面波的频散特征和地层分层
地震瑞雷面波测深指导
一、面波测深原理要点[返瑞雷面波是一种沿介质自由表面传播的弹性波，由英国科学家瑞雷 （Rayleigh 1887）发现和数学论证。
随着面波探测在天然地震和工程 勘察领域中的应用，面波理论在原理、测量技术和数据处理方法上，都 得到很大的发展。
了解面波的原理是有效应用面波测深的基础。
面波、波长和波及深度、面波速度和剪切波速点状震源产生的球面波，将弹性能量向周边介质传递，在地表自由 面上，受界面弹性条件的制约，产生沿地表传播的压缩波和 SV 型剪切 波，叠合形成瑞雷面波。
它的传播规律，反映了传播途径中所涉及介质 的弹性参数。
在均匀介质中，面波的振幅随深度增大而减小，其弹性能量的传播 深度和它的波长有关，波长越长的面波，它的能量波及地表以下的深度 也越大。
面波沿地表传播的速度和波及深度内介质的弹性参数有关，包 括介质的密度、压缩和剪切波速度，而主要的影响参数是介质的剪切波 速度。
相速度、弹性分层和频散均一地层表面激发的面波，其不同波长组分涉及的深度内介质弹性 参数相同，从而具有相同的传播速度。
弹性分层的地层内不同深度的介 质弹性参数有差别，从而面波不同波长组分的传播速度也不同。
单一波 长（或单一频率）组分的面波传播速度称该波长（或频率）的相速度， 不同频率的相速度有差异称为频散（Dispersion）。
研究水平地层面波 的频散特征，可以求得地层内部不同深度的弹性参数，这也就是面波测 深方法依据的基本原理。
水平分层、面波模态对于水平分层地层，面波沿地表的传播，由于途经介质的多层结构， 包含了符合各个界面条件的多个模态（Mode）。
震源激发的弹性波，在 各个分层中多次反射、透射、谐振，再在地表干涉、叠加的过程，导至 地表传播的各个模态的弹性能量和波长，都随距离逐步演变。
分层地层 的弹性结构，决定了面波的模态组成。
了解分析不同地层分层结构的面 波模态特征，才能有效地应用面波测深方法。
分层类型和模态组成、基阶和高阶由面波模态的角度看，最简单，也是常见的地层分层结构，是地层 刚度随深度逐层增加，此时地表面波的大部分能量都集中在基阶模态中， 形成的频散特征也比较简单，容易据以求出地层的弹性参数。
地震勘探中的常见地震干扰波及压制方法
地震勘探中的常见地震干扰波及压制方法论文提要在地震勘探中激发地震波时，由于激发、接收条件，自然环境和地表条件的影响，我们所采集到的地震数据中，既有有效波也有干扰波。
根据干扰波的物理特征、形成机理和形态，常把地震数据上的噪声分为规则噪声和随机噪声两大类。
规则噪声具有明显的运动学特征 ,如：面波、线性干扰、平行折射、声波、多次波干扰等，可以根据其运动学特征选择针对性的衰减方法；随机噪声是一种无规律的噪音，如：自然界风吹草动所产生的猝发脉冲、野值等。
为了提高地震勘探的精度，完成在各种复杂地区的勘探任务，使地震资料能更真实地反映地下的地质情况，如何突出有效波，压制干扰波就成为一个极其重要的问题。
通过暑假的实践，本论文中针对地震勘探中的常见地震干扰波进行总结、分类、衰减，并在国产软件GRISYS平台上，针对不同的干扰波进行分析，总结针对不同噪音的衰减方法。
正文一、规则干扰波规则干扰波是指有一定的主频和一定视速度的干扰波。
例如面波、声波、线性干扰波、多次波等。
下面就规则干扰波中的面波、声波、多次波和50Hz交流电干扰进行介绍。
（一）面波图1 面波的形成机理及实际地震记录上的面波从震源发出的波动分为两种: 一种是质点振动方向与传播方向一致的波，称为纵波。
另一种是质点振动方向与传播方向垂直的波，称为横波。
纵波的传播速度较快，在远离震源的地方这两种波动就分开，纵波先到，横波次之。
因此纵波又称P波，横波又称S波。
在没有边界的均匀无限介质中，只能有P波和S波存在，它们可以在三维空间中向任何方向传播，所以叫做体波。
但地球是有限的，有边界的，在界面附近，体波衍生出另一种形式的波，它们只能沿着界面传播，只要离开界面即很快衰减，这种波称为面波。
面波实际上是体波在地表衍生而成的次生波, 面波是一种很强并广泛存在的规则干扰波 ,在炮集上呈线性分布 ,其特征为低频、低速且振动延续时间长 ,严重影响中深层有效反射 ,大大降低地震资料的信噪比，如图1所示。
面波的频散特征和地层分层
四、面波频散特征和地层结构面波沿地表传播波速的频散现象，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。
对于横向均匀的分层地层，面波表现出可以区分和识别的频散特征，从而划分出不同的地层弹性分层类型。
面波频散数据的图示方式面波的频散规律可以表示为频率(F)和相速度(Vc)二维座标图形中的一系列数据点，也可以由频率和相速度换算出该频率的波长(L=Vc/F)，将频散数据表示在以半波长(L/2)和相速度(Vc)为座标轴的二维图形中。
下面用同一地层模型正演的频散数据，显示在两种数据座标图形中供比较。
左图是此组面波频散数据在频率(F)/相速度(Vc)座标中的图形。
横座标是频率轴，纵座标是相速度轴。
各个模态的正演频散数据表示为绿色曲线，由基阶向高阶绿色调逐阶变亮。
这是频散数据最基本的图示方式，可以表现出相速度随频率变化的趋势。
左图是同一组面波频散数据在半波长(L/2)/相速度(Vc)座标中的图形。
横座标是相速度轴，纵座标是半波长轴。
基阶频散数据表示为其中的兰色点，各个模态的正演频散数据表示为绿色曲线，由基阶向高阶绿色调逐阶变亮。
如果需要显示此组频散数据代表的地层参数，就可以把横座标作为剪切波速 (Vs)轴，纵坐标当作深度(Z)轴，用同样的比例尺作出地层剪切波速断面作对比。
