物探方法瞬態(tài)瑞雷波法

瑞雷波勘探方法是近年來發(fā)展起來的淺層地震勘探新方法。由于瑞雷波速度同剪切波速度及巖、土力學(xué)參數(shù)有著密切的關(guān)系，第三節(jié)瞬態(tài)瑞雷波勘探技術(shù)

因此在巖、土工程和地基處理方面得到廣泛的應(yīng)用。從方法上講，瑞雷波勘探有頻率域觀測的穩(wěn)態(tài)法和時(shí)間域觀測的瞬態(tài)法兩種

穩(wěn)態(tài)法應(yīng)用時(shí)間較長，方法技術(shù)也較為成熟，但缺點(diǎn)是設(shè)備笨重，不利于提高效率。瞬態(tài)法則具有輕便、快捷效率高的特點(diǎn)。所用的采集系統(tǒng)就是地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。因此很快受到人們的普遍重視。一、瞬態(tài)瑞雷波勘探原理瞬態(tài)瑞雷波法是用錘擊使地面產(chǎn)生一個(gè)包含所需頻率范圍的假設(shè)離震源一定距離處有一觀測點(diǎn)A，記錄到的瑞雷波是f1(t)，根據(jù)傅里葉變換，其頻譜為在波的前進(jìn)方向上與A點(diǎn)相距為x的觀測點(diǎn)B同樣也記錄到時(shí)間信號(hào)f2(t)，其頻譜是若波從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)，它們之間的變化完全是頻散引起的，則應(yīng)有下列的關(guān)系式vR()是圓頻率為ω的瑞雷波的相速度。

上式也可寫成式中是F1()和F2()之間的相位差,比較式(6.3.3)和(6.4.4)可知

根據(jù)上式，只要知道A、B兩點(diǎn)間的距離x和每一頻率的相位差，就可以求出每一頻率的相速度vR().為得到勘探點(diǎn)的頻散曲線，需要對兩觀測點(diǎn)的記錄作相干函數(shù)和互功率譜的分析。作相干函數(shù)的目的是對記錄信號(hào)的各個(gè)頻率成分的質(zhì)量作出估計(jì)，并判斷噪聲干擾對有效信號(hào)的影響程度。

作互功率譜的目的是利用互功率譜的相位特性求出這兩個(gè)觀察點(diǎn)在各個(gè)不同頻率時(shí)的相位差，再利用(6.3.5)式求出相速度，當(dāng)我們已知頻率為f的瑞雷波速度vR后，其相應(yīng)的波長為R

R=vR/f(6.3.6)瑞雷拐波的貝能量趁主要屆集中寸在介連質(zhì)的參自由泛表面亞附近晃，其灑深度請大體青在一蛇個(gè)波淡長深盡度范逃圍內(nèi)黑，由敞半波繳長理旅論，術(shù)所測奏量的襯瑞雷菠波的匆平均友波速是vR可以岔認(rèn)為晨是半帳波長隊(duì)深度燃處介滑質(zhì)的階平均票彈性鉆性質(zhì)席，即馬勘探存深度評是H=R/2其=vR/2等f字(6伴.3阿.7婚)由(嘴6.笛3.評7)白可知綿，頻的率越全高，維波長R越短正，勘肯探深拔度越釀小;敬反之疤，頻鳥率越儉低，算波長R越長聞，勘勻探深砌度越技大。嗎因此胃兩個(gè)工觀測但點(diǎn)之啊間的露距離圣也要旱隨著潑波長標(biāo)的改椒變而揮改變?nèi)?。對賣于勘音探較各深的穗低頻嶄而言之，x要午大，廳才能練測到直較為罪正確羞的相提位。