面波现场采集技术

第三节---面波勘探的现场测试方法
传感器
1、在岩土工程测试中，一般采用速度型传感器。 2、检波器的自然频率应满足采集最大面波周期(相应于勘察深度)的需 要，岩土工程勘察宜用自然频率不大于4.0Hz的低频检波器； 3 用作面波勘察，同一排列的检波器之间的自然频率差不应大于0.1Hz， 灵敏度和阻尼系数差别不应大于10%； 4 检波器按竖直方向安插，应与地面（或被测介质表面）接触紧密。
第三节---面波勘探的现场测试方法
数据采集
点击开始采样，仪器即开始自动采样并有依次出现等 待触发、读取数据、保存数据的界面，待数据保存之后， 界面即出现采集到的波形。
第三节---面波勘探的现场测试方法
数据保存
采样完成后 点击保存文 件，选择保 存途径，如 图所示，波 形即能保存。
第四节---面波勘探的数据处理
第三节---面波勘探的现场测试方法
工程设置---采样参数
触发模式：有外触发和内触发两种模式可供选择。只有在计量的时候使 用内触发模式，其他情况一般都使用外触发模式。 触发等级：较难触发时将触发等级值调低，轻易就触发时将触发等级值 调高。 采样频率：相邻两次采样间的间隔。建议设置为1~3之间，单位为KHz。 要求的分辨率高，则频率间隔应小些，反之，可大一些。 采样点数：指采集的点个数，建议设置为2000~8000之间。合理设置采样 频率和采样点数，保证最后一道检波器能检测到完整的波形。 延时时间：设置合理的延时时间，保证检波器均能接收到完整的波形。
第三节---面波勘探的现场测试方法
通讯连接
连接好主机、触发器以及检波器后打开软件，即可自 动检测到主机，如图所示。绿灯显示即表示主机通讯 正常，如显示为红灯，则表示主机通讯中断。如果主 机后于电脑（平板电脑）开机，会显示红灯，当电脑 （平板电脑）启动后，可以通过点击仪器信息来重新 连接仪器。
第三节---面波勘探的现场测试方法
第三节---面波勘探的现场测试方法
传感器通道选择
在传感器设置界面，可对24个通道进行选择性的勾选。
勾选自动增益时，采集界面 多采集几次仪器自动调整各 通道增益，使波形显示效果 最佳，此设置不影响波形本 身幅值大小
第三节---面波勘探的现场测试方法
检测传感器
第三节---面波勘探的现场测试方法
信息显示
第三节---面波勘探的现场测试方法
测试现场布置
第三节---面波勘探的现场测试方法
检波器排列布置
1、采用线性等道间距排列方式，震源在检波器排列以外延长 线上激发； 2、道间距应小于最小勘探深度所需波长的二分之一； 3、检波器排列长度应大于预期面波最大波长的一半（相应最 大探测深度）； 4、偏移距的大小，需根据任务要求通过现场试验确定。
系统设置
采样端仪器IP：在此正确输入主机的IP地址。 波形显示模式：有递增显示和递减显示两种显示模式。 归一化模式：有全通道归一化、各通道单独归一化、不归一化三种模式可选。 各通道单独归一化指每个通道在保证不削波的情况下，读取各自最 大的波幅值；全通道归一化指在保证不削波的情况下，仪器自动选 取最合适的波幅值，所有通道都做归一化处理；不归一化指的是直 接用仪器采集到的最大值，不做归一化处理，若测试点有坚硬覆盖 层时建议选择不归一化。 填充模式：选择后会单边填充波形，使波形更好看，振幅变化更明显。
数据处理
时距域原始数据
面波数据输入
整个面波数据处 理在四个区别不同数 据域的处理页面上逐 步进行，每个处理页 面都具备窗口显示和 多页的操作控制。页 面按处理顺序排列， 共分：X-T 时距域、 F-K 频率波数域、X-F 距离频率域、Z-V 深 度速度域等四个处理 页面。
记录头参数编辑
显示与检查
时域窗函数提取面波 FFT
X-F Stack 距离频率域
这一界面处理主要是观察叠加数据，选择叠加方式和叠 加道数，选定的叠加结果组成频散数据文件（ZVF格式）， 可以以可以以ZVF 格式或文本格式存盘，也可以直接转入ZV Inversion 深度速度域反演页面作数值反演。
第四节---面波勘探的数据处理
Z-V Inversion 深度速度域
第二节---面波勘探的原理及用途
面波勘探的原理
