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。

3.采集
开机后，仪器通过检索，自行进入采集系统。

（1）回车即进入仪器采集系统的主菜单；
选择“面波勘察”
（2）根据工作时户外光线的强弱，选择“面波采集(1)”或“面波采集(2)”。

移动光标至选中的采集方式回车，仪器屏幕显示如图：
分别设置文件名、采集道数、采样时间间隔、道间距、偏移距等采集参数后，选择“采集击发、叠加、存盘”后进入下图：
（3）在键盘数字区键入“5”（即选择“击发/叠加”），再按“ENTER”，进入下图：
（4）开始激发面波（以大锤锤击地面），屏幕上显示采集得到的记录如下图。

同时在屏幕下部显示操作提示。

根据提示，确认记录满意，按“End”即实现记录文件存盘；记录不好需重新采集按“Del”，重新开始采集。

按水平箭头键[←,→]可以调整记录波形的幅值。

（5）退出面波采集主菜单，回SWS型仪器采集系统主菜单。

在现场“面波勘察”菜单中可选择“资料处理”进入面波数据处理阶段，分析“速度-波长”域频散曲线的特征。

4.处理解释
（1）Load file:（调入面波记录）：按[F1]键，屏幕右侧显示当前驱动器和路径下的文件：
调入面波采集记录文件后，进入下图：
View
Gain／Color Cursor Header Utility…
X－V Window F－K S earch…图象显示方式及比例尺调节图象增益与色彩调节
光标控制
记录头参数
工具
确定面波时间—空间域窗口在频率—波数域内提取面波
（2）X-V/ F－K Search…分别在时间-频率域和频率-波数域提取面波：
X-V Window…（在时域和频域内提取基阶面波）：利用视速度V1、V2和面波沿地面测线布置的空间坐标X1、X2，以及面波时间长度的选取，确定面波时间-空间域窗口。

F－K Search…（在频率—波数域内提取面波）：把数据由时间-空间域转换到频率-波数域（即F－K域），得到二维振幅谱；在振幅谱等值线图像上利用窗口（窗口大小可调）选取极大值，并计算面波频散曲线，为下一步反演地层速度结构（深度-速度曲线）提供依据。

View
Gain／Color
Cursor
Header
Utility…
Search
Diagram…
Extract…
New…
图象显示方式及比例尺调节
图象增益与色彩调节
光标控制
记录头参数
工具
确定面波频域窗口
计算面波频散曲线
在频域内提取面波
重新绘制F－K振幅谱
其中：Search（确定面波频域窗口）、Extract…（在频率-波数域内提取面波）、Diagram…（计算面波频散曲线）：
View Layer Fit Auto-Fit H-Vs show Utility…Source
（3）Z－Vs Inversion…（面波资料的反演解释）
根据面波频散曲线进行地质分层，以该地层速度结构参数（层厚、层速度等）为模型，计算出理论频散曲线；反复修改各层参数，使实测频散曲线与理论频散曲线得到最好的拟合，从而获得较准确的地层速度结构。

①layer（确定地层参数）：根据频散曲线形态（拐点、斜率等特征）按层位确定地层
参数，为拟合反演处理提供依据。

②Fit（曲线拟合）：根据“Layer”功能项中确定的地层结构参数，计算出理论频散曲
线，并与实测频散曲线比较。

反复修改地层结构参数，再计算理论频散曲线，使两
条频散曲线拟合得最好。

③Auto-Fit（自动拟合）：如果对经人工拟合以后得到的曲线还是不满意，可再用
“Auto-Fit”进行自动拟合：反复修改地层结构参数，计算理论频散曲线，使两条
频散曲线拟合得最好。

④H-Vs show（标注地层结构参数）：在地层速度结构的直方图上标注地层厚度和剪切
波速值，用于成图打印。

（4）Save SWS file…（处理结果“.SWS”文件存盘）
五、实验要求
1.完成一条测线的采集、处理、解释工作；
2.编写实验报告。

六、思考题
瑞雷面波相对体波，不同点在哪些方面？。