漿對于塵勘探茶較淺葡的高住頻來煌說，x要擾小。根據(jù)樸實(shí)際呆經(jīng)驗(yàn)宜，x遷取1蘆/3R-2R間較能為合宰適，瞎即在睡一個(gè)舟波長約內(nèi)的削采樣釋點(diǎn)數(shù)販，要天小于斥在間磨距x呢內(nèi)的孟采樣叨點(diǎn)數(shù)扁的三綢倍，嗽大于具在x內(nèi)賊的采泄樣點(diǎn)般數(shù)的油0.頭5倍閉。這雹個(gè)濾播波準(zhǔn)傅則要猾針對借不同乓的儀責(zé)器分編辨率抹和場吃地的洋實(shí)際駝情況改做適跨當(dāng)調(diào)市整根據(jù)扁以上茂討論漸，同接一波艦長的爐瑞雷寶波傳冒播特鼓征反菌映了宮地質(zhì)辭體水捎平方出向的舅變化具情況衛(wèi)，不嘉同波踏長的絮瑞雷栗波傳趣播特竟性反真映了凝不同急深度節(jié)地質(zhì)威體的靠變化白情況益實(shí)際釋工作臣中，賴為了雜提高閘效率孔。瑞敵雷波現(xiàn)勘探題時(shí)，錦在地冒面上腦沿波鑒的傳宿播方辰向，煎以一艇定的楚道間倡距x設(shè)閑置N脖+l析個(gè)檢躺波器貸,我們紫就可皂以檢弦測到販Nx長惑度范烏圍內(nèi)侮瑞雷套波的趁傳播繪特征獎(jiǎng)。對于撒頻率犁為fi的頻媽率分便量，楚進(jìn)行絮互譜逆分析乎時(shí)，器計(jì)算拴相鄰耗檢波惰器記跨錄的柿相移i，則打相鄰胸道x長醉度內(nèi)穗瑞雷拘波的跡傳播濃速度瀉，在經(jīng)滿足久空間尿采樣論定理吵的條投件下盤，測支量范時(shí)圍Nx內(nèi)色的在同臟一測討點(diǎn)對階一系旬列頻軌率fi求取妻相應(yīng)悼的vRi值，匪就可旬以得郊到一曠條vR-f像典線香，即賽頻散置曲線脊。平均擊波速級(jí)為根據(jù)乞(燈6.廳3.俱6)共式，控可將洽vR-f傭曲線賞轉(zhuǎn)換醫(yī)為vR-R曲線混，vR-R曲線藏反映削出該聚測點(diǎn)稻介質(zhì)希深上西的變盛化規(guī)嘩律。糞沿測筆線不寬同點(diǎn)肅的vR-R曲線線則反暴映了桐介質(zhì)蒸沿剖順面方板向上島的變智化特專征瞬態(tài)曬面波鹽法的鵝震源垃可以宏采用隱錘擊熔、落描重、疼爆炸偵等方由式。聚激振絲式力較愛小時(shí)炊脈沖蕩面波換的主懶頻率替較高較。檢波歉器安傍置在讀地面腐作為昂拾取絮介質(zhì)氏振動(dòng)鍛的傳敢感器更。面廁波勘秘探所典用檢躲波器沖頻率孔范圍夏很寬薄，可坊以從臉數(shù)赫趴茲到豎數(shù)千換赫茲旋。。二、臨瞬態(tài)解瑞雷挎波法見資料澆采集注系統(tǒng)目前膠國內(nèi)光外生明產(chǎn)的維檢波開器類木型較館多，脹面波鄭測試盤時(shí)，斥可從冠固有坊頻率鎖為4撓.5徑、8啞、1駝0、廚15炭、2抄8等寒檢波筑器中疤選擇雅使用掩，瞬街態(tài)面銅波一卻般使奏用固仙有頻桑率較濤低的尺檢波學(xué)器檢波聰器接獵收到慣的基驗(yàn)本是呢瑞雷冬波的授垂直桑分量獸。瞬俗態(tài)沖艦擊激仔發(fā)的涂面波綁可以尼看作扇許多據(jù)單頻鉤諧振后的疊鳳加，總因而增記錄逼到的娘波形義也是默諧波京疊加建的結(jié)號(hào)果，有呈脈翻沖型申的面婦波。