均匀介质或分层介质在点或面振源作用下，表面波场 包含P、SV波及瑞利波，由于在表面P、SV波衰减快于瑞利 波，当距振源一定距离表面波场以瑞利波为主。在大多数 情况下，瑞利波能量集中在一个波长深度范围内，频率越 低，波长越大，影响深度越深。在剖面参数（剪切波速、 密度、泊松比）不同分层状态下，随着波长的增加，瑞利 波穿越的层数也增加，瑞利波传播速度发生变化，瑞利波 传播出现频散现象，即瑞利波传播速度随频率（或波长） 的变化。
设置好仪器的一些采样参数后，在主界面的右下方会 显示通道数、触发类型、触发等级、采样长度、采样间隔、 延时时间等采样基本信息。
在主界面的中下方显示主机的电量、设备版本号以及 固件版本号等节本信息。
第三节---面波勘探的现场测试方法
数据采集
采用单端放 炮的激振方式， 采用锤击或者 落锤等，在测 线一端激发信 号，在仪器上 即可观察到采 集到的波形。
源自文库
第一节---面波勘探概论
瑞雷波的特性
(3)瑞雷波比体波衰减慢的多,离开震源一段距离,面波的能 量将强于体波。这为我们在数据处理中提取面波的有用信 息提供了方便。 (4)瑞雷波速度与横波速度的相关性，瑞雷波速度Vr与横波 速度Vs近似相等,它们之间有一定的差异,差异的大小与地 层的泊松比L有关,泊松比L越大,差异越小。 (5)面波勘探与地层速度的关系，折射波法要求下伏层速度 大于上覆层速度, 反射波要求各层介质间存在波阻抗差异, 而面波勘探不受上述物性条件制约,仅要求各层介质间存 在横波速度差异,由于横波速度主要与介质密度或介质的 松散与密实程度有关, 因此在地层划分方面有较好的分辨 能力, 较适合于软岩及密实度差异较大的第四系地层地区 的勘探。
第二节---面波勘探的原理及用途
面波勘探的用途
（5）地下空洞及掩埋物的探测：当瑞雷波的勘探深度与地 下空洞及掩埋物的深度相当时，频散曲线会出现异常跳跃， 据此可以确定其埋深及范围，这是瑞雷波勘探的独特优点 之一。 （6）饱和砂土层的液化判别：根据一定场地内的饱和砂土 层的埋深，地下水位的深浅等地质条件，可以计算出饱和 砂土层的液化临界波速值。 （7）场地类型划分：通过面积性的瑞雷波探测，再结合微 动观测，可以更可靠地划分场地类型，或更大范围的地震 区划。 （8）其它方面的应用：滑坡调查、堤坝危险性预测、基岩 的完整性评价和桩基入土深度探测等。
反演根据的频散数据来自ZVF 格式文件，可以直接由 磁盘文件载入，也可以由X-F Stack 距离频率域叠加页面 转来。如果文件中没有反演模型参数，则必须从设定初始 模型开始，否则可以直接进行拟合。 模型参数包括层数，该层厚度以及剪切波速，初始模 型的设定由人工在频散数据的显示图形上用光标自上而下 逐层选择确定。 改进拟合度可以选择人工或者自动两种方式，人工拟 合可以调试厚度和波速，同时立即显示的模型正演频散数 据和拟合度，插入和删除选定的层。自动拟合则可以对选 定的单独一层或全部模型参数作自动优化。
第三节---面波勘探的现场测试方法
工程设置
工程参数 工程名：新建一个工程，输入该工程名。目前只支持英文输入 操作人员：正确输入操作人员的姓名。 检测单位：正确输入检测单位。
第三节---面波勘探的现场测试方法
工程设置
工区参数 震源位置：可自行定义震源的位置坐标，单点测试时建议设为0。 传感器偏移距：震源到第一个检波器之间的距离。偏移距从理论上讲越大越好， 且易采用两端对称激发，有利于R波的对比、分辨和识别，但偏移距增大就要 求震源能量加大和仪器性能的改善。一般来说，偏移距应根据试验结果选取。 就目前的仪器设备条件和反演技术水平，选用偏移距10～40m即可获得较好的 测试结果。偏移距的大小需根据任务要求通过现场试验确定。 传感器间距：指相邻检波器之间的距离。应小于最小勘探深度所需波长的1/2， 随着勘探深度的增大，即λ增大，△x的距离也相应的增大。 小道距、小偏移距要求高频激振；大道距、大偏移距要求低频激振，其原理与 低应变完整性检测非常相似：桩体浅部完整性检测用高频激振；桩体深部完整 性检测采用低频激振。激振频率与激振锤重量、与土体的接触面积以及接触面 刚度有关，锤重越大,接触面越大,接触面刚度越小,激振频率越低。接触面刚度 可以通过锤垫来改变，采用胶木、橡皮垫可降低激振频率，而钢块垫可提高激 振频率。
