物探方法-瞬態(tài)瑞雷波法.ppt

《物探方法-瞬態(tài)瑞雷波法.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、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

2、，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的影響程度。作互功率譜

3、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)瑞雷波的能量主要集中在介質(zhì)的自由表面附近，其深度大體在一個(gè)波長深度范圍內(nèi)，由半波長理論，所測量的瑞雷波的平均波速vR可以認(rèn)為是半波長深度處介質(zhì)的平均彈性性質(zhì)，即勘探深度是H=?R/2=vR/2f(6.3.7)由(6.3.7)可知，頻率越高，波長?R越短，勘探深度越小;反之，頻率越低，波長?R越長，勘探深度越大。因此兩個(gè)觀測點(diǎn)之間的距離也要隨著波長的改變而改變。對于勘探較深的低頻而言

4、，?x要大，才能測到較為正確的相位。對于勘探較淺的高頻來說，?x要小。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，?x取1/3?R-2?R間較為合適，即在一個(gè)波長內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，要小于在間距?x內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)的三倍，大于在?x內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)的0.5倍。這個(gè)濾波準(zhǔn)則要針對不同的儀器分辨率和場地的實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整根據(jù)以上討論，同一波長的瑞雷波傳播特征反映了地質(zhì)體水平方向的變化情況，不同波長的瑞雷波傳播特性反映了不同深度地質(zhì)體的變化情況實(shí)際工作中，為了提高效率。瑞雷波勘探時(shí)，在地面上沿波的傳播方向，以一定的道間距?x設(shè)置N+l個(gè)檢波器,我們就可以檢測到N?x長度范圍內(nèi)瑞雷波的傳播特征。對于頻率為fi的頻率分

5、量，進(jìn)行互譜分析時(shí)，計(jì)算相鄰檢波器記錄的相移?i，則相鄰道?x長度內(nèi)瑞雷波的傳播速度，在滿足空間采樣定理的條件下，測量范圍N?x內(nèi)的在同一測點(diǎn)對一系列頻率fi求取相應(yīng)的vRi值，就可以得到一條vR-f典線，即頻散曲線。平均波速為根據(jù)(6.3.6)式，可將vR-f曲線轉(zhuǎn)換為vR-?R曲線，vR-?R曲線反映出該測點(diǎn)介質(zhì)深上的變化規(guī)律。沿測線不同點(diǎn)的vR-?R曲線則反映了介質(zhì)沿剖面方向上的變化特征瞬態(tài)面波法的震源可以采用錘擊、落重、爆炸等方式。激振力較小時(shí)脈沖面波的主頻率較高。檢波器安置在地面作為拾取介質(zhì)振動的傳感器。面波勘探所用檢波器頻率范圍很寬，可以從數(shù)赫茲到數(shù)千赫茲

6、。。二、瞬態(tài)瑞雷波法資料采集系統(tǒng)目前國內(nèi)外生產(chǎn)的檢波器類型較多，面波測試時(shí)，可從固有頻率為4.5、8、10、15、28等檢波器中選擇使用，瞬態(tài)面波一般使用固有頻率較低的檢波器檢波器接收到的基本是瑞雷波的垂直分量。瞬態(tài)沖擊激發(fā)的面波可以看作許多單頻諧振的疊加，因而記錄到的波形也是諧波疊加的結(jié)果，呈脈沖型的面波。為了獲得對應(yīng)于不同深度的波速，要求震源產(chǎn)生的頻率范圍要寬，測試淺層時(shí)用小錘或較輕的鐵塊錘擊地面獲得高頻信號，并采用小的道間距接收。測試深度大時(shí)則相反。地震波主頻f0與落重法的重塊質(zhì)量M和重塊底面積的半徑r0的關(guān)系為:其中?為切變模量，?為泊松比。瞬態(tài)面波法也可以利

7、用儀器的信號增強(qiáng)功能，進(jìn)行垂直疊加，以達(dá)到增強(qiáng)有效信號壓制干擾的目的。瞬態(tài)法由于采用一次激發(fā)多道接收，可將不同間距的相速度波長數(shù)據(jù)組合，得到波速與波長關(guān)系的瑞雷波頻散曲線。與穩(wěn)態(tài)法相比可大大提高工作效率。資料處理工作主要包括:對原始記錄的整理和評價(jià)，提高信號質(zhì)量的處理，面波速度的計(jì)算和結(jié)果的輸出。頻率濾波是數(shù)據(jù)處理中最常見的處理手段，它可以消除各種干擾。三、瞬態(tài)瑞雷波法資料處理對于淺層勘探，保留高頻成分，對于較深目的層保留低頻成分。對于中等深度勘探，要合理選擇通頻帶，以降低干擾，使資料質(zhì)量得到改善，并最終減小對頻散曲線的影響。切除處理可以把直達(dá)波和折