為了裂獲得景對應(yīng)擴(kuò)于不群同深央度的粗波速個(gè)，要襖求震裝源產(chǎn)斤生的模頻率染范圍托要寬技，測試朵淺層框時(shí)用旅小錘檢或較偶輕的趨鐵塊栽錘擊栗地面久獲得喜高頻汗信號(hào)將，并灣采用愉小的懇道間免距接存收。宜測試燒深度伸大時(shí)躺則相捷反。地震嫩波主搬頻f0與落臂重法準(zhǔn)的重挨塊質(zhì)保量M諸和重草塊底狀面積沒的半享徑r0的關(guān)晨系為脈:其中為切姥變模兇量，為泊軌松比臘。瞬態(tài)喇面波活法也花可以追利用士儀器袖的信擺號(hào)增熄強(qiáng)功轎能，爛進(jìn)行牌垂直祖疊加站，以哄達(dá)到遷增強(qiáng)偷有效旦信號(hào)草壓制龍干擾挨的目兇的。瞬態(tài)學(xué)法由聽于采坑用一抄次激誘發(fā)多撈道接乓收，誦可將千不同目間距往的相早速度沉波長激數(shù)據(jù)午組合豆，得滋到波并速與擇波長蕩關(guān)系迷的瑞莫雷波勿頻散龍曲線喇。與勤穩(wěn)態(tài)吵法相孩比可幣大大竭提高養(yǎng)工作燭效率。資料扭處理沈工作剝主要探包括直:對昏原始籮記錄灰的整箏理和余評價(jià)刮，提伏高信調(diào)號(hào)質(zhì)朋量的廉處理載，面憲波速謊度的恥計(jì)算撈和結(jié)離果的綱輸出鮮。頻率誓濾波易是數(shù)柿據(jù)處守理中虜最常叼見的勉處理連手段栽，它躍可以并消除蜜各種察干擾與。三、球瞬態(tài)今瑞雷將波法舍資料效處理對于陷淺層芳勘探設(shè)，保鍋留高澡頻成膀分，雷對于片較深摸目的拆層保嶄留低豬頻成擦分。濤對于槳中等創(chuàng)深度濟(jì)勘探筑，要花合理顫選擇武通頻耐帶，層以降擴(kuò)低干省擾，類使資廳料質(zhì)由量得桃到改價(jià)善，戀并最坡終減汁小對串頻散勤曲線田的影荷響。切除歷處理艙可以解把直虎達(dá)波帖和折四射波煩等部舌分地獨(dú)消除勢，從孟而保讓留下云來較晝純的潛面波版，切穿除以應(yīng)后可朽以大以大改烏善頻顏散曲宴線的銷計(jì)算績結(jié)果勇。能量畏衰減慕也是浙一種舅數(shù)據(jù)民處理譯手段消，它廟可以句對一都定時(shí)街窗內(nèi)塊的地拜震波作進(jìn)行借能量罪衰減物控制穴。由野于地墊震記研錄中該面波溜能量腐最強(qiáng)墊，因寸此增置益處麻理以挪后，席可以敲使相快對較蟲弱的條反射予波、婦直達(dá)聯(lián)波等各幅值填減小殖，使歉其在泳計(jì)算成頻散被曲線畜時(shí)相怖關(guān)系以數(shù)變侍小，彈從而湖達(dá)到謊減少噴干擾睛的目末的。一般杯而言耽，增劍益處圣理后嚼計(jì)算便的頻導(dǎo)散曲極線更爪加平耍滑，須且對客深層拜目標(biāo)唇反映峰的更壇清楚劉，不票利之市處是述這種席平滑鋸可能者會(huì)便唇面波歪勘探送的分護(hù)辨率材降低沿，并槳產(chǎn)生拐低頻真段的殘低速北假象樸。經(jīng)以氏上對柱原始紡記錄刊的整愧理和腫處理錢后，跡需要新確定超面波預(yù)速度富vR。由賊式尸(6篇.3滔.5鞠)，專首先惱確定河兩接并收點(diǎn)瓶間的棕相位諸差.因旋此就編要對民兩觀奴測點(diǎn)即的記秀錄作怖互功銅率譜先的分川析。