由于面波由地表向下的波动影响深度和它的半波长关系密切，利用这种对比显示，往往可以找出地层断面在频散数据中反映出的特征。
当然如此对比绝不是意味着半波长就是深度，或者相速度就等于剪切波速。
这种频散数据显示方式，可以由频散数据预先估计地层波速断面的轮廓，并且在反演后和地层参数直观的对比。
此外，如果将频散数据换算成相应的频率和波数(K = F/Vc)，还可以在频率波数谱图中，标出各个模态频散数据在能量谱中的座标位置，比较各模态在不同频段的相对能量。
按面波频散特征划分地层结构类型面波的频散现象反映了地层沿深度弹性波速的差异。
4实验四地震勘探实验(面波法)
实验四地震勘探实验（面波法）一、实验原理瑞雷面波法用于勘探，与以往的弹性波法（反射波法和折射波法）差别在于：它应用的不是纵波和横波，而是以前反射波法和折射波法视为干扰的面波。
其原理是：面波具有频散的特性，其传播的相速度随频率的改变而改变。
这种频散特性可以反映地下介质的特性。
瑞雷面波的特点：瑞雷面波速度低、瑞雷面波在介质中泊松比在0.4~0.5范围内，面波速度与横波速度关系基本接近、瑞雷面波对地层的分辨能力，决定于频率，频率高则分辨能力强。
上图为72道的面波采集记录：震源在左上角，同一震源下的直达波、折射波、反射波和面波遵循各自的传播规律，分布在不同的区域。
其中面波传播的特征：近震源处发育、震幅大、传播速度低。
上图为实际勘探过程中采集得到的面波记录：以近震源、小道距、长采样、宽频率激发、低频率接收。
工程检测方面的应用实例：上图采集地点为：云南某高速公路的路基检测，检测深度为4米。
由图中的“频散曲线”分层可以看出：每层的厚度约在0.3米-0.5米。
填筑路基施工是分层进行，松散料经过压实，达到压实度后再进行下一层的填料。
图中频散曲线的拐点清晰，分析的层厚度在0.35米-0.5米之间。
二、实验目的1.了解面波法的原理；2.了解面波法工作布置及观测方法；3.掌握面波法数据采集、处理和解释，熟练操作相关软件。
三、实验仪器SWS型多波列数字图像工程勘察与工程检测仪。
该系统由主机、多芯电缆、检波器、触发器、震源（大锤或炸药）、铁板、直流电源、直流电源线以及数据采集、处理和解释软件等组成。
四、实验步骤1.在工区布设测线在工区布设测线，原则：由南向北、由西向东测线号与测点号依次增大。
使用皮尺标注检波器位置与激发点位置。
2.连接仪器的各个部分将主机、电源、多芯电缆、检波器、大锤、触发器按正确的方式一一连接起来。
注意：各接口均使用“防呆”设计，电缆插头与对应的插槽才能连接，电缆插头与非对应的插槽不能连接。
禁止暴力插拔各插头、插槽，以防仪器损坏。
面波勘探技术在强夯地基处理效果检测中的应用
面波勘探技术在强夯地基处理效果检测中的应用•摘要：面波勘探是近几年发展起来的一种新的浅层地球物理勘探方法，具有简便、快速、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点。
文章介绍了面波勘探技术的探测原理、主要特点以及野外测试方法，并通过在强夯地基检测中的应用实例说明其在工程中的应用效果。
关键词：瑞利面波；瞬态法；强夯地基检测；对比试验一、面波勘探技术概述面波勘探，也称弹性波频率测深，是国内外近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。
面波分为瑞利波（R波）和拉夫波（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利面波勘探。
人们根据激振震源的不同，又把面波勘探分为①稳态法、②瞬态法、③无源法。
它们的测试原理是相同的，只是产生面波的震源不同罢了。
目前常使用瞬态面波法进行勘探。
二、勘探原理面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的纵波（P波）和横波（S波）不同，它是一种地滚波。
弹性波理论分析表明，在层状介质中，拉夫波是由SH波与P波干涉而形成，而瑞利波是由SV波与P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介质自由表面附近，其能量的衰减与r-1/2成正比，因此比体波（P、S波∝r-1）的衰减要慢得多。
在传播过程中，介质的质点运动轨迹呈现一椭圆极化，长轴垂直于地面，旋转方向为逆时针方向，传播时以波前面约为一个高度为λR（R波长）的圆柱体向外扩散。
在各向均匀半无限空间弹性介质表面上，当一个圆形基础上下运动时，由它产生的弹性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）计算出来，即 P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是说，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作为勘探方法，其信噪比会大大提高。
三、野外工作方法应用瞬态面波法进行现场测试时一般采用多道检波器接收，以利于面波的对比和分析。
当锤子或落重在地表产生一瞬态激振力时，就可以产生一个宽频带的R波，这些不同频率的R波相互迭加，以脉冲信号的形式向外传播。
多层层状介质的瑞利面波频散特性
