物探方法 瞬态瑞雷波法【精选】

• 目前国内外生产的检波器类型较多， 面波测试时，可从固有频率为4.5、8、 10、15、28等检波器中选择使用，瞬 态面波一般使用固有频率较低的检波 器
• 检波器接收到的基本是瑞雷波的垂直 分量。瞬态冲击激发的面波可以看作 许多单频谐振的叠加，因而记录到的 波形也是谐波叠加的结果，呈脉冲型 的面波。
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，
因此在岩、土工程和地基处理方面得 到广泛的应用。
• 从方法上讲，瑞雷波勘探有频率域 观测的稳态法和时间域观测的瞬态法 两种
稳态法应用时间较长，方法技术也较为 成熟，但缺点是设备笨重，不利于提高 效率。瞬态法则具有轻便、快捷效率高 的特点。所用的采集系统就是地震勘探 数据采集系统。因此很快受到人们的普 遍重视。
• 频率滤波是数据处理中最常见的处 理手段，它可以消除各种干扰。
对于浅层勘探，保留高频成分，对于较 深目的层保留低频成分。对于中等深度 勘探，要合理选择通频带，以降低干扰， 使资料质量得到改善，并最终减小对频 散曲线的影响。
切除处理可以把直达波和折射波等 部分地消除，从而保留下来较纯的面波， 切除以后可以大大改善频散曲线的计算 结果。
R =vR/f (6.3.6)
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=vR/2f
(6.3.7)
由(6.3.7)可知，频率越高，波长R越 短，勘探深度越小;反之，频率越低，
• 为了获得对应于不同深度的波速， 要求震源产生的频率范围要宽，
• 测试浅层时用小锤或较轻的铁块锤击 地面获得高频信号，并采用小的道间 距接收。测试深度大时则相反。
• 地震波主频f0与落重法的重块质量M 和重块底面积的半径r0的关系为:
f0

1
2
4r0 M (1 )
(6.3.9)
其中为切变模量，为泊松比。 瞬态面波法也可以利用仪器的信
即频散曲线。
• 根据 (6.3.6)式，可将vR-f曲线转换 为vR-R曲线，vR-R曲线反映出该测 点介质深上的变化规律。沿测线不
同点的vR-R曲线则反映了介质沿剖 面方向上的变化特征
瞬态面波法的震源可以采用锤击、落重、爆 炸等方式。激振力较小时脉冲面波的主频率 较高。
检波器安置在地面作为拾取介质振动的 传感器。面波勘探所用检波器频率范围很宽， 可以从数赫兹到数千赫兹。。
针对不同的仪器分辨率和场地的实
际情况做适当调整
• 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。
号增强功能，进行垂直叠加，以达到 增强有效信号压制干扰的目的。
瞬态法由于采用一次激发多道接收， 可将不同间距的相速度波长数据组合， 得到波速与波长关系的瑞雷波频散曲 线。与稳态法相比可大大提高工作效 率。
• 资料处理工作主要包括:对原始记录 的整理和评价，提高信号质量的处理， 面波速度的计算和结果的输出。
(6.3.4)
式中是F1()和F2 ()之间的相位差,比 较式 (6.3.3)和 (6.4.4)可知
x / vR ()
vR () 2f x /
(6.3.5)
根据上式，只要知道A、B两点间的距离x和 每一频率的相位差，就可以求出每一频率的 相速度vR () .
• 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
vRi 2fi N x / ij
(6.3.8)
j 1
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，
波长R越长，勘探深度越大。因此两个 观测点之间的距离也要随着波长的改变
而改变。对于勘探较深的低频而言，
x要大，才能测到较为正确的相位。 对于勘探较浅的高频来说，x要小。
• 根据实际经验，x 取1/3R -2R 间较为合适，即在一个波长内的采 样点数，要小于在间距x 内的采 样点数的三倍，大于在x内的采 样点数的0.5倍。这个滤波准则要

F2 () f2 (t)eitdt
(6.3.2)

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
F2 ()

F ()ei
x vR (
)
1
(6.3.3)
vR()是圆频率为ω的瑞雷波的相速度。
上式也可写成
F2 () F1()ei
能量衰减也是一种数据处理手段，它 可以对一定时窗内的地震波进行能量 衰减控制。由于地震记录中面波能量 最强，因此增益处理以后，可以使相 对较弱的反射波、直达波等幅值减小， 使其在计算频散曲线时相关系数变小， 从而达到减少干扰的目的。
为得到勘探点的频散曲线，需要对两观测点 的记录作相干函数和互功率谱的分析。作相 干函数的目的是对记录信号的各个频率成分 的质量作出估计，并判断噪声干扰对有效信
号的影响程度。
作互功率谱的目的是利用互功率谱的 相位特性求出这两个观察点在各个不 同频率时的相位差，再利用 (6.3.5) 式求出相速度，当我们已知频率为f的 瑞雷波速度vR 后，其相应产 生一个包含所需频率范围的假设离震
源一定距离处有一观测点A，记录到的
瑞雷波是f1(t)，根据傅里叶变换，其 频谱为

F1() f1(t)eitdt

(6.3.1)
在波的前进方向上与A点相距为x 的观测
点B同样也记录到时间信号f2(t)，其频谱 是