第三章第二节 瑞雷面波法
第3章第2节波反射和折射讲义—2022-2022学年新教材鲁科版(2022)高中物理选择性必修第一册
第3章第2节波反射和折射讲义—2022-2022学年新教材鲁科版（2022）高中物理选择性必修第一册第第2节节波的反射和折射[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道波面、波线的概念，了解波的反射定律及折射定律．科学思维掌握波的反射定律和折射定律，并能解释波的反射与折射现象．科学探究能与他人合作用水波实验探究波的反射规律．科学态度与责任通过学习惠更斯原理及声纳的应用，体验探究科学的艰辛及伟大意义．知识点一波的反射1．．波面和波线(1)波面：从波源发出的波，经过相同传播时间到达的各点所组成的面，称为波阵面或波面，如图所示．波面和波线(2)波线：用来表示波的传播方向的线．波线与各个波面总是垂直的．2．．波的分类(1)球面波：波面是球面的波．如空气中的声波．(2)平面波：波面是平面的波．如水波．3．．波的反射(1)反射现象：波从一种介质传播到另一种介质表面时，返回原来介质传播的现象．(2)反射定律：反射波线、入射波线和法线在同一平面内，反射波线和入射波线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角．波在均匀介质中传播时，波面的形状不变，波线保持为直线．1：：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“某”)(1)只有平面波的波面才与波线垂直．(某)(2)任何波的波线与波面都相互垂直．(√)(3)反射波的频率、波速与入射波相同．(√)知识点二波的折射与惠更斯原理1．．波的折射(1)折射现象：波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象．(2)折射定律：iniinr＝v1v2，，中式中v1和和v2分别是波在介质Ⅰ和介质Ⅱ．中的波速．2．．惠更斯原理(1)内容：介质中波面上的每一个点，都可以看成一个新的波源，这些新波源发出子波，经过一定时间后，这些子波的包络面就构成下一时刻的波面．(2)包络面：某时刻与所有子波波面相切的曲面．(3)无论是反射波还是折射波都与入射波的频率相等，即与波源的振动频率相同．子波的波速与频率跟初级波的波速与频率有怎样的关系？提示：都相等．2：：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“某”)(1)折射波的频率、波速与入射波相同．(某)(2)据据v＝λf知，波长λ与波速和频率有关．(√)考点1惠更斯原理波面一定是平面吗？根据如图思考波线与波面的关系是怎样的．提示：波面不一定是平面．波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．1．．对波线与波面的理解(1)波面不一定是面，如水波，它只能在水面传播，水波的波面是以波源为圆心的一簇圆．(2)波线是有方向的一簇线，它的方向代表了波的传播方向．(3)波线与波面互相垂直，一定条件下由波面可确定波线，由波线可确定波面．2．．惠更斯原理的实质：波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率，此后每一时刻的子波波面的包络面就是该时刻总的波动的波面．其核心思想是介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的．3．．惠更斯原理的局限性：光的直线传播、反射、折射等都能用此来进行较好的解释．但是，惠更斯原理是比较粗糙的，用它不能解释衍射现象与狭缝或障碍物大小的关系，而且由惠更斯原理推知有倒退波的存在，而倒退波显然是不存在的．例【典例1】(多选)下列叙述中正确的是()A．．空间点波源发出的球面波，其波面是一个球面，波线就是以波源为圆心的同心圆B．．平面波的波线是一条直线，其波线相互平行C．．根据惠更斯原理，波面各点都可看作一个子波源，子波前进的方向的包络面就是该时刻的波面D．．利用惠更斯原理，道只要知道t时刻波面的位置和波速，定就可确定t＋Δt时刻波面的位置BCD[球面波的波线沿球面的半径方向，A错误；平面波的波线是一条直线，由于波线与波面垂直，故平面波的波线相互平行，B正确；由惠更斯原理可知，C正确；利用惠更斯原理，只要知道t时刻波面的位置和波速，就可确定另一时刻波面的位置，D正确．]利用惠更斯原理解释波的传播的一般步骤(1)确定一列波某时刻一个波面的位置．(2)在波面上取两点或多个点作为子波的波源．(3)选一段时间Δt．．(4)根据波速确定Δt时间后子波波面的位置．(5)确定子波在波前进方向上的包络面，即为新的波面．(6)由由新的波面可确定波线及其方向．[跟进训练]1．(多选)关于对惠更斯原理的理解，下列说法正确的是()A．．同一波面上的各质点振动情况完全相同B．．同一振源的不同波面上的质点的振动情况一定不同C．．球面波的波面是以波源为中心的一个个球面D．．无论怎样的波，波线始终和波面垂直ACD[按照惠更斯原理：波面是由振动情况完全相同的点构成的面，而不同波面上质点的振动情况可能相同，如相位相差2π整数倍的质点的振动情况相故同，故A对，B错；由波面和波线的概念，不难判定C、D对．故正确答案为A、、C、D．]考点2波的反射如图所示，一场大雪过后，人们会感到外面万籁俱静．这是怎么回事？难道是人的活动减少了吗？提示：刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔．当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射．由于气孔往往是内部大而口径小．所以，仅有少部分波的能量能通过口径反射回来，而大部分的能量则被吸收掉了．所以不是人的活动减少了．1．．对波的反射的理解(1)波发生反射时波的传播方向发生了变化．(2)反射波和入射波在同一介质中传播，介质决定波速，因此波速不变，波的频率是由波源决定的，因此波的频率也不改变，式根据公式λ＝vf，可知波长也不改变．2．．波的反射现象的应用(1)回声测距：①当声源不动时，声波遇到了障碍物会返回来继续传播，反射波与入射波在同一介质中传播速度相同，因此，入射波和反射波在传播距离一样的情况下，用的时间相等，间设经时间t听到回声，为则声源距障碍物的距离为＝v声t2．②度当声源以速度v向静止的障碍物运动或障碍物以速度v向静止的声源运动时，为声源发声时障碍物到声源的距离为＝(v声＋＋v)t2．