上海岩联工程技术有限公司 面波勘探现场采集技术
面波勘探概论
面波勘探的原理及用途
面波勘探的现场测试方法 面波勘探的数据处理 面波勘探的注意事项
第一节---面波勘探概论
面波勘探的定义
面波勘探，也称弹性波勘探，是国内外近几年发展起 来的一种新的浅层地震勘探方法。面波分为瑞雷波（R波） 和勒夫波（L波），而R波在振动波组中能量最强、振幅最 大、频率最低，容易识别也易于测量，所以面波勘探一般 是指瑞雷波勘探。 瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波传播的频散特性， 利用人工震源激发产生多种频率成分的瑞雷面波，寻找出 波速随频率的变化关系，从而最终确定出地表岩土的瑞雷 波速度随场点坐标的变化关系，以解决浅层工程地质和地 基岩土的地震工程等问题。
第三节---面波勘探的现场测试方法
锤击设备
锤击可采用手锤，落锤、落重以及小型爆炸的方法，具体视勘探 深度而定，一般可使用10kg~100kg 的落锤，若测量深度为30m以内， 30kg落锤一般可以满足要求，落锤下面可采用，金属垫块、木质垫块 等。0～15m可采用锤击，更大深度就需采用炸药。
第三节---面波勘探的现场测试方法
第二节---面波勘探的原理及用途
面波勘探的原理
如图所示，频散曲线的变化与分层参数、分层厚度等 有关，通过对频散曲线的反分析可以得到场地分层剪切波 速。
第二节---面波勘探的原理及用途
面波勘探的用途
（1）地层划分：通过对瑞雷波频散曲线进行定性及定理解 释，得到各地层的厚度及弹性波的传播速度。 （2）地基加固处理效果评价：通过实测地基加固前后的波 速差异得到处理后的地基较处理前的物理力学性质的改善 程 （3）岩土的物理力学参数原位测试：通过对实测资料的反 演解释，可以得到岩、土层的S波速度、P波速度及密度等 参数。 （4）公路、机场跑道质量无损检测：利用人工激发的高频 瑞雷波，可以确定路面的抗折、抗压强度及路基的载荷能 力，以及各结构层厚度。该方法用于机场跑道及高等公路 的另一项意义是实现质量随年代变化的连续监控。
测试仪器
采用的是Y-LINK公司生产的YL-SWS面波测试仪，是 岩联技术最新研制的工程物探设备，具有通道任意扩展、 双屏操控，同时支持无线、有线两种工作模式等特点。主 要用于查明地下地质构造，划分覆盖层及进行岩性分层， 地质体卓越振动周期检测，波速测试等，探测滑坡体的滑 动带和滑动面起伏形态，探测构造破碎带。
第四节---面波勘探的数据处理
F-K Extract频率波数域
在显示出的频 率波谱图形上，人 工选择、追踪相应 于提取波型的基阶 （低速低频率）组 分，白色阴影圈出 的频率波数范围连 续稳定，包含基阶 组分，其中的白点 显示出幅度峰脊， 对应着不同的频率 的基阶面波频率相 速度。
第四节---面波勘探的数据处理
频率波数域提取
FK变换 建立频率波数谱图 极大值拾取 选择叠加方法
距离频率域叠加
频散计算 初步分层建立模型
深度速度域反演
正演拟合 速度结构层建立 存储SWS文件 SWS文件的处理解释 绘图
第四节---面波勘探的数据处理
X-T Source 时距域
点击【load X-F File】载入原始数 据，然后主要是以 下3步操作，第一 步，核定采集距离 参数、第二步，识 别与清理干扰波、 第三步，设定频率 波数转换的频段上 限，然后转入频率 波数域页面，进行 面波波型提取。
第一节---面波勘探概论
瑞雷波的特性
(1)瑞雷波在层状介质中传播的频散特性在层状介质条件 下, 瑞雷波在介质中的传播速度是频率的函数, 即瑞雷波 速度随激发频率的变化而变化。该特性是瑞雷波勘探的理 论基础, 由于瑞雷波法不仅利用了波的运动学特征, 更重 要的是利用了波的动力学特征, 而常规地震折射波法和反 射波法主要利用波的运动学特征, 且要求各层的波速或波 阻抗有较大差异, 因此瑞雷波对介质反映更细微。 (2)瑞雷波的穿透深度与波长的关系瑞雷波水平振幅和垂直 振幅从弹性介质的表面向内部呈指数衰减, 主要能量集中 在一个波长范围内。因此,可以认为瑞雷波的穿透深度为1 个波长。