如果裙兩觀外測點(diǎn)料的時(shí)振域記醫(yī)錄為趣f1(t屬)和涼f2(t戒)，末其頻爹譜分索別為懇F1()和謹(jǐn)F2()的苦自功怖率譜簽可分歡別表劍示為士：其中挺的F1*(翻f)上和F2*(插f)追為F1(f泉)和球F2(f亮)的拔復(fù)共掙扼譜貸。f1(t啟)和膚f2(t逗)的鬼互功疊率譜液為可見辮互功勸率譜旗中的層相位描譜反恐映了駁包含憶在面毀波中巡壽的相義應(yīng)單既頻波社的相崗位差瀉.在互恥功率吉譜函啦數(shù)中伸，并睛非對羽所有竄頻率廁成分密都有即效，殃衡量融某頻寫率成榴分是拴否有槐效的惜方法陡是用起相干劇函數(shù)怒，即檢躲測面炒波由期測點(diǎn)紀(jì)A向聚測點(diǎn)麻B傳底播時(shí)想，是碧否有埋良好瞞的相般干性匯。定茂義相董干函芽數(shù)上式絲式中G脖(f烈)的善模應(yīng)優(yōu)恒為尺1，社可通儉過G評(f光)的執(zhí)實(shí)部償進(jìn)行能相干田性評贊價(jià)。躁如果像在傳駝播過澤程中融系統(tǒng)幟是理蹈想的四，則泳該頻溝段內(nèi)射G張(f吼)的重實(shí)部釘絕對儀值應(yīng)掘接近完1，缺若由澇于干池?cái)_和程系統(tǒng)尺的非稱線性揮使信殃號(hào)的染質(zhì)量桂下降捷，G幣(f撞)實(shí)擇部的偷絕對匯值將沉下降只。一般殲選擇筋其值紀(jì)大于旱0.爭8的數(shù)頻段踐計(jì)算雹互功珍率譜臂。求取箭面波華在二抱接收陸點(diǎn)間最傳播忍的相稍位差綱，并慌利用跡公式姜計(jì)算猛波速展。選導(dǎo)擇新倚的頻光率值廊并重采復(fù)上扒述步祝驟計(jì)膀算，摘得VR-f餓或vR-曲線嘴，即牢頻散至曲線靠。圖孤6.桑3-僑1是獻(xiàn)瑞雷產(chǎn)波速務(wù)度vR-和vR-H觀分布?xì)v曲線繞。圖寺中矛vR曲線準(zhǔn)是應(yīng)躍用半給波長園轉(zhuǎn)換愚法繪畢出的費(fèi)，即倚波長撕為的面稠波速賓度代艘表半巡壽個(gè)波弱長深丑度以戒上的科介質(zhì)皆中的抹平均呀值。四、端瞬態(tài)垂瑞雷爬波資減料的燦解釋肚與應(yīng)丘用瑞雷武波速劇度資掌料包尋含著序地下恨介質(zhì)燙的結(jié)只構(gòu)與流特性筒信息法，在納對巖造、土泄體地診質(zhì)特竹性的服研究川和工釀程與賊環(huán)境蜓的檢究測與懼監(jiān)測滔中得遭到廣憂泛應(yīng)礎(chǔ)用。頻點(diǎn)西很密跑(瓦頻率論值的燥變化用步長斤很小此)的柴速度喉曲線傲，其圓含義吊雖然焦與層罩速度冤不同深，但劑比較渠各頻噴點(diǎn)速艘度值每的展餅布規(guī)圓律，貝可以面看到沃速度剖曲線傲突變險(xiǎn)處的煌深度臉往往復(fù)對應(yīng)烏于介滾質(zhì)的杜界面撕深度射。理伏論和興實(shí)踐君都表匆明，甘曲線胖上"貪之"頸字型驕(厭鋸齒儉狀)春異常殊反映膨地下瘡介質(zhì)涌的分族界面鄙，如沙圖6姑.3休-1首所示鍋。(一牲)頻閉散曲聽線的繡解釋拾及層奇速度被的計(jì)表算圖6短.3在-1植瑞雷盈波法搜的速姿度曲跨線如果荒把面僵波的役平均蒼速度辜曲線蝕轉(zhuǎn)換吧成層蛋速度透與深肉度H自的關(guān)描系，勻解釋殘結(jié)果執(zhí)將更展為直禽觀。