多层层状介质的瑞利面波频散特性杨天春;肖巧玲【摘要】采用传递矩阵法对多层各向同性的层状弹性固体介质瑞利波相速度频散特性及自由表面的垂直位移强度特征进行研究,便于今后对实测频散曲线有更清楚的认识和更合理的反演解释.设计多组含4层或5层介质的层状介质模型,利用传递矩阵法计算它们的相速度频散曲线、各阶模式的地表垂直位移曲线和其合并化的频散曲线,从而了解含有绝对或相对软弱夹层的地基模型、正常地层顺序地基模型的频散特性.根据模拟计算结果可知,当地层中存在绝对软弱夹层或相对软弱夹层时,其合并化频散曲线一般会出现"之"字形现象,但二者位移曲线的特征是不同的;含绝对软弱夹层时,位移曲线是各模式分段占优,而含相对软弱夹层时,位移主要还是以基阶模式为主;对于多层介质的正常地基模型而言,其位移曲线也主要是以基阶模式为主,但其合并化频散曲线有时也会出现"之"字形现象,这主要与各介质层的层速度等参数有关.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2009(033)003【总页数】5页(P299-303)【关键词】瑞利波;"之"字形频散;层状介质;传递矩阵法【作者】杨天春;肖巧玲【作者单位】湖南科技大学,土木工程学院,湖南,湘潭,411201;湖南科技大学,机电工程学院,湖南,长沙,410082【正文语种】中文【中图分类】P631.4近年来,由于瞬态瑞利面波法操作简单,分层精度较高,而得到广泛的应用和深入的研究[1-3]。
瑞利面波频散曲线一般具有多阶性,即同一频率对应多个模式波,当地层中存在软弱夹层时频散曲线会更加复杂,从而给实测频散曲线的解释带来了困难。
过去,对于软弱夹层瑞利波频散特性的研究,主要是讨论绝对软弱夹层的情况,即某一层介质的横波速度比其余各层介质的横波速度都要小,或者是讨论简单3层介质的情况[4-8],而对于4层以上介质和存在相对软弱夹层(即某层的横波速度小于相邻介质层的横波速度,而并非是最小值)的情况研究甚少。
(完整版)面波频散特征和地层结构
（完整版）面波频散特征和地层结构面波频散特征是指当面波在地表上传播时，不同频率的波长在传播中受到不同程度的衰减和速度变化的现象。
这种频率衰减和速度变化的差异称为频散。
频散特征可以通过频率-波数谱分析来研究。
在研究面波频散特征时，常用的方法是面波分析法。
通过在地表上布设多个地震仪，可以得到不同位置上的地震记录。
然后，使用频率-波数谱分析方法对地震记录进行处理，得到面波每个频率下的相位速度和衰减系数。
由于地震波的频率、波长和地层结构之间存在密切的关系，因此通过分析面波的频散特征，可以反演地层结构的信息。
面波的频散特征对地质勘探和地震工程具有很大的应用价值。
首先，通过分析面波的频散特征，可以反演地下结构的速度和衰减参数。
这对于地质勘探来说是非常重要的，可以帮助研究者了解地下地质构造和地层分布。
其次，面波频散特征可以用于反演地震波的散射衰减和速度模型，从而为地震工程提供重要的参数和依据。
要分析面波频散特征对地层结构的影响，需要考虑地下的速度变化和衰减分布。
地层结构越复杂，地下的速度和衰减变化也越大，面波频散特征也会呈现出较强的变化。
因此，通过采集地震数据和进行频率-波数谱分析，可以较为准确地反演地下的速度和衰减分布，进而确定地层结构。
总之，面波频散特征与地层结构之间存在紧密的关系。
通过分析面波的频散特征，可以反演地下的速度和衰减参数，从而了解地下地质结构和地层分布。
面波频散特征在地质勘探和地震工程中有着重要的应用价值，可以提供地质和工程参数，为地球科学研究和工程设计提供依据。
面波频散特征和地层结构
四、面波频散特征和地层结构面波沿地表传播波速的频散现象，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。
对于横向均匀的分层地层，面波表现出可以区分和识别的频散特征，从而划分出不同的地层弹性分层类型。
面波频散数据的图示方式面波的频散规律可以表示为频率(F)和相速度(Vc)二维座标图形中的一系列数据点，也可以由频率和相速度换算出该频率的波长(L=Vc/F)，将频散数据表示在以半波长(L/2)和相速度(Vc)为座标轴的二维图形中。
下面用同一地层模型正演的频散数据，显示在两种数据座标图形中供比较。
左图是此组面波频散数据在频率(F)/相速度(Vc)座标中的图形。
横座标是频率轴，纵座标是相速度轴。
各个模态的正演频散数据表示为绿色曲线，由基阶向高阶绿色调逐阶变亮。
这是频散数据最基本的图示方式，可以表现出相速度随频率变化的趋势。
左图是同一组面波频散数据在半波长(L/2)/相速度(Vc)座标中的图形。
横座标是相速度轴，纵座标是半波长轴。
基阶频散数据表示为其中的兰色点，各个模态的正演频散数据表示为绿色曲线，由基阶向高阶绿色调逐阶变亮。
如果需要显示此组频散数据代表的地层参数，就可以把横座标作为剪切波速 (Vs)轴，纵坐标当作深度(Z)轴，用同样的比例尺作出地层剪切波速断面作对比。
由于面波由地表向下的波动影响深度和它的半波长关系密切，利用这种对比显示，往往可以找出地层断面在频散数据中反映出的特征。
当然如此对比绝不是意味着半波长就是深度，或者相速度就等于剪切波速。
这种频散数据显示方式，可以由频散数据预先估计地层波速断面的轮廓，并且在反演后和地层参数直观的对比。
此外，如果将频散数据换算成相应的频率和波数(K = F/Vc)，还可以在频率波数谱图中，标出各个模态频散数据在能量谱中的座标位置，比较各模态在不同频段的相对能量。
按面波频散特征划分地层结构类型面波的频散现象反映了地层沿深度弹性波速的差异。
10面波
体波：纵、横波，在整个空间
面波：弹性分界面附近
瑞利面波：自由界面，地滚波，R波
特点：低频、低速，能量大（强振幅），旋转（铅垂面， 椭圆，逆转），天然地震中，危害极大 勒夫面波：低速带顶底界面，平行界面的波动，振动方向垂直 传播方向，SH波 特点：对纵波勘探影响不大，对横波勘探严重干扰