③度当声源以速度v远离静止的障碍物或障碍物以速度v远离声源时，声源离发声时障碍物到声源的距离＝(v声－－v)t2．(2)超声波定位：蝙蝠能发出超声波，超声波遇到障碍物或捕食目标时会被反射回来，蝙蝠就根据接收到的反射回来的超声波来确定障碍物或食物位置，从而确定飞行方向．另外海豚、雷达也是利用波的反射来定位或测速的．例【典例2】】以有一辆汽车以15m/的速度匀速行驶，在其正前有一陡峭山崖，笛汽车鸣笛2后司机听到回声，此时汽车距山崖的距离多远？(v声＝＝340m/)[解析]若汽车静止，问题就简单了．现在汽车运动，声音传播，如图所示为汽车与声波的运动过程示意图．由设汽车由A到到C路程为1，C点到山崖B距离为；声波由A到到B再反射到到C路程为2为，因汽车与声波运动时间同为t，则有2＝1＋＋2，，即即v声t＝v汽t＋2以所以＝v声－v汽t2＝340－15某22m＝325m．．[答案]325m[跟进训练]2．．差人耳只能区分相差0.1以上的两个声音，人要听到自己讲话的回声，人离障碍物的距离至少要大于多少米？(已知声音在空气中的传播速度为340m/)[解析]从人讲话到声音传到人取耳的时间取0.1时，人与障碍物间的距离时最小．单程考虑，声音从人传到障碍物或从障碍物传到人耳时t＝0.12＝0.05，，离故人离障碍物的最小距离＝vt＝340某0.05m＝17m．．[答案]17m考点3波的折射如图所示，骆驼队白天在沙漠中行走时，队伍后面的喊声，队伍前面往往听不到，而夜晚就不同，听的比较清楚，这是什么原因？提示：白天近地面的气温较高，声速较大，声速随离地面高度的增加而减小导致声音传播方向向上弯曲；夜晚地面温度较低，声速随离地面高度的增加而增加，声波的传播方向向下弯曲，这也是在夜晚声波传播地比较远的原因．1．．波的反射、折射现象中各量的变化(1)波向前传播在两种介质的界面上会同时发生反射现象和折射现象，一些相关物理量变化如下：波现象比较项波的反射波的折射传播方向改变i＝i′改变r≠i率频率f不变不变速波速v不变改变长波长λ不变改变(2)说明：①率频率f由波源决定，，故无论是反射波的频率还是折射波的频率都等于入射波的频率．②速波速v由介质决定，因反射波与入射波在同一介质中传播，故波速不变；折射波与入射波在不同介质中传播，波速变化．③据根据v＝λf，波长λ与与v及及f有关，即与介质和波源有关，反射波与入射波在同一介质中，波速相同、频率相同，故波长相同．折射波与入射波在不同介质中传播，v不同，，f相同，故故λ不同．2．．对折射定律的理解(1)表达式：iniinr＝v1v2．(2)理解①折射的原因：波在两种介质中的传播速度不同．②由于波在一种介质中的波速是一定的，，所以v1v2是一个只与两种介质的性质有关，与入射角、折射角均无关的常数，叫作第二种介质相对第一种介质的折射率，以所以n21＝v1v2．③当当v1>v2时，，i>r，，折当射波的波线靠近法线；当v1<v2时，，i<r，，折射波的波线远离法线．当垂直于界面入射(i＝0°)时时，，r＝0°，，传播方向不变．例【典例3】】如图所示，以某列波以60°的入射角由甲介质射到乙介质的界面上同时发生反射和折射，为若反射波的波线与折射波的波线的夹角为90°，，此波在为乙介质中的波速为1.2某105km/．．(1)该波的折射角为多大？(2)该波在甲介质中的传播速度为多少？(3)该波在两种介质中的波长比为多少？[思路点拨]解答本题时应注意以下几点：(1)由几何关系求折射角；(2)由折射定律求波速；(3)由由v＝λf及波在两种介质中频率相同求波长之比．[解析](1)由反射定律可得反射角为60°，由题图的几何关系可得折射角为r＝30°．．(2)由波的折射定律得v甲v乙＝iniinr以，所以v甲＝iniinr·v乙＝in60°in30°·v2＝3212某某1.2某105km/＝2.08某105km/．．(3)因波长λ＝vf，又因为波在两种介质中的频率相同，则λ甲λ乙＝v甲v乙＝iniinr＝＝3．．[答案](1)30°(2)2.08某105km/(3)3处理波的折射问题的三点技巧(1)弄清折射现象发生的条件：当波从一种介质斜射入另一种介质时，波才发生折射现象．(当波垂直入射时不发生折射现象)(3)计算时，注意公式“iniinr＝v1v2”合中角度与速度的对应；另外，可结合v＝λf及频率不变的特点，将公式转化为波长与角度的关系iniinr＝λ1λ2解决有关波长的问题．[跟进训练]3．．中图中1、2、3分别代表入射波、反射波、折射波的波线，则则()A．2与与1的波长、频率相等，波速不等B．2与与1的波速、频率相等，波长不等C．3与与1的波速、频率、波长均相等D．3与与1的频率相等，波速、波长均不等D[波波1、2都在介质a中传播，故1、2的频率、波速、波长均相等，A、、B错；波1、3是在两种不同介质中传播，波速不同，但波源没变，因而频率相等，由λ＝vf故得波长不同，故C错，D对．]1．(多选)以下关于波的认识，正确的是()A．．潜水艇利用声呐探测周围物体的分布情况，用的是波的反射原理B．．隐形飞机怪异的外形及表面涂特殊吸波材料，是为了减少波的反射，从而达到隐形的目的C．．雷达的工作原理是利用波的直线传播D．．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象ABD[本题考查波的反射、折射现象在实际问题中的应用．声呐、雷达都是利用接收反射波来进行定位，A正确，C错误；D选项中水波的传播方向发生，改变属于波的折射现象，D正确；隐形飞机是通过减少波的反射达到隐形的目的，B正确．]2．(多选)下列说法正确的是()A．．任何波的波线都表示波的传播方向B．．波面表示波的传播方向C．．只有横波才有波面D．．波传播中某时刻任一波面上各子波波面的包络面就是新的波面AD[波线表示波的传播方向，故A选项正确，B选项错误；所有的波都具故有波面，故C选项错误；由惠更斯原理故可知，故D选项正确．] 3．．甲、、乙两人平行站在一堵又高又宽的墙前面，，距二人相距2a，，为距墙均为3a，，当甲开了一枪后，在乙在t时间后听到第一声枪响，则乙听到第二声枪响的时间为()A．．枪甲开枪t后B．甲开枪2t后后C．．枪甲开枪3t后D．甲开枪4t后后B[设声速为v，乙听到第一声枪响必然是甲开枪的声音直接传到乙的耳朵故中，故t＝2av①甲、乙两人与墙的位置如图所示，乙听到的第二声枪响必然是墙反射的枪声，由声波的反射定律和几何关系得：AC＝BC＝AB＝2a．．故乙听到第二声枪响的时间t′＝AC＋BCv＝4av②由①②得：t′＝2t，故B对．]4．(新情境题，以“超声波”为背景，考查波的反射)医用B超仪发出的超为声波频率为7.25某104Hz，，为这种超声波在人体内传播的...。