如果稀速度訓(xùn)曲線境上讀慘取的全n-趴1層調(diào)面波偷平均串速度緩及相驚應(yīng)的欺界面毒深度沉分別堂為v錦R箭,n貓-1顯和H話n-焰1兇,n層須的平軍均速險(xiǎn)度及逝相應(yīng)珍的界爬面深庭度為降vR,詠n和Hn,并神且平迫均速征度是嗓隨深賀度遞踢增的勵(lì)，則榜n-釣1層住至n科層之蓮間的棚面波霸層速臨度vRi,n的計(jì)臟算公云式為如果屋平均掉速度頓隨深救度增紅加而恭降低申時(shí)，裹則用命公式而橫霸波速斬度的悲測定啊較為陣復(fù)雜網(wǎng)，鑒熄于面賴波與揮橫波素速度傍近似慎相等愁，因沙此，勤各巖嗚、土掉層的韻面波海速度搖換算遞為橫澆波速剩度望，即橫可獲挺得地蝦層的燒各種販動(dòng)力樸參數(shù)同理陪，利漁用面錢波與喂橫波扒速度超近似駕相等亂，還層可將護(hù)面波筍速度創(chuàng)代入秤(5欠.2濟(jì).6叼)式影計(jì)算憤出地敬基的鄙固有他周期可以評勁價(jià)地裳基的帽振動(dòng)進(jìn)特性鉗。圖6灶.3荒-2恨是在蠶山西徹安太興堡露嚴(yán)天煤升礦的萬開挖杠平臺(tái)伶上，瞬態(tài)固面波磁法取商得的峽工作尸成果妥。左市圖為取隨深毛度變慈化的臘面波報(bào)速度滅曲線滲，右哨圖6下.3際-2黨為面振波頻蓬散曲足線與葡地層大對比佛圖。由于令界面待兩側(cè)恭介質(zhì)模的速映度參瞧數(shù)差車異較噴大，鹿與速貪度變記化曲恰線的嶼對應(yīng)各情況套很好圖6魚.3遺-3哄是用跪SW蚊S多哄功能促面波右儀，龜采用竊落重蟲震源行探查繭露天文煤礦毒開挖閱平臺(tái)薪地下寄老窖灰的工革作成徹果。赤圖中(a役)為蠻測點(diǎn)爭下平池均視撤速度刑曲線虛;(b總)為次測量歐排列箱中第濟(jì)一道睬檢波積點(diǎn)與位第二設(shè)道檢纏波點(diǎn)冊之間摟地層漢的相例速度鉗曲線貓;圖6師.3賀-2撿面波緩頻散尚曲線定與地奪層對午比圖圖6儲(chǔ).3撐-3骨地下脆老窯知面波象頻散悉曲線(c畢)圖排為測遠(yuǎn)量排魄列中五第二彎道檢倡波點(diǎn)直與第巴三道葡檢波秒點(diǎn)之槐間的界相速頃度曲飛線;(d孕)圖淘是測郊量排課列中奧第三漿道與悼第四排道檢周波點(diǎn)至之間撐的相握速度沃曲線份;(e粗)圖筍為測啞量排橫列中怠第四闊道與香第五裝道檢組波點(diǎn)蠶之間載的相涼速度瘡曲線。由以便上速猜度曲屈線特巖征可訪以確吹定，桶老窖喬位于慨排列陽中第跑二道櫻與第完三道哈檢波繭點(diǎn)之鍛間的銜下方鴨。礦斥方據(jù)白此布撥置鉆伐孔驗(yàn)栗證，足在鉆嫁孔的亭2費(fèi)7-扔29剪m深板度處簽探到餃老窖薦，與虎第三身?xiàng)l速出度曲飽線的濁A點(diǎn)堵和B造點(diǎn)反堤映的到頂?shù)字匕迳罱锒认喾谓?三宴)在爛工程笛、環(huán)訓(xùn)境檢晨測與監(jiān)脫測中補(bǔ)的應(yīng)佳用深圳艙市中倆興花欠園的帳場地貨為山煌溝填闊土整田平形丟成，損測試紅區(qū)填摧埋土悶深大光約1么5m匆。為匆檢測究夯實(shí)擾效果罷，深設(shè)圳市奪地質(zhì)槳局先扣后做魔了瑞葵雷波姻法、吹鉆探攀標(biāo)貫遠(yuǎn)試驗(yàn)仿和33m2大壓傭板靜仰載試寇驗(yàn)。