面波是地震波的一种，主要在地表传播，能量最大，波速 约为3.8千米/秒，低于体波，往往最后被记录到。如果地震非 常强烈，面波可能在震后围绕地球运行数日。面波实际上是体 波在地表衍生而成的次生波。面波的传播较为复杂，既可以引 起地表上下的起伏，也可以是地表做横向的剪切，其中剪切运 动对建筑物的破坏最为强烈。
u1
2
t
2
2
V p u1
2 2
v1 t
2
V p v1
2 2
ｕ２和ｖ２满足等容波（横波）的波动方程
u2
2
t
2
2
Vs u2
2 2
v2 t
解方程： 边界条件为：
[ y ] y 0
2
Vs v2
2 2
v t 2 0 y y0 u v 0 y x y0
通过几年的实践和初步研究，R波在岩土工程勘察中的 应用大致分为以下几个方面： ⑴ 查明工程区地下介质速度结构并进行地层划分； ⑵ 对岩土体的物理力学参数进行原位测试； ⑶ 工业与民用建筑的地基基础勘察； ⑷ 地下管道及埋藏物的探测； ⑸ 地下空洞、岩溶、古墓及废弃矿井的埋深、范围等探测； ⑹ 软土地基加固处理效果评价及饱和砂土层的液化判别； ⑺ 公路、机场跑道质量的无损检测； ⑻ 江河、水库大坝（堤）中软弱夹层的探测和加固效果评价 等； ⑼ 场地土类别划分及滑坡调查等； ⑽ 断层及其它构造带的测定与追踪等。
面波频散曲线
面波频散曲线
1 面波简介
面波（Surface Wave），指沿着地球表面传播的波动，也称为地
震表面波。
面波是地震学中重要的波形之一，具有长周期、能量较强、波速较慢等特点。
面波可由破裂面、岩石胶结面等产生，并可以获取
地下岩石介质结构等信息。
2 面波频散曲线
面波频散曲线（Dispersion Curve）是指面波传播速度随频率变
化的曲线，也是面波探测的重要数据之一。
面波频散曲线可以反演岩
石速度结构，如变化深度、岩石层赋予和断层、大地构造等信息。
3 面波探测技术
面波探测技术是应用面波获取地下岩石结构的方法之一。
常见的
探测方法包括地震反射、地震折射、共振频率谱、大地电磁等多种方法。
其中，共振频率谱法是一种基于面波频散曲线的非破坏探测方法，可以通过分析不同频率下的面波振幅和相位信息，反演出岩石结构、
土层厚度等信息。
4 实验步骤
面波探测的基本实验步骤包括：布放传感器、激发面波、记录数据、处理分析。
传感器可采用地震仪、MEMS传感器等，布置在地表不
同位置，通过激发器激发面波并记录数据，数据处理方法包括频率递推法、拟合法、FFT法等。
5 应用领域
面波探测技术广泛应用于地质灾害预警、地下隧道建设、土壤物理特性研究、地震灾害应急等方面，是一种高效、准确的非破坏探测技术。
总之，面波频散曲线是反演地下岩石结构的重要数据之一，面波探测技术应用广泛，具有重要的经济和社会意义。
未来随着科技的发展，面波探测技术将得到进一步改进和推广。
面波的频散特征和地层分层
面波的频散特征和地层分层
面波是一种地震波，在地壳中传播时沿着地表或地下界面传播。
面波
包括Rayleigh波和Love波，它们是最常见的两种面波类型。
面波的频散特征是指随着频率的变化，面波的传播速度也会发生变化。
这是由于地层的频散效应引起的。
频散是指不同频率的地震波在地层中传
播速度差异的现象。
面波频散特征可以通过频散曲线来描述，频散曲线是
指将面波的传播速度与频率绘制在同一幅图上得到的曲线。
一般来说，面
波的传播速度随着频率的增加而减小。
面波的频散特征对地层分层具有一定的影响。
地层分层是指地下不同
岩石层之间的界面。
面波在不同的地层中传播时，会受到地层分层的影响
而产生反射、折射等现象。
这些地层分层的变化会导致面波频散曲线的形
状和传播速度的变化。
通过分析面波的频散特征，可以推断地层分层的情况，并帮助地质学家了解地下结构。
面波的频散特征和地层分层之间存在一定的关系。
地层的变化会引起
面波的频散特征的变化，而面波的频散特征则可以反推地层的变化情况。
通过对面波频散曲线的分析和研究，可以确定地下地层的特征，例如地层
的类型、厚度和界面形状等。
总之，面波的频散特征和地层分层之间存在密切的关系。
通过对面波
频散曲线的研究，可以推断地层的特征，从而对地下结构进行更加详细的
了解。
这对地质学家在勘探石油、矿产资源和地震灾害等方面具有重要的
意义。
层状介质中多模式面波频散曲线研究
层状介质中多模式面波频散曲线研究1. 引言面波是指以水平传播的地震波，通常以S波为主导。
由于在地壳中存在多种地层结构，不同介质之间的界面也经常会发生折射和反射，使得面波在地球内部传播时会发生频散现象。
频散曲线是表征面波传播速度与频率之间关系的图表，对于地壳介质的研究具有重要意义。
本文将重点探讨层状介质中多模式面波频散曲线的研究。
层状介质中存在多种不同模式的面波，它们的频散特性与地下介质的性质密切相关。
本文将从地震波传播理论出发，研究层状介质中多模式面波频散曲线的数值计算方法，并结合地球物理勘探的实际数据进行分析，以期对地震波在地球内部传播的机理和地下介质结构的研究有所贡献。
2. 多模式面波的频散理论在层状介质中，由于地壳的不均匀性导致地震波在传播过程中会受到地层的影响而发生多模式的面波。
这些面波由于传播路径的不同，会导致传播速度和频率之间存在一定的关系，即频散现象。
地震波传播的基本理论是弹性波理论。
在弹性波理论中，面波可以视为是横波在半无限大介质中的传播。
对于一个给定介质结构，可以通过解弹性波方程和边界条件得到地震波的传播特性。
而对于层状介质中的多模式面波，需要考虑各种不同的介质结构和传播路径，进而得到其频散曲线。
3. 多模式面波频散曲线的数值计算方法为了研究多模式面波的频散特性，需要对地震波在层状介质中的传播进行数值模拟。