瑞雷面波法在仰拱厚度检测中的应用
瑞雷面波法在仰拱厚度检测中的应用摘要：隧道仰拱是直接承受车辆动荷载的持力层，其厚度不足是影响列车行车安全的重要因素。
本文结合采用瑞雷面波法研究其在隧道仰拱厚度检测中的应用。
结果表明:瑞雷面波法可用于隧道仰拱厚度检测，特别是对钢筋混凝土段仰拱及地质雷达难以检测的仰拱，瑞雷面波法可以取得良好的检测效果，且检测的厚度与开孔实测结果相差不大；在目前隧道仰拱及填充层厚度设计厚度1~2m的情况下，建议震源—检波器接收系统对波形的主要激发和接收频率在1000Hz左右。
0引言瑞利面波是英国数学物理学家瑞利(Rayleigh) 在1887年发现的一种沿自由表面传播的波[1]，瑞雷面波勘探是近年来发展起来的一种新的浅层地震勘探技术。
在传统的地震勘探中，以纵波为主，面波属于干扰波，而瑞雷波勘探方法则是利用瑞雷波在不均匀介质中的频散特性进行浅层勘探的一种方法。
二十世纪50年代初，Haskell[2]等人发现了瑞雷波在层状介质中传播的频散特性，此后人们对瑞雷波在各种介质中的传播特性进行了广泛的研究，并逐步形成成熟的理论，应用于生产实践中。
据国内外文献资料报道，瞬态瑞雷面波法在地基勘察、岩溶探测、桩基检测和混凝土质量检测等方面都取得了良好的效果。
1 瑞雷波法的工作原理在瑞雷波勘探中，瑞雷波沿地表传播，其穿透深度约为一个波长，不同波长的瑞雷波具有不同的穿透深度。
因此，不同波长的瑞雷波的传播特性反映了地下不同深度的弹性参数情况，同一个波长的瑞雷波在水平方向的传播特性则反映了地下介质在水平方向上弹性力学性质的变化情况，这就是瑞雷波勘探的基本原理。
在瑞雷面波勘探发展历程中，经历了稳态面波法[3]、面波谱分析法（SASW）[4]和多道瞬态面波法（MASW）[5]，本课题选取最新的多道瞬态面波法（MASW）作为隧道仰拱厚度的检测方法。
多道瞬态面波法（Multichannel analysis of surface waves）是一项相对较新的技术。
1.7瑞雷波法
7.3.3.2 层速度与厚度解释 1．解释步骤 1）频散曲线的绘制
在以土体为勘探对象的工作中，以实测VR 为横坐标，以H = 0.8λR 为纵坐标绘制VR - 0.8λR曲线，这样绘制的频散曲线，纵坐标可近 似代表勘探深度
2）定性解释
分析频散曲线的形态和变化规律，初步确定可能的层数以及各 层厚度和速度可能的范围
7
瑞雷波法
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。
均匀半空间瑞利面波的传播特征
1. 瑞利面波的速度
与泊松比有关，约为横波速度的0.91-0.95倍；
7.1 勘探原理 瑞雷波沿地面表层传播，表层的厚度约为一个波长， 因此，同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水 平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波的传播特性反映着 不同深度的地质情况。
V Ri x / t i V Ri
2f i x / i
（1.7.1）
已知在图中0.8~1.2m 间有一宽度为1cm 的裂隙，其中充填了砂土。 在裂隙处形成“U”字形
7.4.4 地下空洞和掩埋物探测
图1.7.15 是旧煤矿矿井的探测实例， 图中 （a）是工作布置图， （b）是实测的6个间 距的频散曲线
利用70Hz 和23Hz 的速度值分别确定管道的上下边界，利用50Hz 曲线 确定管道的水平位置。两处解释推断的管道位置如图1.7.16 所示，已 知该处管道埋深0.9m，直径约1m，底坐厚度不详，解释的管道顶部埋 深为0.8m，与实际情况误差0.1m。
（ V R f 曲 线 → （ λ =VR/f ） → VR R 曲 线 → (H= β × λ R) → VR—H 曲线）
浅析瑞雷面波法路基压实度的无破损检测
原理及检测方 法进行 了介绍 ， 为相关工程 应用提供 了可靠的经验 。 关键词 ： 雷面波法 ； 瑞 路基压 实度 ； 无破损 检测 ； 高速公路 中图分类号 ： ４ ５ １ Ｕ １． ５ 文献标识码 ： Ａ
△ 则相邻道 长度内瑞雷面波波速为 ： ，
Ｖ Ａ ／ｔ ￣ ｘ 或 ２ △ ／ Ａ △ 测量范围 ｎ ｘ Ａ 平均波速为 ：
２０ ０６年 第 １ 卷 第 １ 期 ６ １
收稿 日期：０ ５ １— ７ ２０—２２
浅析瑞雷面波法路基压实度的无破损检测
崔树 国
（ 山市交 通局 ， 唐 河北唐山 ， ３０ ） ０ ００ ６
摘 要： 结舍唐港 高速公路路基 工程 无破 损检测 实例 ， 对瑞 雷面波法公路 无破 损检测
利用瑞雷面波法进行公路无损检测时 ， 主要是 利用瑞雷面波 速度在 分层介质 中的频散特性 、 传播速 度、 与介质密度的相关性来进行 检测 。 当 在介质表面施加一瞬态激振力 时 ， 会产生不 同频率 厂 的瑞雷面波 ， 不同频
３ 仪 器设 备
测试 工作采用 北京水 电物探研究所研 制的 ｓ —ｌ ｗｓ 型多功 能地震 面波仪 ， 仪器性 能指标如下 ： 面波地震 通道 ２ ； ４道 放大器为 瞬时浮点放
大器； 前放增 益 １０ （０ Ｂ ； 率响应 ０ ｚ ２３ ｚ动态 范围为 ０ 倍 ４ ）频 ｄ ． Ｈ 一 ０Ｈ ５ １ ０
率， 的瑞雷面波反映不同深 度介 质的密度变化情况 。 ， 那么 在沿波 的传播 方 向以相 同检波距 布设 ｎ １ ＋ 个检波器 ，即可接收到 ｎ ｔ ａ 长度范 围内 的面波 ， 其频率 为 相邻检波器记录的瑞雷面波 时差 为 ， 设 ， 相位差 为
ｉ＝ ｌ ｉ＝ １
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。
瑞雷面波勘探法的资料处理与解释
