瞬态瑞雷波勘探技术

瞬态瑞雷波勘探技术 瑞雷波勘探方法是近年来进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。 有关面波的形成及传播特点、面波的频散现象已在第一章作过讨论，下面仅介绍瞬态瑞雷波勘探原理、数据采集、处理及在工程勘测中的应用。 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瞬态激励。假设离震源一定距离处有一观测点 A，记录到的瑞雷波是 f(t)，根据傅里叶变换，其频谱为 在波的前进方向上与 A 点相距为 Dx 的观测点 B 同样也记录到时间信号 f2(t)，其频谱是若波从 A 点传播到 B 点，它们之间的变化完全是由频散引起的，则应有下列的关系式vR(w)是圆频率为 w 的瑞雷波的相速度。上式也可写成式中 j 是 F2(w)和 F1(w)之间的相位差。比较式 (6.3.3)和 (6.4.4)可知即 根据上式，只要知道 A、B 两点间的距离 Dx 和每一频率的相位差，就可以求出每一频率的相速度 vR(w)。 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量，并推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，其相应的波长 lR为 lR=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 1/2 波长深度处介质的平均弹性性质，即勘探深度是H=lR/2=vR/2f (6.3.7)由(6.3.7)可知，频率越高，波长 lR越短，勘探深度越小;反之，频率越低，波长 lR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，Dx 要大，才能测到较为正确的相位。对于勘探较浅的高频来说， Dx 要小。根据实际经验，Dx 取 1/3lR-2lR间较为合适，即在一个波长内的采样点数，要小于在间距 Dx 内...