目前常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和谱元法等。
这些方法可以较为准确地模拟地震波在复杂介质中的传播过程，得到其频散曲线。
有限差分法是一种广泛应用于地震波传播模拟的数值方法。
通过将介质划分成网格，在每个网格点上求解波动方程，可以得到地震波在介质中的传播情况。
有限元法则是基于有限元理论，将介质划分成较小的单元，通过构建有限元方程组求解得到地震波的传播特性。
谱元法则是将地震波场表示为一组基函数的线性组合，通过在整个空间中拟合地震波场，求解得到波动方程的解。
除了数值模拟方法外，还可以通过解析方法推导出多模式面波的频散曲线。
地震面波
§1.5地震面波序:体波——在弹性分界面上形成的反射波、透射波和折射波，从三维空间来说，随着时间的增加这些波向整个弹性空间介质内传播，也就是说这些波存在于整个弹性空间，所以统称为体波。
面波——只存在于弹性分界面附近的一种波。
V 空气地面 有瑞雷面波 V 0低速带底面 有勒夫面波V 1反射界面 有史东尼面波V 2瑞雷面波存在于地面。
勒夫面波存在于表层松散介质与下覆高速介质的分界面。
史东尼面波存在于深层的界面上。
可以说有界面，就有面波，但面波平行于地面传播。
勒夫波，史在尼波在地面收不到，与地震勘探有关的主要是瑞雷面波。
一、瑞雷面波的传播特点1．面波是柱面波瑞雷面波的能量只集中在地面大约深度一个波长R λ的范围内。
所以也有教科书说雷瑞面波的能量从地面开始随深度的增加而呈指数衰减。
因此，瑞雷面波的波前是一个高度为R z λ=的圆柱面。
圆柱层的外面为波前，圆柱层的内面为波尾，该圆柱层的体积W 为：r r r r r r r r W R R R ∆=-+=-=.2.))(()(12122122πλπλλππ注意：随传播时间的增加，园柱层的半径增加，但圆柱层的高度不增加，所以面波只在地面存在与传播，是柱面波。
R λ2．面波能量强，衰减慢体积r r W R ∆=.2.πλ ，波强度I=能量E/体积W ，可知I ∝1/r ，而E ∝A 2, 故r A 1∝面波， rA 1∝体波。
与体波相比,瑞雷面波衰减慢，在地震剖面上面波的能量明显比一次波的强。
3．瑞雷面波速度低面波速度比横波的还低。
S R V V 955.0≈或S R V V 92.0≈4．椭圆极化瑞雷面波的质点振动方向不是线性极化，而是面极化振动。
其极化方向在面内变化，变化轨迹呈椭园。
5．面波频率低。
几-30Hz 。
二、面波的频散现象面波有频散，原始记录上同相轴呈扫帚状散开。
（P75图6.2-3），(陆上P131) 各个频率成份传播的速度不同叫频散。
面波
面波勘探是近年发展起来的一种新的浅层地球物理勘探方法，具有简便、快速、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点，已在许多领域得到应用，并取得了良好的应用效果。
文章介绍了面波勘探技术的发展概况、探测原理、主要特点及其野外测试方法，对其应用范围及目前存在的问题作了说明，并给出一个应用实例。
关键词：瑞利面波地震勘探瞬态法频散曲线1 前言面波勘探，也称弹性波频率测深，是国内外近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。
面波分为瑞利波（R波）和拉夫波（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利面波勘探。
人们根据激振震源的不同，又把面波勘探分为①稳态法、②瞬态法、③无源法。
它们的测试原理是相同的，只是产生面波的震源不同罢了。
1938年德国土力学协会首次尝试用稳态振动来检测岩土的各种弹性力学参数。
1960年美国密西西比陆军工程队水陆试验所开始开发类似的技术方法，但由于当时技术条件的限制，均未获得成功。
70年代初美国F·K·Chang等人利用瞬态激振产生的瑞利波来研究浅部地质问题，并于1973年在第42届国际地球物理勘探年会上发表了“Rayleigh Wave Dispersion Technique for Rapid Subsurface Explorati on”（瞬态面波在浅层勘探中的应用）论文，报道了有关的研究成果。
在稳态方面，直到80年代初，日本的VIC株式会社经过多年的研究试制，推出了GR－810佐藤式全自动地下勘探机，才使该项物探技术在浅层工程勘察工作中得以应用。
通过几年的实践和初步研究，R波在岩土工程勘察中的应用大致分为以下几个方面：⑴查明工程区地下介质速度结构并进行地层划分；⑵对岩土体的物理力学参数进行原位测试；⑶工业与民用建筑的地基基础勘察；⑷地下管道及埋藏物的探测；⑸地下空洞、岩溶、古墓及废弃矿井的埋深、范围等探测；⑹软土地基加固处理效果评价及饱和砂土层的液化判别；⑺公路、机场跑道质量的无损检测；⑻江河、水库大坝（堤）中软弱夹层的探测和加固效果评价等；⑼场地土类别划分及滑坡调查等；⑽断层及其它构造带的测定与追踪等。
成层地层多阶瑞雷面波的频散特性探讨
成层地层多阶瑞雷面波的频散特性探讨1概述利用三层介质中瑞雷波的传播特性，根据横波速度的变化与各层在半空间条件下的瑞雷波速度的大小情况来分析研究，利用矩阵传递方法[2]可以得到沿介面传播的所有导波的频散方程的形式，并采用二分法进行数值求根即得到各阶模态的频散曲线，来分析横波速度随深度的增加而递增或递减、含软弱夹层、硬夹层等4种情况的瑞雷面波的频散特性。
模型建立如下表：2横波速度随地层深度增大而增大（减小）的三层地层2.1 横波随地层深度增大而增大模型1其频散曲线图存在多个导波模式，各导波模式曲线随频率的增加单调递减，各导波模式之间是互不相交的。