瑞雷面波勘探法的资料处理与解释徐元璋;高桥松【摘要】瑞雷波常称为面波.瑞雷面波勘探方法是一种新型的地球物理勘探方法,是近期发展起来的一种浅层工程地球物理新方法.瑞雷面波勘探法最基本的理论是其频散特性.当介质为半无限弹性介质时,在自由空间和弹性介质分界面上将会出现一种波,这就是瑞雷波.面波勘探法主要有稳态法和瞬态法,两种勘探方法的区别在于震源不同,前者是以一单频率的瑞雷波来获取速度曲线,而后者需要分析叠加在一起的瑞雷波.两种方法最后得到的结果相同,但实现的技术路径截然不同,表现出各自的特点.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2013(010)001【总页数】5页(P76-80)【关键词】瑞雷波;频散特性;稳态法【作者】徐元璋;高桥松【作者单位】长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉430100;长江大学地球物理与石油资源学院,湖北武汉430100【正文语种】中文【中图分类】P631.41 引言瑞雷波常称为面波，它的大部分能量集中在自由表面附近的小区域内并沿界面传播。
瑞雷波是介质中纵波和横波耦合的结果，具有传播速度低、水平方向衰减小、抗干扰强等特点［1～3］。
瑞雷波勘探方法是一种新型的地球物理勘探方法，是近期发展起来的一种浅层工程地球物理新方法，由于该方法操作简单、探测速度快、能够一次获得与深度有关的地层面波速度参数的特点，因而在工程地质勘察和工程质量检测领域得到了广泛的应用［4，5］。
本文介绍了瞬态瑞雷波法的原理及其相应的数据处理和解释方法。
通过面波的频散曲线可对浅部地下岩层进行速度分层，并通过瑞雷波的速度转换为横波速度，分析岩土的性质及介质的变化，并且还可以调查地层中的软弱夹层、地下空洞等，与折射波相比，面波法反演地层具有其无可比拟的优点。
2 瑞雷面波勘探法的原理在一个均匀弹性半空间内，假设表面是自由界面，设其下均匀弹性介质的密度为ρ、弹性常数λ、μ，以xoy面为自由界面的表面，z轴轴无关垂直向下，建立直角坐标系，瑞雷面波在zox平面内传播，使这些扰动与y无关，既而简化为二维问题［6，7］。
瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用
程地质岩土层 的划分等工作 。
在 公 路 工 程 地 质 勘 察 中 ， 雷 面 波 勘 探 可 瑞
・
由于在传统 的时间域 — Ｐ变换 过程 中 ，
３８ ・
２１ ０２年第 １ 期
何伟 兵
瑞雷 面波勘 探理 论方 法 的研究及 其 应用
总第 １５期 ４
２１ ０ ２年第 １ 期
广 东公 路勘察 设计
总第 １５期 ４
瑞 雷 面 波 勘 探 理 论 方 法 的研 究 及 其 应 用
何伟兵
（广东省公路勘察规划设计 院股份有限公司 ， 广州 ５ ００ ） １５ ７
摘
要 ： 雷面波法是近几年应用于工程地质勘察 中的一种有效勘 察方法 。本 文中首 先采用频 率空 间域 一Ｐ 瑞
在地 面上产 生一 瞬时 冲击 力 ， 生 一定 频率 范 产 围的瑞雷 面波 ， 同频率 的瑞 雷 面波叠 加在 一 不
局 部异 常区域 ， 以满 足 高 精 度探 测 的 要求 。 难
本 文 针 对 这 两 点 问 题 ， 出 了频 率 空 间 域 — 给 Ｐ
起， 以脉 冲的形式 向前传播 ， 利用地面上 的检波
器记 录一个排列 的瑞雷 面波 ， 经过频谱分析 ， 相
位谱 分 析 ， 各 个 频 率 的 瑞 雷 面 波 分 离 开 来 ， 把 从 而 可得 多 条 频 散 曲线 ， 据 此 曲线 ， 根 即可 进 行 工
变换提取瑞雷面波 的方法 以及采用相邻两道来
计 算 频 散 曲线 的公 式 。
都得到政府 的大力支持 。高速公路 建设作为我
国基 础 设 施 建 设 中重 要 的 组 成 部 分 ， 后 在 各 先 地 掀 起 了建 设 的高 潮 。高 速公 路设 计 与 施 工 离 不 开 其 前 期 的 工 程 地 质 勘 察 工 作 ， 此 各 种 工 因 程 地 质 勘 察 技 术 方 法 的研 究 和 推 广 越 来 越 受 到 高 速公 路 建 设 相 关 行 业 专 家 们 的极 大 关 注 。 瞬 态 瑞 雷 面 波 法 … 是 近 几 年 应 用 于 工 程 地 质 勘 察 中 的 一 种 有 效 手 段 ， 具 有 装 备 轻 便 ， 工 效 它 施 率 高 ， 本 低 ， 探 深 度 大 等 优 点 ， 而 越 来 越 成 勘 因 受 到 同行 们 的青 睐 。 瑞 雷 面 波 法 分 为 稳 态 和 瞬态 瑞 雷 面 波 法 两 种 。稳 态 法 装 备 较 为 笨 重 ， 工 效 率 低 ， 本 施 成 高 ， 探深度一般只有 １ ．ｍ左 右 ， 此 ， 勘 ０Ｏ 因 目前 常 用 的是 瞬态 瑞 雷 面波 法 。瞬 态 瑞 雷 面 波 法 是
瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用
瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用何伟兵【摘要】瑞雷面波法是近几年应用于工程地质勘察中的一种有效勘察方法.文中首先采用频率空间域T-P变换来提取瑞雷面波,它能有效压制假频和端点效应;其次采用相邻道计算频散曲线,能准确检测局部和小区域异常.使得在工程地质勘察中地质条件差时也能大大提高瞬态瑞雷面波勘探的可行性,并提高了纵、横向分辨率和精度.通过梅龙高速公路某段试验解译与钻探资料的对比分析,说明了本方法的有效性和实用性.【期刊名称】《广东交通职业技术学院学报》【年(卷),期】2010(009)003【总页数】3页(P27-29)【关键词】瑞雷面波;频率空间域T-P变换;相邻道【作者】何伟兵【作者单位】广东省公路勘察规划设计院有限公司,广东广州,510507【正文语种】中文【中图分类】TU459.3瞬态瑞雷面波法[1]是近几年应用于工程地质勘察中的一种有效手段。
瑞雷面波法分为稳态和瞬态瑞雷面波法两种。
稳态法装备较为笨重，施工效率低，成本高，勘探深度一般只有10.0 m左右，因此，目前常用的是瞬态瑞雷面波法。
瞬态瑞雷面波法是在地面上产生一瞬时冲击力，产生一定频率范围的瑞雷面波，不同频率的瑞雷面波叠加在一起，以脉冲的形式向前传播，利用地面上的检波器记录一个排列的瑞雷面波，经过频谱分析，相位谱分析，把各个频率的瑞雷面波分离开来，从而可得多条频散曲线，根据此曲线，即可进行工程地质岩土层的划分等工作。
在公路工程地质勘察中，瑞雷面波勘探可以得到各地质层的厚度及弹性波的传播速度，能方便地划分出软弱层的埋深及范围；通过对实测资料的反演拟合解释，可得出岩、土层的横、纵波速度，密度等参数，进而计算出其它参数；可测出路面、路基的波速，进而计算出路面的抗折、抗压强度及路基的压实度、抗压强度、载荷能力、介质的均匀性和各结构层的厚度。
并且可实现高速公路各质量指标随年代变化的连续监控。
