工程物探

工程物探

《工程物探》课程地震部分

实验报告

系别：土木工程学院

专业：勘查技术与工程

姓名：

学号：

折射波法实验内容

一﹑实验仪器

检波器、大线、铁锤、炮线、地震仪主机

二、现场仪器布置

1. 振源和一组检波器布置在一条直线上（纵测线），排列相对较长；

2.采用相遇法观测系统接收；

3.检波器用大线与仪器相接，检波器个数与通道数和大线类型有关。

4.振源激振时通过触发开关控制检测仪开始记录。

三、实验参数设置

记录号：工区名称+序号

记录道数：24

每道采样数：1024

采样间隔：0.5ms

偏移距：5m

四、实验数据的整理与编写实验报告

1．实验数据整理步骤

（1）从仪器中把采集的地震记录数据导出，显示、选择质量好的可用于解释的资料，并打印。

（2）在地震记录上解释直达波和折射波，人工读或利用地震波显示软件拾取直达波和折射波的距离和初至时间。

（3）绘制相遇法时距曲线观测系统图。

（4）利用t0 解释法获得地质剖面图。

2.折射波法基本原理

以水平界面的两层介质进行简要的说明，假设地下深度为h，有一个水平的速度分界面R，上、下两层的速度分别为V1和V2，且V2>V1。

如图 4 所示。从激发点O 至地面某一接收点 D 的距离为X，折射波旅行的路程为OK、KE、ED 之和，则它的旅行时t 为：

（1—1）为了简便起见，先作如下证明：从O，D 两点分别作界面R 的垂线，则OA ＝DG＝h，再自A、G 分别作OK，ED 的垂线，几何上不难证明∠BAK＝∠

EGF＝i，因已知，所以：

（1—2）和（1—3）上式说明，波以速度V1旅行BK （或EF）路程与以速度V2旅行AK （或EC）路程所需的时间是相等的。将式（1—3）的关系和式（1—1）作等效置换，并经变换后可得：

（1—4）这就是水平两层介质的折射波时距曲线方程。它表示时距曲线是一条直线，若令x＝0，则可得时距曲线的截距时间t0（时距曲线延长与t 轴相交处的时间值）

（1—5）

2、折射波分层解释的t0法

折射波t0解释法是常用的地震折射波解释方法，它是针相遇时距曲线观测系统采集发展起来的解释方法。

t0法解释的主要原理与方法如下：

t0法又称为t0差数时距曲线法，是解释折射波相遇时距曲线最常用的方法之。

当折射界面的曲率半径比其埋深大得很多的情况下，t0法通常能取得很好的效果，且具有简便快速的优点。

如图 6 所示，设有折射波相遇的时距曲线S1和S2，两者的激发点分别是O1和O2，

若在剖面上任意取一点D，则在两条时距曲线中可以分别得到其对应的走时t1和t2，从图中可以得到：

（1—6）

且在O1和O2点，时距曲线S1和S2的走时是相等的，称之为互换时，用T 表示，则有：

（1—7）

当界面的曲率半径远大于其埋深时，图中的△BDC 可以近似地看作为等腰三角形，若自 D 点作BC 的垂直平分线DM（DM 即为该点的界面深度h），于是有：

（1—8）

将公式（1—6）中的t1和t2相加，并且减去（1—7）式，再将（1—8）式代入后可以得到：

（1—9）式（1—9）便是任意点 D 的t0值公式，由此可得 D 点的折射界面法线深度h为：

因此只要从相遇时距曲线中分别求出各个观测点的t0值和K 值，就可以得出各个点的界面深度h。从上述的公式可以看出，只要从时距曲线上读取t1，t2和互换时T，就可以算出各个点的t0值，并可以在图上绘制相应的t0(x)曲线（图

6(b)中所示）。

关于K 值的求取：根据斯奈尔定律可将K 值表达式写成：

（1—12）

由公式（1—12）可以看出，只要求得波速V1和V2则很容易得出K 值。其中V1通常可以根据表层的直达波速度来确定，因此关键就是V2值的求取，为此引出参数时距曲线方程：

令

（1—13）

对式（1—13）两边对x 求导，可得：

（1—14）

式中分别为上倾方向时距曲线S1和下倾方向时距曲线S2的斜率（即视速度V*的倒数）。根据公式：

因为是同样O1～O2内观测段，设上倾方向x 为正，下倾方向x 为负，则：

它们分别对x 求导有如下形式：

（1—15）

将（1—15）代入（1—14）式中，经一些变换后可得：

（1—16）

于是可以求得波速V2为：

（1—17）

当折射界面倾角小于15o时，可以近似的写成

（1—18）

因此只要根据（1—13）式在相遇时距曲线图上构置θ(x)曲线，并求取其斜率的

倒数，则可以根据（1—13）式得出波速V2，进而代入（1—12）式中求

得K 值。

知道了K 值和各个观测点的t0值后，可以根据（1—11）式计算出各个点的界面深度h。然后，以各观测点为圆心，以其对应的h 为半径画弧，可以得出一系列的圆弧，作这些圆弧的包络线即为折射界面的位置。

五、绘制相遇法时距曲线观测系统图.