基阶模态相速度的零频极限为只有最底层（即第三层）介质时的瑞雷波速度2743m/s，高频极限接近只有第一层介质时的瑞雷波速度1910 m/s。
各高阶模式都存在截止频率，截止频率处的相速度为最底层介质的横波速度3600 m/s，频率趋于无穷大的时候各高阶模态频散曲线的相速度趋近第一层的横波波速2400 m/s。
当地层厚度变化时，相比在相同频率范围内，高阶模态的阶数减少，各个模态的间距变大，频散曲线的形态保持不变。
同样当第一厚度变小时，其相速度曲线模态的个数也相应的减小。
如图2、3所示三种不同厚度情况下，模型1的基阶和第二模态相速度曲线对比图。
图1模型1相速度频散曲线图图2图3 图4模型2相速度频散曲线图厚度变化后，基阶模态相速度极限值和高频极限值都保持不变，在中低频范围内如图在0～300HZ左右，随着厚度的减小，相同频率下相速度增大；三者的第二模态的起始频率随厚度减小而增大，但起始相速度不变，都为第三层横波速，但起始的频率值变大，高频极限相速度保持不变。
2.2横波随地层深度增大而减小通过计算发现模型2地层参数下，瑞雷波只存在一个导波模式。
从图4中可以看出此导波的零频极限是第三层瑞雷波速度1380m/s，随着频率的增大，相速度也随着增大。
但频率增大到约400HZ以后，相速度趋于稳定其值相当于第一层地层中的瑞雷波速度1522 m/s。
面波频散特征和地层结构
面波频散特征和地层结构面波是地震波中一种传播在地表附近的波动现象，它在地面上传播的速度相对较慢，振幅相对较大，是地震勘探中常用的一种信号。
面波频散特征与地层结构有着密切的关系，通过对面波频散特征的分析可以推断地下地层的性质和分布。
本文将详细介绍面波频散特征以及与地层结构的关系。
面波是由S波和P波在地表上相互作用而形成的一种两种波的联合效应。
由于P波和S波在地层中传播速度不同，当它们到达地表时，会发生折射和反射，并形成面波。
面波的传播速度比P波和S波慢，一般在2-5 km/s之间，振幅较大，持续时间较长。
面波分为Rayleigh波和Love波两种，其中Rayleigh波以圆形运动为特征，而Love波以椭圆形运动为特征。
面波的频散特征指的是在不同频率下，面波的传播速度随频率变化的现象。
频散特征可以通过将地震记录进行傅里叶变换得到频谱分析，或者应用地震剖面中的CMP叠加方法得到。
在频谱分析中，面波的传播速度可以从频谱曲线的斜率中得到，斜率越小表示频散现象越明显。
面波频散特征的研究可以提供地下介质的相关信息，如地下的速度结构、密度变化等。
除了可以反演地层结构，面波频散特征还可以用于研究地球的内部结构。
由于面波在地球内部的传播受到地幔和核心等部分的反射、折射和散射的影响，因此通过分析面波的频散特征可以研究地球内部的速度结构和界面分布。
总的来说，面波频散特征与地层结构有着密切的关系，通过对面波频散特征的分析可以推断地下地层的性质和分布。
面波频散特征不仅可以用于地震勘探中的地层结构反演，还可以用于研究地球的内部结构。
因此，面波频散特征的研究对于地质勘探和地球科学的发展具有重要的意义。
物探-瑞利面波勘探
即面波按r-1衰减，体波按r-2衰减。面波比体
波传播的更远！
§4-2 瑞利波的勘探原理
瑞利波勘探是根据：①瑞利波传播于介质的自由表层， 只要存在波动就会有瑞雷波的存在；②在均匀介质中， 瑞利波的传播速度与频率无关，即没有频散性；③瑞利 波的频散特征主要取决于剪切波速度及各层厚度； ④瑞
利波的波长与勘探深度有关，传播速度接近横波速度。
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
工程地质勘察—分层 地基加固处理效果评价
岩土物理力学参数原位测试
地下空洞及掩埋物探测 公路、机场跑道质量无损检测 饱和砂土层的液化判别 其它方面：基岩完整性评价、滑坡调查、 堤坝危险性预测、桩基入土深度探测等
R波法与其它波动法的对比特点
浅层分辨率高----可确定厘米级裂隙；
四、R波的激发能量
实验证明，当在圆形振板上作上下激振时，
激发出的R波、P波、S波的能量为：R—
67%，P—7%，S—26%。R波的能量
占总能量的2/3。
五、R波的衰减
由于面波的波前面为高约λ R的圆柱体，其波前面
积与 r 成正比，能量衰减则与
于1/r。
成正比；而体波
波前为半球形，波前面积正比于半径r2，能量衰减正比
不受地层波阻抗关系的影响。R波只要求地层有
速度差异，波阻抗相同也能精确分辨； 建筑场地波速测试无需钻孔测试效率高，而且能 够较可靠地测定浅层的波速。但R波法也存在试 验场地较大，深层测试结果精度不如跨孔法等缺
陷；
测试深度浅。
§4-1 瑞利波的波场特征
一、R波的传播速度
VR/Vs
0.95
0.88 0 0.1 0.5
工程地质知识：划分地层主要从哪些方面进行分析.doc
工程地质知识：划分地层主要从哪些方面进行分析
（1）原始采集波形：通过波形可以初步定性分析覆盖层厚度，一般波形比较胖，频率低是覆盖层厚的表现。
波形瘦、频率高是覆盖层较浅的表现。
当波形为一趟较胖时，说明覆盖层较厚且较均一。
总之，不同的地质模型地震波形均有或多或少的差异，对面波资料进行处理、解释时应进行考虑。
（2）频散曲线拐点及视速度vr：对坡积土与残积土界面，一般可以通过拐点，且结合视速度小于300m/s进行解译，也是滑坡滑动面重要考虑位置。
（3）拟层速度Vx：在解释中占有较重的位置，一般来说，波速的高低可以确定土质的强度，可用波速Vx进行地层的大致划分，但不同场地可能对应不同的地质模型，因此，进行地层分层时就尽量结合钻孔资料，分析场地的地层分布特征后确定某一速度层对应的地层，整个场地有多种地质单元时，对同一地层可以采用不同的速度。