传统的瞬态瑞雷面波法，首先是普遍采用f-k变换来提取瑞雷面波，所提取的面波记录中假频和端点效应较为严重；其次采用多道记录(一般不少于6道)来计算频散曲线，将此频散曲线作为该排列中心点处的频散曲线，这样所获频散曲线是多道的综合效应，即水平方向整个排列长度内介质的加权平均，未考虑土体侧向作用(即深度)的影响，从而降低了瑞雷面波法探测的纵横向分辨率，不易探测小规模和局部异常，难以满足高精度探测的要求。
瑞雷面波勘探
瑞雷面波勘探及软件应用摘要本文主要介绍SWS型多波列数字图象工程勘察与工程检测仪和其配套的SWS瞬态面波数据处理软件的使用方法，通过对其工作原理和瑞雷面波理论的介绍，说明多道面波采集系统在发展瞬态面波法方面的关键作用。
并且通过一个实例具体说明如何使用该仪器进行野外数据的采集及数据处理软件的使用。
关键词SWS瞬态面波数据处理软件；多道面波采集系统；瞬态面波法AbstractThis text introduce SWS type many wave arrange digital vision project reconnoitre wave operation method ,data processing of software the related to project detector and its SWS transient state mainly，Pass to its operation principle and theoretical introduction of auspicious Ray a wave，Prove many dishes of surface wave gather system wave key effect ,law of developing transient state。
And concrete to prove how about to use this software to go on datum gathering ,graph processing and analysing through one instance。
KeywordsWave data processing software SWS; Many dishes of surface wave gather the system; Wave law the transient state目录前言 (1)1．工作目的及原理 (2)1.1工作目的 (2)1.2瞬态瑞雷面波法的原理 (2)2. 野外工作方法 (4)2.1仪器介绍 (4)2.2数据采集 (4)2.3注意事项 (6)3瞬态面波数据处理软件 (8)3.1 软件简述 (8)3．1．1 数据处理概要 (8)3．1．2 SWS软件依据的原理 (8)3.2处理过程 (8)3．2．1 文件处理流程页面 (8)3．2．2 X-T域处理页面 (10)3．2．3 F-K 域处理页面 (10)3．2．4 Z-V 域处理页面 (11)3.2.5 辅助页面（清理X-T文件，对比SWS文件，共用图形工具） (14)4 应用实例 (15)致谢 (19)参考文献 (20)附图 (21)前言瑞雷面波是沿地表传播的一种弹性波。
瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用
瑞雷面波勘探理论方法的研究及其应用瑞雷面波是一种在地震波传播过程中形成的表面波，其频率范围通常为0.02-10Hz。
瑞雷面波的特点是振幅大、频率较低、传播速度缓慢。
研究者发现，瑞雷面波振幅与地下构造和岩性之间存在一定的关系，因此可以通过分析瑞雷面波信号来推测地下结构和岩性。
为了研究瑞雷面波的物理特性和勘探应用，研究者采用了多种方法。
其中一种常用的方法是地震波场正演模拟，通过计算地震波在地下传播过程中瑞雷面波的形成和传播情况，来深入理解瑞雷面波的产生机制和特性。
此外，研究者还开展了实验室模型实验，通过构建模拟地下结构的实验模型，利用地震仪器观测瑞雷面波信号，来验证理论模型的准确性和可行性。
1.地下结构探测：瑞雷面波对地下结构具有较好的分辨能力，可以用于探测断裂带、地下岩层界面和隐蔽构造等地质特征。
该方法在石油勘探、地震灾害研究等方面具有重要的应用价值。
2.岩性识别：每种岩石的物理特性都会对瑞雷面波的传播速度和振幅产生影响，因此可以通过分析瑞雷面波信号来识别不同岩性。
这对于地下水资源调查、选址勘探以及建筑工程等应用领域来说都具有重要意义。
3.地下污染探测:地下污染是一个严重的环境问题，传统的地下勘探方法对于污染物的探测有一定的局限性。
而瑞雷面波勘探方法能够提供高精度的地下结构信息，可以用于地下污染物的定位和监测。
4.地震预测：瑞雷面波与地震活动有一定的关联性，地震前后的地下结构变化会导致瑞雷面波信号的变化。
因此，通过分析瑞雷面波信号可以辅助地震预测和地震监测工作。
总之，瑞雷面波勘探理论方法在地球物理勘探中具有重要的地位和广泛的应用前景。
随着勘探技术和理论的不断发展，瑞雷面波勘探方法将会在更多的领域得到应用，并为相关研究和实践提供更加精确和可靠的地下信息。
瑞雷面波测深法在二连盆地乌兰察布坳陷铀资源勘探中的应用研究
瑞 雷面 波测 深法在 二连盆 地乌兰察布坳 陷 铀 资 源 勘探 中 的应 用研 究
陈 霜 ，谭 捍 东 １ ，徐 贵 来 ，吴 曲 波 。 ，潘 自强 ｚ ，王 欢 。
（ １ － 中 国地 质 大 学 （ 北京 ） ，北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ；２ ． 核 工 业 北 京 地 质研 究 院 ， 中核 集 团 铀 资 源 勘查 与 评 价 技 术 重 点 实 验 室 ，北 京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ；３ ． 核工业 ２ ０ ８大 队 ，内 蒙古 包 头 ０ １ ４ ０ １ ０ ）
Ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ２ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；３ ． Ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ａ ｒ ｔ ｙ Ｎ ｏ ． ２ ０ ８ ，Ｃ Ｎ Ｎ Ｃ，Ｂ ａ ｏ ｔ ｏ ｕ ，Ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｍｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ
