瞬態(tài)瑞雷波勘探技術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、土力學參數(shù)有著密切的關系，因此在巖、土工程和地基處理方面得到廣泛的應用。從方法上講，瑞雷波勘探有頻率域觀測的穩(wěn)態(tài)法和時間域觀測的瞬態(tài)法兩種。穩(wěn)態(tài)法應用時間較長，方法技術也較為成熟，但缺點是設備笨重，不利于提高效率。瞬態(tài)法則具有輕便、快捷效率高的特點。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。有關面波的形成及傳播特點、面波的頻散現(xiàn)象已在第一章作過討論，下面僅介紹瞬態(tài)瑞雷波勘探原理、數(shù)據(jù)采集、處理及在工程勘測中的應用。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)生一個包含所需頻率范圍的瞬態(tài)激勵。假設離震源一定距離處有一觀測點A，記錄到的瑞雷波是f(t)，根據(jù)傅里葉變換，其頻譜為在波的前進方向上與A點相距為Dx的觀測點B同樣也記錄到時間信號f2(t)，其頻譜是若波從A點傳播到B點，它們之間的變化完全是由頻散引起的，則應有下列的關系式vR(w)是圓頻率為w的瑞雷波的相速度。上式也可寫成式中j是F2(w)和F1(w)之間的相位差。比較式(6.3.3)和(6.4.4)可知即根據(jù)上式，只要知道A、B兩點間的距離Dx和每一頻率的相位差，就可以求出每一頻率的相速度vR(w)。為得到勘探點的頻散曲線，需要對兩觀測點的記錄作相干函數(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頻率成分的質(zhì)量作出估計，并判斷噪聲干擾對有效信號的影響程度。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觀察點在各個不同頻率時的相位差，再利用(6.3.5)式求出相速度。當我們已知頻率為f的瑞雷波速度vR后，其相應的波長lR為lR=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可以認為是1/2波長深度處介質(zhì)的平均彈性性質(zhì)，即勘探深度是H=lR/2=vR/2f(6.3.7)由(6.3.7)可知，頻率越高，波長lR越短，勘探深度越小;反之，頻率越低，波長lR越長，勘探深度越大。因此兩個觀測點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，Dx要大，才能測到較為正確的相位。對于勘探較淺的高頻來說，Dx要小。根據(jù)實際經(jīng)驗，Dx取1/3lR-2lR間較為合適，即在一個波長內(nèi)的采樣點數(shù)，要小于在間距Dx內(nèi)的采樣點數(shù)的三倍，大于在Dx內(nèi)的采樣點數(shù)的0.5倍。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)體的變化情況實際工作中，為了提高效率。瑞雷波勘探時，在地面上沿波的傳播方向，以一定的道間距Dx設置N+l個檢波器，我們就可以檢測到NDx長度范圍內(nèi)瑞雷波的傳播特征。擋對于頻率沿為末f跌i筆的頻率分譽量，進行破互譜分析暖時，計算蜘相鄰檢波紫器記錄的且相移浸j謙i柄，則相鄰壩道敲D祝x防長度內(nèi)瑞析雷波的傳架播速度，個在滿足空掘間采樣定拐理的條件驅下，測量荒范佛圍企N斬D掩x近內(nèi)的平均券波速為危在同一測木點對一系肌列頻繪率胃f珍i榜求取相應窩的銷v裁Ri比值，就可務以得到一女條嬸v讀R郊-掘f映典線，即筋頻散曲線霜。才根攤據(jù)戶(6.歸3.6遍)跟式，可形將退v兩R氣-愛f斗曲線轉換妹為竹v踩R田-霜l努R艦曲線混，封v標R余-嶼l獨R蒸曲線反映粗出該測點專介質(zhì)深上曠的變化規(guī)截律。沿測里線不同點海的燒v徹R屠-鋒l刺R氧曲線則反留映了介質(zhì)漆沿剖面方董向上的變痰化特征。斃廉煉二、瞬態(tài)征瑞雷波法帶資料采集寇系統(tǒng)體息幸瞬態(tài)面波紐法的震源止可以采用南錘擊、落符重、爆炸隆等方式。夫激振力較欠小時脈沖筆面波的主檢頻率較高醬。渣業(yè)濾檢波器安搶置在地面拘作為拾取虜介質(zhì)振動搞的傳感器摔。面波勘券探所用檢上波器頻率喊范圍很寬南，可以從彎數(shù)赫茲到艷數(shù)千赫茲名。目前國令內(nèi)外生產(chǎn)瘋的檢波器冷類型較多峰，面波測丈試時，可稀從固有頻柿率刊為骨4.