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四、面波频散特征和地层结构面波沿地表传播波速的频散现象，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。
对于横向均匀的分层地层，面波表现出可以区分和识别的频散特征，从而划分出不同的地层弹性分层类型。
面波频散数据的图示方式面波的频散规律可以表示为频率(F)和相速度(Vc)二维座标图形中的一系列数据点，也可以由频率和相速度换算出该频率的波长(L=Vc/F)，将频散数据表示在以半波长(L/2)和相速度(Vc)为座标轴的二维图形中。
下面用同一地层模型正演的频散数据，显示在两种数据座标图形中供比较。
左图是此组面波频散数据在频率(F)/相速度(Vc)座标中的图形。
横座标是频率轴，纵座标是相速度轴。
各个模态的正演频散数据表示为绿色曲线，由基阶向高阶绿色调逐阶变亮。
这是频散数据最基本的图示方式，可以表现出相速度随频率变化的趋势。
左图是同一组面波频散数据在半波长(L/2)/相速度(Vc)座标中的图形。
横座标是相速度轴，纵座标是半波长轴。
基阶频散数据表示为其中的兰色点，各个模态的正演频散数据表示为绿色曲线，由基阶向高阶绿色调逐阶变亮。
如果需要显示此组频散数据代表的地层参数，就可以把横座标作为剪切波速 (Vs)轴，纵坐标当作深度(Z)轴，用同样的比例尺作出地层剪切波速断面作对比。
由于面波由地表向下的波动影响深度和它的半波长关系密切，利用这种对比显示，往往可以找出地层断面在频散数据中反映出的特征。
当然如此对比绝不是意味着半波长就是深度，或者相速度就等于剪切波速。
这种频散数据显示方式，可以由频散数据预先估计地层波速断面的轮廓，并且在反演后和地层参数直观的对比。
此外，如果将频散数据换算成相应的频率和波数(K = F/Vc)，还可以在频率波数谱图中，标出各个模态频散数据在能量谱中的座标位置，比较各模态在不同频段的相对能量。
按面波频散特征划分地层结构类型面波的频散现象反映了地层沿深度弹性波速的差异。
在横向稳定的弹性分层地层上，面波的频散包含可以区分的多个模态，表现出各自的特征，反映在以下三个方面：1.各模态面波的相速度随频率的变化规律。
2.各模态面波所传播弹性能量的相对比重。
3.各模态面波的振幅沿地表传播的变化规律。
这些特征的具体表现完全取决于当地地层分层的弹性参数。
按照频散模态特征的不同，可以划分出三种地层分层结构类型：A.波速由表层向底层逐层增高。
B.底层波速最高，中部含低速层。
C.高波速表层复盖下部低速地层。
在这些类型的地层上激发的面波，具有不同的模态特征，分别用实例说明如下。
A.波速由表层向底层逐层增高将这种地层上取得的面波地震记录，在频率波数域提取基阶频散数据，经过反演得到地层断面，再由此地层参数正演出多阶频散数据。
此外，还采用相邻道作互相关求振幅相位谱的方法，经相位校正，得出主频率区段各相邻道间(相当于不同传播距离)的相速度数据。
显示在下面的各个图中：左图为此面波地震记录的处理反演结果。
图中的红色折线为用基阶频散数据(蓝色点)反演得到的地层断面，具有逐层增高的剪切波速(Vs)。
绿色的多条曲线为按此地层波速断面正演得到的各个模态的面波频散数据，由基阶向高阶绿色调逐阶增亮。
左图为此面波地震记录的频率波数谱图。
其上还以白色的粗线显示正演的基阶频散曲线，灰色的粗线显出三组正演的高阶频散曲线。
可以看出，基阶频散曲线通过谱图中最强而连续的能量峰脊，而高阶频散曲线经过的谱区显示的谱能量均很弱。
面波传播的能量基本包含在基阶模态中是这种地层的特点。
左图为此面波地震记录的时间距离域波形图。
其上显著的几条不同视速度波形同相轴逐渐展开，看不出明显的互相干涉消长现象。
左图为此面波地震记录用邻道互相关相位法求得的一组频散数据曲线图。
不同色调显示距震源不同距离的各相邻道间的频散数据曲线。
为减少曲线间的重合，将相速度(Vc)刻度轴的零点逐个右移，以相应的色调显示在图框的上边，曲线代表的面波传播距离(X)区间数值显示在其右。
这些曲线总体上都反映了基阶频散曲线的基本形态。
距震源远的曲线趋向于反映更大波长(对应更大深度)的数据。
这些曲线都包含了比基阶频散曲线更多的曲折，说明两道间互相关相位法敏感地反映了高阶面波的微弱能量。
B.底层波速最高，中部含低速层将这种地层上取得的面波地震记录，也作了如同上述A型地层记录同样的处理。
同时，还将频率波数谱上圈出的基阶能量峰，单另作二维反变换成时间距离域的数据，组成另一个只含基阶面波的地震记录。
对它也用相邻道互相关相位谱法，得出主频率区段各相邻道间的相速度数据，以供和全模态的面波数据对比。
左图为此面波地震记录的处理反演结果。
图中的红色折线为用基阶频散数据(蓝色点)反演得到的地层断面，具有高波速的底层和低波速的中间层。
绿色的多条曲线为按此地层波速断面正演得到的各个模态的面波频散数据，由基阶向高阶绿色调逐阶增亮。
左图为此面波地震记录的频率波数谱图。
其上还以白色的粗线显示正演的基阶频散曲线，灰色的粗线显出三组正演的高阶频散曲线。
可以看出，基阶频散曲线通过谱图中强弱起伏但基本连续的能量峰脊，而高阶频散曲线经过的谱区显示的谱能量并不都很弱，局部甚至有很强的能量峰。
面波传播的能量在某个频率段，明显的出现在高阶模态中是这种地层的特点。
低速夹层中在一定频率段形成高速波导，是产生强高阶模态面波的原因。
左图为原始面波地震记录的时间距离域波形图。