层 位 信 息 ，可 以弥 补 反 射 波 地 震 测 深 应 用 的 不 足 ，对 浅 层 沉 积 层 定 位 具 有 积 极 的指 导 意 义 ，能 够 指 导
区域 地 质 找 矿 工 作 。 ［ 关键 词 ］瑞 雷 面波 ；浅 部 地 层 ；铀 资 源 ；乌 兰 察 布坳 陷 ［ 中 图 分 类 号 ］Ｐ ６ ３ １ ． ３ ；Ｐ ６ １ ９ ． １ ４ ；Ｐ ３ １ ５ ． ３ １ ［ 文 献 标 志 码 ］Ａ ［ 文章编 号］１ ６ ７ ２ — ０ ６ ３ ６ （ ２ ０ １ ３ ）
０ ４ － ０ ２ ３】 － ０ ６
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｒａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ ｗａ ｖ ｅ ｓ ｏ ｕ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｎ ｕ ｒ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ
4实验四地震勘探实验（面波法）
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。
瑞雷面波勘探法的资料处理与解释_徐元璋
７８ 工 程 地 球 物 理 学 报 （Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ） 第１０卷
图２ 时间－空间域到频率－波数域的二维傅里叶变换示意 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｏｆ ｔｉｍｅ－ｓｐａｔｉａｌ ｄｏｍａｉｎ ｔｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ
（Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｏｉｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ Ｈｕｂｅｉ ４３０１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ ｉｓ ｏｆｔｅｎ ｃａｌｌｅｄ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｒｅｃｅｎｔｌｙ．Ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｉｔｓ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒ－ ｉｓｔｉｃｓ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ ｉｓ ｓｅｍｉ－ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｅｄｉｕｍ，ｉｎ ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ａ ｗａｖｅ ｗｉｌｌ ａｐｐｅａｒ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ．Ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈ－ ｏｄ ｍａｉｎｌｙ ｒｅｆｅｒｓ ｔｏ ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ｌｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅｉｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｉｓ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ ｓｐｅｅｄ ｃｕｒｖｅ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌａｙｉｎｇ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅｓ．Ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｓａｍｅ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｔｈｓ ａｒｅ ｑｕｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｗａｖｅ；ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
面波法勘探在工程勘察中的应用
第一章地震面波简介
地震波是地震震源在地球介质中产生的扰动。在有介质分界面存在时，地震波除了像反射波和折射波那样在整个介质体内传播的体波外，还存在一类沿介质自由界面传播的面波，当它沿着自由表面传播时，其能量主要集中在自由表面附近，并随着深度的增加能量迅速衰减。面波按其类型主要有瑞雷面波和勒夫面波两大类。
检波器：用于接收地震波信号，面波采集时应采用低频检波器。
触发开关：触发开关通过导线连接震源和地震仪，以保证震源的激发的同时地震开始记录数据，使所采集的地震信号具有时间特性。
震源：一般的浅层面波勘探常采用锤击震源，也可采用落重或炸药震源。
电源：根据不同的仪器要求，配备相适应电源。
2．2．2数据采集
1、侧线布置
第三章瑞利波资料整理与解释
3．1面波频散曲线的深度解释
要利用面波频散曲线进行地层划分，首先要确定面波波长与深度的转换系数β，以便将面波f-V 曲线转换为H-V 曲线。
瑞雷面波方法在皖北地区高速公路桥梁勘察中的应用
面波 试 验 的 方 法 ， 获 得 岩 土 体 弹 性 波 速 度 ，进 行 划 分 建 筑 场 地 类 别 、评 价 地 震 效 应 的研 究 。 通 ，采 用瑞雷 面波试验 方法有 效性和可行性 分析 ，表 明它是一种 简便 、快速 、准确 、高效的
第 ２ 卷 第 ４期 ０
２ １ 年 １ 月 ０ ０ ２