瑞雷嘗波測陽試采坊用道攻間距騾2m銳，偏屑移距襯4m卷,3箏2k嗎g重棵錘，買1.搜5m渴高自烘由下女落激礦發(fā)，泥記錄拍波形鍛經(jīng)計(jì)尋算機(jī)嶺處理蹄后獲憂得如革圖潛6.哪3-襪4所徹示頻痰散曲笛線。該曲燦線拐餡點(diǎn)清閉晰，02m紋深度撲范圍駁波速態(tài)為2神60警m/彎s,36m爹波速焦為2治20逃m/創(chuàng)s，69m暗波速晶為受22押0m荒/s短，916幟m波劍速為純19慨020贊5m今/s濫，解釋安加固花深度距9m尊，影付響深你度1隸6m節(jié)。該嫩場地靈也進(jìn)驅(qū)行了長鉆探恨標(biāo)貫?zāi)[試驗(yàn)塑，013架m范鏡圍內(nèi)踏修正屑后的篇標(biāo)貫器擊數(shù)詳為1么4.羨826給.8垂m，貪室內(nèi)嗓土工蓄試驗(yàn)踩壓縮迅模量閃58M介Pa械，內(nèi)順摩擦羞角1壟50擱左右顫，凝揉聚力茶36耐kP師a左胃右。靜載蝕試驗(yàn)境按設(shè)俘計(jì)承罷載力扣1.貨5倍侮加荷攔，實(shí)接測承喬載力余fK=2巴50解k躺Pa擱，變守形模輔量3真4.商02虛MP醬a，孔換算鋸壓縮酬模量矩8.否5M恨Pa疑。三種路試驗(yàn)畜結(jié)果堂對比銅，發(fā)東現(xiàn)頻狗散曲為線反賴映強(qiáng)別夯復(fù)次合地可基的之加固低深度緒、影糠響深衡度與府鉆探躬標(biāo)貫英和靜輪載荷酸試驗(yàn)義結(jié)果秋一致削。統(tǒng)麗計(jì)表核明，擔(dān)瑞雷知波速惠與標(biāo)盯貫試膊驗(yàn)有貞較好租的相拔關(guān)性禿，圖孟是對紅86彈個(gè)試悲件的將統(tǒng)計(jì)劃結(jié)果吊，圖勻中N陸63上.5渣為標(biāo)夾貫擊孟數(shù)，嬌該相嚇干曲張線的潛相關(guān)化系數(shù)綠為巡壽r榆=0肉.9圖6糾.3災(zāi)-4黑瑞雷固波頻前散曲憑線圖6番.3暖-5N63呀.5-vr相關(guān)為曲線圖6踢.3委-6fk-vR相關(guān)先曲線圖6籮.3茫-7魯E0-vR相關(guān)鍵曲線圖6勻.3昆-8蒜軟土亡地基勸加固嚴(yán)的檢并測理論蛾和實(shí)毀踐都俯說明藥，地忙基土融密實(shí)宇較硬天時(shí)，撲標(biāo)貫夏擊數(shù)撓N值飛較高追，波乘速也娘較高演;反妄之N頑值較偶低，啟vR也較或低。死當(dāng)?shù)爻粱撂幒粦舳孔驳奶罹闶瘯r(shí)岸，N賠值離劈燕散性城較大賞，vR代表竟一種劉整體勻平均駱效應(yīng)煩。，顯然贈(zèng)當(dāng)填速石太鮮多時(shí)素，面營波法汗比標(biāo)亞貫試福驗(yàn)有蛛更大痰的優(yōu)姜越性翁。由裕場地鍬瑞雷閃波速釘與地包基承六載力晶的相回關(guān)統(tǒng)晌計(jì)，介發(fā)現(xiàn)建瑞雷垮波速祖與地疊基承招載力冶也有曲較好瓶的相攪關(guān)性肚。波谷速的牢高低觸反映苦了介鋪質(zhì)的敵固結(jié)暢致密質(zhì)程度圖6稼.3仰-6武是fK,水--快-vR相關(guān)鞠曲線她，統(tǒng)夫計(jì)件熟數(shù)9丙4件造