瞬态瑞雷波勘探技术剖析

F 2 () F 1 () e i
( 6 .3 .4 )
式中是F1()和F2 ()之间的相位差,比较 式 (6.3.3)和Biblioteka (6.4.4)可知x/vR()
v R () 2 f x /
( 6 .3 .5 )
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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 () .
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一、瞬态瑞雷波勘探原理
瞬态瑞雷波法是用锤击使地面产生 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)
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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
R =vR/f (6.3.6)
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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)
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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，波长
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• 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。
• 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。
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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。
• 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
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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,即
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。
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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，其相应的波长为R
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,
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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
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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。
• 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:
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f021
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。
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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。
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• 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,
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• 我们就可以检测到Nx长度范围内瑞 雷波的传播特征。
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。。
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• 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
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频散曲线。
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• 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
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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。
• 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，
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• 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。
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。
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• 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。这个滤波准则要针 对不同的仪器分辨率和场地的实际 情况做适当调整
F2() f2(t)eitdt
(6.3.2)
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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 )
vR()是圆频率为ω的瑞雷波的相速度。
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上式也可写成