2.地震记录上直达波和折射波的分析

有所得到的图像可以看出观测系统中每个检波器的间距为2m,折射波的盲区为14m,直达波的起跳点是一条过坐标的直线，折射波的起跳点是一条不过原点的直线。在14-52m 时直达波比折射波快，大于52m 后折射波比直达波快。 1、 绘制相遇法时距曲线观测系统和t0解释法的地质剖面图 根据直达波的传播可以求出

ms m V /708.0137

94

1==

t1

t2 T t0 v2

K h 50.721312 99.78247

8 102.5 48.00379

52.372156 98.950104 102.5 48.82226 1.610813066 2.042 0.37741116 18.4260657

8

53.361449 97.786486 102.5 48.647935 1.857949539 2.042 0.37741116 18.3602735

8

55.8395 97.11997 102.5 50.45947 1.272035228 2.042 0.37741116 19.0439671

1

56.497594 95.293392 102.5 49.290986 1.609870438 2.042 0.3774111

6

18.6029682

57.817666 93.964145 102.5 49.281811 1.509821958 2.042 0.37741116 18.5995054

6

60.295819 92.800298 102.5 50.596117 1.098297639 2.042 0.37741116 19.0955392

1

61.284902 91.96826

1 102.5 50.753163 2.196450536 2.042

0.3774111

6

19.1548101

2

63.101294 89.47852 102.5 50.079814 0.928907677 2.042 0.3774111

6

18.9006807

65.083133 88.81200

4 102.

5 51.395137 1.510371533 2.042

0.3774111

6

19.3970982

7

66.07221 87.97996

1 102.5 51.552171 2.196450536 2.042

0.3774111

6

19.4563646

6

67.226841 85.65606

4 102.

5 50.382905 1.149911687 2.042

0.3774111

6

19.0150706

2

68.712352 84.65807

5 102.5 50.870427 1.610630159 2.042

0.3774111

6

19.1990668

6

70.197648 83.82592

4 102.

5 51.523572 1.72603731

6 2.042

0.3774111

6

19.4455710

8

70.35953 82.82792

8 102.5 50.687458 3.448638564 2.042

0.3774111

6

19.1300123

2

71.90788 80.66977

4 102.

5 50.077654 1.079184051 2.042

0.3774111

6

18.8998654

9

72.731516 80.16899

5 102.5 50.400511 3.020201372 2.042

0.3774111

6

19.0217153

2

73.555159 79.50258

1 102.5 50.55774 2.684461064 2.042

0.3774111

6

19.0810553

74.544458 78.17693

6 102.5 50.221394 1.727903569 2.042

0.3774111

6

18.9541145

7

75.537467 78.01137 102.5 51.048837 3.452517101 2.042 0.3774111

6

19.2664007

9

76.36553 76.85240

6 102.5 50.717936 2.013057699 2.042

0.3774111

6

19.1415150

6

77.690427 75.69344

3 102.5 50.88387 1.610396721 2.042

0.3774111

6

19.2041404

78.187261 75.69344

3 102.5 51.38070

4 8.050978798 2.042

0.3774111

6

19.3916511

79.346547 74.86561

6 102.5 51.712163 2.012970576 2.042

0.3774111

6

19.5167474

2

81.168278 74.03778

3 102.5 52.706061 1.509682348 2.042

0.3774111

6

19.8918556

2

82.493175 72.87881

9 102.5 52.871994 1.610396073 2.042

0.3774111

6

19.9544805

9

84.314912 72.05099

2 102.5 53.865904 1.509682348 2.042

0.3774111

6

20.3295933

1

86.008853 70.89202

8 102.5 54.400881 1.402079635 2.042

0.3774111

6

20.5314996

87.499361 69.89863 102.5 54.897991 1.610366898 2.042 0.3774111

6

20.7191144

7

88.327424 67.88210

4 102.

5 53.709528 1.406178538 2.042

0.3774111

6

20.2705752

7

90.977212 67.21983

6 102.5 55.697048 1.207709048 2.042

0.3774111

6

21.0206875

91.474046 66.88870

5 102.5 55.862751 4.831122088 2.042

0.3774111

6

21.0832256

6

93.792617 64.73634

9 102.5 56.028966 0.894669047 2.042

0.3774111

6

21.1459570

5