此排列获得的频散 曲线实际上是整个排列下方、一定深度范围 内介质面波速度的综合反映。在场地条件允 许的情况下，尽量采用多个检波器采集数据。
（三）、瞬态面波法资料处理 瞬态面波资料处理的主要步骤 为： 时间域－空间域提取面波； 对面波信号进行二维傅里叶变换； 建立频率－波数域振幅谱等值线； 提取面波频散数据； 计算1/2波长并绘制频散曲线
（1）时间－空间域提取面波 在如图所示的共炮点记录中，包含各种波的信 息，但只有面波是有效波，利用干扰波与面波 的视速度差异，用窗口提取面波，消除干扰波， 如图中虚线所围的范围。 在面波窗口中，还有一 些与面波重叠在一起的 干扰波，无法用窗口消 除。但窗口中所有的信 号都被认为是面波进行 处理。因此瞬态面波法 中，窗口中的波对频散 曲线有较大的影响。
(4)非水平地层 面波波速的频散现象，反映了与其 波长相应的深度范围内的地层弹性分布。 地层的弹性参数分布越不均匀，面波频 散的表现也越复杂。对于横向不均匀的 地层，面波的频散数据更为复杂，并不 容易定量解释，但在一些特定的地层条 件下，如有局部地质体（空洞）存在， 频散曲线出现可以识别的特殊频散特征， 从而定性划分出地层的横向变化。
瑞时由于纵波和横波的相互干涉叠 加，会出现波型的转换，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，称为瑞利面波。
一、基础知识
介质的泊松比越大， 转换为面波的能量越 多；对于不同的介质， 随深度增大，面波的 水平和垂直位移振幅 达到极大值后迅速降 低，其主要能量均集 中在小于一个波长的 深度范围内，由此认 为面波的穿透深度约 为一个波长。
实测面波地震记录的 频率波数图，并标出 某一频率所对应的高 阶面波和基阶面波的 相速度。不同模态面 波的能量大小和地层 的速度结构有关。将 不同模态面波分开的 方法是在远距离处布 臵检波器排列，因为 不同模态的波以不同 的相速度传播，在远 处的不同时间到达。
图是地面激发， 在10－480米范围 内接收的具有不 同模态面波的记 录。记录中A 所 指的部分为折射 波或反射波；B所 指的部分为高阶 面波；C 所指 的部分为基阶面 波。
有“之”字形异常存在时，无法 应用基阶模态面波的理论解释频散曲 线。但这一特征也反映出地下有低速 薄层存在。可以应用频散曲线的 “之”字形异常寻找低速薄层或软弱 滑坡面。
（3）表层为横波高速层，下部低速地层 当表层为横波高速层时，面波的能 量分布也不再集中于基阶模态，能量分 布于各阶模态中，能量的分布随频率变 化。在这样的地层结构上，时间空间域 各道面波波形随距离增大出现明显的高 阶模态面波（高视速度）干涉现象。而 频率波数谱中的能量分布于所有各阶模 态面波中。在频率波数谱图上很难提取 基阶模态面波。
图为用跨模态拾取极大值方法得到的频散数据 曲线。在长波长的范围内，主要是基阶模态面波的 相速度，基本反映了高速覆盖层下土层的波速特征。 在短波长范围内的相速度点，来自各个高阶面波。
对于高速覆盖型的地层，应该利用 多模态的面波频散数据来研究地层断面。 按图6－30拾取的跨模态面波频散数据， 可以定性地反映地层波速断面，而定量 的分层波速参数，还需要采用多模态频 散数据的反演方法才能得到。目前的多 道面波反演方法不适于解释这种地层构 造问题。
面波记录的一般情况可分为： 1）同相轴清晰，相位少。由于地质条件的差异， 面波的波形千差万别，较规则的、易于识别的 面波记录如图所示，面波群仅由1个或2个周期 的波组成。其同相轴可以延长至原点，面波窗 口也容易划分。如虚线所围的范围。
2）同相轴清晰，相位 多。由于面波的频散 及含有多阶模态的特 征，在面波记录中面 波群的相位数随距离 增大逐渐增加，如图 所示的面波记录相位 从3个增加至5个或6个。 在这样的情况下，不 但要注意用窗口分离 记录中的折射波、反 射 波 、声波 、 转换波，在时间空间域的面波窗口如图中虚线 还 要 注 意 用 窗 口 取 全 框所示。从图中还可看出这些面波与 部 面 波 信 号 （ 从 原 点 其他类型的波在时间－空间域中干涉 开 始 ，扫帚 状 分散） 。叠加的现象。在这样的记录上，无法
图分别为两组面波的频散曲线。对比图可知， 不同模态的面波速度差异明显，高阶面波和基 阶面波的频散规律相差较大，如果用高阶面波 进行资料解释，可能得出错误的结论。
（四）、频散曲线的解释
频散曲线反映了面波排列 范围内面波相波速随深度的 变化，因此，对于不同类型 的频散曲线进行分析解释， 可推断其对应的层状大地模 型。
从面波的基本理论可知，层状大地上的面波可分为不同 视速度和不同能量分布的基阶面波和高阶面波，在时间 空间 域中，不能完全分离高阶面波。各阶面波的能量分布与频率有 关，在频率－波数域中，不同阶的面波显示出各自的能量团 （参见图6－9）。因此在频率－波数域中可进一步分离高阶面 波。
图6－23为时间空间域的记录，在波形图中并 没有表现出明显的基阶或高阶面波，但在频 率波数域（图6－24）中可以看到，面波的能 量团不止一个，除基阶面波外，还有一组高 阶面波，两者有各自独立的能量中心。
（2） 排列长度的选择 瞬态面波排列的长度主要考 虑探测工作要求达到的深度，一 般要求排列的长度达到1/2波长。 探测深度较大时，检波排列与探 测深度相当；反之，采用小排列。