安徽地 质
Ｇ ｅ ｌ ｇ ｆ ｎ ｕ ｏｏ ｙｏ Ａ ｈ ｉ
Ｖ １ ０ Ｎｏ ４ ０ ２ ＿． ． Ｄｅ ｅ ｂ ｒ ２ １ ｃ ｍ ｅ ０ ０
文章 编 号：０ ５ １ ７２ １ ）４ ０ Ｏ — ３ １ ０ —６ ５ （０ ＯＯ — ３ ３
经济方法 。
关 健 词 ：孔 内剪 切 波速 ； 雷 面 波 ； 瑞 场地 类 别 ； 勘 察 ； 用 工程 应 中 图 分 类 号 ：Ｐ ３ ＿ ６ｌ ４ 文献 标 志 码 ：Ａ
方 法 ，常 用 地 表 激 发 孔 中 接 收法 ，本 次 详 勘 亦 采 用
０ 引言
单 孔 地 表 激 发 孔 中接 收法 ，设 备 是 武 汉 岩海 公 司基
传 统 的单 孔 检 层 法 就是 在 一 个 垂 直 钻 孑 中进 行 扩散 。 Ｌ
波 速 测 试 ，按 照 震 源 和 检 波 器 在 钻 孔 中 所 处 的 位
置 ，可分 为①地表激发孑 中接收法： Ｌ Ｌ ②孑 中激发地表 应用 瑞 雷 面波 法进 行 现场 测试 时 ，实 测 数据 接 收法 ； 孔 中激 发孔 中接 收法 ； 孔底 法 等 四种 测 试 采 集 系 统 采 用 吉 林 大 学 工 程 技 术 研 究 所 研 制 的 ③ ④
瑞 霄面渡方 法在 皖北地 区高速公 路
桥 梁勘察 中的庭 用
1.7瑞雷波法
7 瑞雷波法瑞雷波法勘探实质上均匀半空间瑞利面波的传播特征 1. 瑞利面波的速度2.瑞利面波的质点振动轨迹3.瑞利面波穿透深度与波长的关系4.瑞利面波的衰减瑞利面波法与其它地震方法比较有以下2方面的特点：1.不受地层速度差异的影响2.纵横向分辨率高。
激发震源7.1 勘探原理瑞雷波沿地面表层传播，表层的厚度约为一个波长，因此，同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波的传播特性反映着不同深度的地质情况。
⎪⎭⎪⎬⎫ΔϕΔ=ΔΔ=i i Ri iRi x f V t x V /2/π （1.7.1）（f V R −曲线→（λ=V R /f ）→R R V λ−曲线→(H=β×λR )→V R —H 曲线）7.2 资料采集1.稳态法2.瞬态法7.3 资料的处理与解释7.3.1 稳态法t x V R ΔΔ=/7.3.3 综合解释7.3.3.1 各种波速和能量与介质特性的关系瑞利面波与横波速度和泊松比的关系对于一般岩石泊松比25.0=σ左右，穿透深度约为0.65λR 。
对于土体而言，泊松比45.04.0−=σ，则穿透深度R H λ)84.079.0(−。
对于淤泥质软塑土层，穿透深度可取R λ85.0。
2．瑞雷波能量与介质特性7.3.3.2 层速度与厚度解释1．解释步骤1）频散曲线的绘制在以土体为勘探对象的工作中，以实测V R 为横坐标，以H =0.8λR 为纵坐标绘制V R-0.8λR曲线，这样绘制的频散曲线，纵坐标可近似代表勘探深度2）定性解释分析频散曲线的形态和变化规律，初步确定可能的层数以及各层厚度和速度可能的范围3）定量解释利用多种分析计算层速度和厚度的方法，综合解释出各层的速度和层厚度。
此外，还可利用初步解释结果，进行正演拟合计算，从而反演出最佳结果。
2．层厚度与速度的解释1）层段的划分层段的划分主要有两种方式一次导数极值点法拐点法2）层速度的计算7.4 实际应用7.4.1 岩土物理力学参数计算7.4.2 地基勘察7.4.3 路面检测已知在图中0.8~1.2m 间有一宽度为1cm 的裂隙，其中充填了砂土。
瞬态瑞雷面波测试简述
瞬态瑞雷面波测试简述0．检测原理瑞雷面波法检测根据击振源的不同分为稳态和瞬态。
瞬态瑞雷面波法测试需先求得在路基上激发的瞬态瑞雷面波的频散曲线，不同频率的瑞雷面波具有不同的波长，其平均速度就反映了不同深度范围内的介质性质。
通过分析频散曲线图，用拐点法或渐近线法确定各分层介质的分层界面，然后用等效半空间法计算获得各层的瑞雷面波波速，在建立瑞雷面波速与路基路面分层介质物理力学参量之间的对应关系式，从而实现由实测的瑞雷面波对公路质量的无损检测。
1．检测系统的真确配置和方案确定检测系统的正确配置和检测方案的正确确定是保证检测精度和检测可靠性的关键。
检测系统配置主要由振源、检波器、电荷放大器、计算机分析处理系统和资料输出的打印机组成。
振源是产生所需频率范围的机具，一般采用锤击、落重、爆炸等方式。
检波器是安置在地面用于拾取介质的传感器。
可以把振动的机械能转换成电信号。
目前，使用的检波器有动圈电磁式的速度传感器和压电晶体式的加速度传感器。
电荷放大器是用于放大采集的信号以更好的提取所需的信号部分。
2．检测方案检测前，应对现场路面进行调查后，根据具体的测试对象，进行检测方案的设计。
通常情况下，主要考虑以下几点内容：（1）振源的选择：在进行路基压实度检测时，可用小铁板垫着再用铁锤迅速猛锤击小铁板，根据实测的频散曲线图分析在压实路基图的检测中，所需的击发频率一般为：150～300Hz,用小铁锤即可击发足够的频率带宽，瑞雷面波信号采集仪器的采样频率一般选择1024Hz即可：在混凝土路面检测时要获取高频的振源（一般为3000～5000Hz）,小铁锤击发的频率已不能满足。
经过反复的振源选择，发现可采用用小钢球猛甩击地面以获得高频击发源。
（2）垂向传感器的选择：检波器是安置在地面用于拾取介质振动的传感器。
可以把在路基的检测中因为需要的正源频率较低一般为200Hz左右，故检波器可选用中低频地震式传感器，因为它具有频率范围宽，对冲击振动的频响特性好等特点。
物探方法-瞬态瑞雷波法PPT文档67页
瑞雷波的能量主要集中在介质的自由表 面附近，其深度大体在一个波长深度范围 内，由半波长理论，所测量的瑞雷波的平 均波速vR 可以认为是半波长深度处介质的 平均弹性性质，即勘探深度是
H=R/2=v7)可知，频率越高，波长R越短， 勘探深度越小;反之，频率越低，波长
物探方法-瞬态瑞雷波法
瑞雷波勘探方法是近年来发展起来 的浅层地震勘探新方法。由于瑞雷 波速度同剪切波速度及岩、土力学 参数有着密切的关系，
若波从A点传播到B点，它们之间的变化
完全是频散引起的，则应有下列的关系
式
F 2 () F 1 ()e i v R ( x )
(6 .3 .3 )
• 对于频率为fi 的频率分量，进行互 谱分析时，计算相邻检波器记录的相 移i，则相邻道x长度内瑞雷波的传 播速度，在满足空间采样定理的条件 下，测量范围Nx内的
平均波速为
N
vR i 2fiN x/ ij
(6.3.8)
j1
在同一测点对一系列频率fi求取相应