其上显著分布着两组不同视速度的同相轴。
上部视速度较高也较强的一组应该是高阶的面波，其下部低速也较弱的波形应属于基阶面波的表现，两者之间出现明显的干涉消长现象。
左图为原始面波地震记录经过频率波数变换，圈出的基阶能量峰作反变换，得到仅含基阶面波的新记录的波形图。
和原始记录的波形图比较，此图上仅剩下方的一组较低视速度的同相轴。
左图为原始面波地震记录用邻道互相关相位法求得的一组频散数据曲线图。
不同色调显示距震源不同距离的各相邻道间的频散数据曲线。
为减少曲线间的重合，将相速度(Vc)刻度轴的零点逐个右移，以相应的色调显示在图框的上边，曲线代表的面波传播距离(X)区间数值显示在其右。
图中几乎每个距离的频散曲线的相速度，都出现剧烈的起伏跳跃。
从这些曲线中，看不出频散数据随传播距离变化的趋势，也很难找出它们和地层波速断面之间的关联。
估计是由于每道地震记录数据都叠加有多个模态面波的振动，两道互相关相位法在相位校正中容易出现多解的困惑，即使综合处理不同距离的多个两道数据，估计也难于取得稳定的结果。
左图为仅含基阶面波的新记录用邻道互相关相位法求得的一组频散数据曲线图。
和原始记录作同样处理得到的前图相比，可以明显的看出频散数据随传播距离变化的趋势。
和A型地层的实例结果一样，随传播距离的增加，频散曲线也有反映更大的波长(对应于更大的深度)的趋势，但是不象A型地层实例那样简单线性。
C.高波速表层复盖下部低速地层采用的实例为厚层混凝土覆盖地基上作的小道距(0.5m)高采样率(0.03125ms) 地震记录。
在频率波数谱中不仅拾取了基阶面波的频散数据，而且沿其平缓的峰脊向高频段的延伸，不分模态地拾取了相速度数据。
同时也用相邻道互相关相位谱方法，求出沿面波传播距离增大的一组相速度数据，显示在下面的图中：左图为此实例的地震记录波形图。
可以看到长周期面波的波形同相轴，在近激发点的道数据上，还显出叠加上的高频振动，向远道很快衰减。
左图为频率波数谱的上端部分。
其最上端应是基阶面波的能量峰，向下陆续出现几个可分辨的高阶面波能量峰，再向下就是一条平缓的连续能量峰，一直延伸出显示的图框，直至高频段(约2000Hz)。
白色的点线显示拾取的相速度数据反映在频率波数谱中的位置，也表示出拾取时选择的路径。
左图为用上述跨模态拾取方法得到的频散数据曲线。
其下方长波长的数据点，应属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。
其上向短波长方向急剧增大的相速度点，则统属于各个高阶面波的来源，应该是高速覆盖层的弹性波动响应。
可以看出，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。
按上面图示拾取的跨面波模态频散数据，只是轮廓地反映了地层波速断面，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。
左图为此实例的地震记录用邻道互相关相位法求得的一组频散数据曲线图。
不同色调显示距震源不同距离的各相邻道间的频散数据曲线。
为减少曲线间的重合，将相速度(Vc)刻度轴的零点逐个右移，以相应的色调显示在图框的上边，曲线代表的面波传播距离(X)区间数值显示在其右。
图中的这组曲线明确的反映出，随离激发点距离的增大频散数据反映各个模态情况的变化。
只有在小距离的频散曲线上，才能反映地层顶部存在高速的覆盖层。
不同地层结构的面波频散特征和测深方法由以上三个代表不同地层弹性分层结构的面波数据实例，可以归结出它们频散特征的差别。
目前所用的多道面波测深方法(在频率波数域拾取基阶频散数据，再用传输矩阵法作分层反演)对不同地层类型的适用性也是有差别的。
A.波速由表层向底层逐层增高。
▪在时间距离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。
▪频率波数谱的主要能量都集中在基阶面波的峰形中。
▪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。
目前的多道面波测深方法完全可以适应这种地层分层结构类型，时距窗口的设置和基阶模态数据的提取都比较容易得到稳定的结果。
B.底层波速最高，中部含低速层。
▪在时间距离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。
▪频率波数谱的主要能量并不都集中在基阶面波的峰形中，在一些频率波数区域会出现很强的高阶模态面波能量峰。
▪随离震源的距离增大，长波长(反映更大深度)面波的能量比重增大，但同时高阶面波的干涉影响也增强。
目前的多道面波测深方法可以适应这种地层分层结构类型，但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，包括：4.在时间距离域采用更适应于突出基阶模态面波的时距窗口。
5.在采集时使用更多的记录道，提高频率波数谱的分辨能力。
对于此种地层结构，如果采集的通道太少，频率波数谱的分辨率太低，或者企图用时距窗口切除高阶面波的影响，往往在提取基阶频散数据时不容易得到稳定的结果。
C.高波速表层复盖下部低速地层。
▪在时间距离域各道面波低视速度长周期的波形上叠加着随距离增大而衰减的短周期波形。
▪频率波数谱的基阶面波峰形仅出现在小波数(大波长)的区域，往大波数(短波长)范围出现密集到连续不可分的高阶模态能量峰。
▪随离震源的距离增大，反映高波速盖层的高阶频散面波急剧衰减。
目前的多道面波测深方法不完全能适应这种地层分层结构类型，也就是：3.基阶模态面波的频散数据只能反映覆盖层以下的地层波速。