的vRi 值，就可以得到一条vR-f典线，
• 根据以上讨论，同一波长的瑞雷波 传播特征反映了地质体水平方向的 变化情况，不同波长的瑞雷波传播 特性反映了不同深度地质体的变化 情况实际工作中，为了提高效率。 瑞雷波勘探时，在地面上沿波的传 播方向，以一定的道间距x设置 N+l个检波器,
• 我们就可以检测到Nx长度范围内瑞 雷波的传播特征。
(6.3.1)0
其中的F1*(f)和F2*(f)为F1(f)和 F2(f)的复共扼谱。f1(t)和f2(t)的互 功率谱为
S2(1f)F2(f)F1*(f) F1(f)F2*F1(f)F2(f)ei(f)
(6.3.1)1
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三.关于瑞雷面波勘探的历史
我国瑞利面波勘探研究始于70年代，最初开展的工作 主要是在基础块上进行稳态面波测试研究。由于当时 的技术条件满足不了地基土分层的需要，因此，其试 验研究工作曾一度沉寂。80年代初日本VIC公司推出 GrR810佐藤式全自动地下勘查机后，数次来中国表演， 引起了我国工程物探界的广泛兴趣。但由于设备昂贵， 购置此仪器的单位迄今仅有两家。80年代后期，我国 开始自行研制仪器设备并开展瑞利面波法勘探的试验 研究。1989年，杨成林利用Terrlog浅震仪配合国产可 控震源和自行研制的附属设备，组成稳态瑞利面波勘 探系统，进行一系列试验研究，并用于第四系地层分 层和地基处理效果评价中，揭开了我国稳态法瑞利波 勘探的序幕。
三.关于瑞雷面波勘探的历史
之后，时福荣提出用互相关法计算稳态瑞利波的 传播速度，以克服最初采用的同相痊时间法抗干 扰能力差的不足。朱裕林将GR810全自动地下勘 探机用于建筑地基勘察、软土地基加固效果评功 价和人工洞穴及岩溶探测也取得了一定的效果。 1990年，陈云敏、吴世明等用瞬态法测量机场跑 道地基的剪切波速，并提出用相干函数法判别信 号有效性，用互谱法求取频散曲线。这是我国瞬 态瑞利面波勘探的开端。
之所不及。这是因为在同一介质中，瑞雷波的速度较 其他类型的弹性波传播速度要小，且只在表层某一深 度内传播所致；
一. 瑞雷面波的优点:
（7）瑞雷波法基本不受各地层速度关系的制约。折射 波法要求下伏地层的速度要大于上覆地层的速度， 反之则为勘探中的盲层；反射波法要求各层之间具 有波阻抗差异。而且，以上两种方法均要求层与层 之间的波速或波阻抗具有较大的差异。瑞雷波法则 不同，只要求之间具有波速差异即可。即使只有 10%的波速差异，也可进行精确的分辨；
§2－1面波勘探的基本原理
本节请同学们复习以下几个问题： 瑞雷波的形成机理； 瑞雷波的传播特征：包括瑞雷波的质点振动特
性，穿透深度与波长的关系，与横波速度和泊 松比的关系以及瑞雷波的衰减特性等； 层状介质中面波的频散特性，相速度和群速度 的概念及二者之间的关系； 面波的基阶模态和高阶模态以及高模波的特点。
第二节 瑞雷面波法
主讲: 肖柏勋 长江大学地球物理与石 油资源学院
§2－0 引言
一. 瑞雷面波的优点:
（1）在接收的地震信号中，瑞雷波的能量最大，其 频率低、传播速度慢，故在波列中易于识别；
（2）纵波、横波的波前相对激发点呈球面扩散，而 瑞雷波的波前则是呈圆柱面扩散。瑞雷波沿深度 方向衰减快，仅存在于大约一个波长的深度内； 而沿水平方向的能量密度随着传播距离按衰减， 这比球面扩散的体波能量密度按衰减要慢得多。 故当远离震源接收时，可以较容易地在波列中将 其提取；
（8）瑞雷波对自由表面的垂直裂缝非常敏感，因此目 前还没有比它更好的混凝土表面裂缝和爆破松动层 厚度检测方法。
二. 瑞雷波勘探主要解决的浅层地质问题
工程勘察：用于划分第四系地层，确定地层的持力层， 划分地层中的软弱夹层；
地基加固处理评价：VR的大小反映了地基的软和硬； 岩土体的物理力学参数测试； 地下洞穴及掩埋物探测； 公路、机场跑道质量的无损检测； 饱和沙土层的液化判别； 混凝土表面裂缝探测及爆破与卸荷损伤松动层厚度检
三.关于瑞雷面波勘探的历史
70年代随着计算机的发展，地球物理学家首先应用 天然地震测得的频散曲线反演地球内部物性参数。 尽管这一工作不是从工程检测出发的，但其对后来 的工程瑞利面波勘探资料的反演与解释有一定的先 导作用。
1982年日本VIC公司的Mellon和Zoton开发出GR810 稳态面波测试系统，使稳态面波探测技术得以实用 化、商品化，并在工程勘探中得到应用。然而由于 该设备笨重，价格昂贵、速度慢，推广受到限制。
测； 其它方面的探测。
三.关于瑞雷面波勘探的历史
瑞利面波是由英国学者Rayleigh于1887年首先在 研究弹性介质中的波动时发现的,并了解到这种波 动的传播速度低于P波和S波。随后，天然地震的 记录证实了面波的存在。并且利用面波的特征来 研究大陆和海洋地壳以及地球内部的结构。在传 统的利用人工激发P波的反射波法勘探中，瑞利面 波是需要想方设法从记录上消除的强干扰波。
一. 瑞雷面波的优点:
（3）在分层介质中，瑞雷波具有几何频散特性，即瑞雷 波的相速度与频率有关，瑞雷波勘探主要就是利用了 这一特性；
（4）不同波长的瑞雷面波，其穿透深度不同； （5）瑞雷面波的传播速度与横波的传播速度具有相关性。
因此，工程中一般可以用瑞雷波速替代横波速度； （6）瑞雷波的浅层分辨率高，且为任何其他类型的体波
1、瑞雷面波的质点振动
图3-42 随深度的变化
图3-42 Dx, Dz 随深度的变化 图3-43 面波质点振动轨迹随深度变化示意图
2.1.2瑞雷面波的传播特征
2、瑞雷面波穿透深度与波长的关系
图3-44 不同泊松比时Dx, Dz随深度的变化曲线
2.1.2瑞雷面波的传播特征
3、瑞雷面波与横波速度和泊松比的关系
2.1.1均匀半空间瑞雷面波的形成
瑞雷方程
(2k
2 R
k
2 S
)
2
4k
2 R
k
2 R
k
2 P
k
2 R
k
2 S
0
2.1.2瑞雷面波的传播特征
1、瑞雷面波的质点振动
满足椭圆方程
( Dx )2 0.42D
( Dz )2 0.62D
sin 2 (t
kR x)
cos2 (t
kR x)
1勘探的历史
50年代初，Haskell首先用矩阵方法计算了层状介 质中瑞利面波的频散曲线，为后来人们利用瑞利 面波了解了层结构奠定了基础。
1960年，Hoykallem等人利和激振器产生正弦波 来实测道路断面的速度分析，成为最早的稳态瑞 利面波勘探的实例。
同年，美国密西西比陆军工程队水路试验所开始 研究这种方法，但由于当时技术条件的限制而未 能成功。