白5葬、噸8證、接1茫0瀉、瓜1織5叉、想2箏8梳等檢波器通中選擇使紀用，瞬態(tài)五面波一般顧使用固有愧頻率較低暈的檢波器瑞。鍛檢波器接該收到的基翅本是瑞雷不波的垂直師分量。瞬廚態(tài)沖擊激煮發(fā)的面波灑可以看作墾許多單頻撲諧振的疊著加，因而超記錄到的身波形也是輪諧波疊加膜的結果，值呈脈沖型致的面波。裹難脹為了獲得壩對應于不途同深度的霜波速，要根求震源產(chǎn)鄙生的頻率故范圍要寬痰，測試淺型層時用小擱錘或較輕勻的鐵塊錘炕擊地面獲初得高頻信邀號，并采盾用小的道君間距接收涼。測試深蚊度大時則偉相反。書地震波主盲頻敲f余0舅與落重法但的重塊質(zhì)孝量木M蠟和重塊底顏面積的半順徑貫r拌0亂的關系為慧其中皺m離為切變模他量，洽s幫為泊松比譯。翻渠觀瞬態(tài)面波稀法也可以將利用儀器喝的信號增燈強功能，悄進行垂直令疊加，以旬達到增強改有效信號瓣壓制干擾拒的目的。深執(zhí)儀瞬態(tài)法由屋于采用一沉次激發(fā)多稍道接收，訂可將不同箱間距的相創(chuàng)速度波長毀數(shù)據(jù)組合悲，得到波燈速與波長肝關系的瑞為雷波頻散渾曲線。與蜓穩(wěn)態(tài)法相巡比可大大飲提高工作滔效率。百茂仍三、瞬態(tài)瞧瑞雷波法仍資料處理校怒痕資料處理克工作主要夫包份括淺:忙對原始記末錄的整理軋和評價，淋提高信號誠質(zhì)量的處富理，面波皂速度的計睡算和結果垃的輸出。寫稍月頻率濾波趨是數(shù)據(jù)處參理中最常裂見的處理讀手段，它畏可以消除厲各種干擾慧。面波勘勤探中，我小們希望濾輔波處理不藥改變數(shù)據(jù)職的相位特弦性，即在吧理想情況糧下用零相絮位濾波器升，并通過壇選取合適再的通頻帶訊，盡可能建保留所需嬸的頻率成幟分。鉛腫擔對于淺層后勘探，?？s留高頻成宜分，對于渣較深目的召層保留低才頻成分。坊對于中等健深度勘探花，要合理理選擇通頻價帶，以降盞低干擾，明使資料質(zhì)押量得到改希善，并最燒終減小對煙頻散曲線攪的影響。防脅毒切除處理?？梢园阎弊g達波和折例射波等部覆分地消除瘦，從而保噴留下來較腥純的面波估，切除以乓后可以大占大改善頻阿散曲線的放計算結果骨。楊現(xiàn)扮能量衰拴減難磨(蜘增益處員理求)淘也是一種購數(shù)據(jù)處理難手段，它冬可以對一華定時窗內(nèi)字的地震波奮進行能量嗚衰減控制沃。由于地修震記錄中弦面波能量豬最強，因暈此增益處峽理以后，版可以使相焰對較弱的巖反射波、古直達波等盤幅值減小兩，使其在蔥計算頻散開曲線時相證關系數(shù)變扣小，從而扒達到減少敲干擾的目脆的。夾一般而言歲，增益處送理后計算暖的頻散曲部線更加平兔滑，且對某深層目標居反映的更孔清楚，不糧利之處是失這種平滑尚可能會便功面波勘探倡的分辨率耐降低，并青產(chǎn)生低頻近段的低速吧假象。訴翠值經(jīng)以上對歡原始記錄龍的整理和滋處理后，狀需要確定腦面波速番度問v優(yōu)R虹。由垂式企(6.竹3.5股)培，首先確仙定兩接收遺點間的相瞧位差語j飲.魄因此就要挑對兩觀測潛點的記錄博作互功率封譜的分析搏。就款梅如果兩觀哨測點的時挽域記錄盆為撥f礦1犁(t血)無和應f坐2懇(t運)嚷，其頻譜姥分別申為滅F宅1腫(懲w閑)面和路F凱2妙(類w蕩)風的自功率賊譜可分別謠表示為鑄襲憑其中撫的鄭F鐮1度*博(f島)硬和踐F陰2永*杯(f撓)艇為也F通1趟(f翻)北和冶F孫2架(f逢)晶的復共扼述譜盡。灘F究1暫(t號)延和脊f慚2舍(t盛)雕的互功率藏譜為充錄享可見互功態(tài)率譜中的桑相位譜反存映了包含女在面波中土的相應單判頻波的相稼位差在互前功率譜函怕數(shù)中，并漏非對所有嗓頻率成分稼都有效，駁衡量某頻錯率成分是煮否有效的倒方法是用抽相干函數(shù)彼，即檢測櫻面波由測梅點誤A佩向測額點動B蹈傳播時，胃是否有良逗好的相干欠性。定義呼相干函數(shù)柳上式德中故G(f背)莊的模應恒裹為出1閥，可通闊過濱G(f裕)鋸的實部進喜行相干性刪評價。如肉果在傳播匹過程中系究統(tǒng)是理想霜的，則該額頻段冒內(nèi)阻G(f禾)渣的實部絕兔對值應接頸近竿1員，若由于儀干擾和系遼統(tǒng)的非線淘性使信號回的質(zhì)量下瞞降泊，隔G(f追)絞實部的絕靠對值將下嘗降。一般輛選擇其值匹大陰于易0.熊8笛的頻段計界算互功率便譜。鋸求取面波嘆在二接收盜點間傳播掠的相位差旬，并利用阿公式計算極波速。選裹擇新的頻壁率值并重玉復上述步顧驟計算，玻得呼v嚴R娃-差f沉或歪v齡R朋-覽l餐曲線，即習頻散曲線謎。吊圖央6.3-饑1嫂是瑞雷波晶速詠度土v辟R罪-碰l胳和雷v熄R牢-揀H拔分布曲線凝。圖栗中榨v吵R遼曲線是應美用半波長占轉換法繪勞出的，即泥波長為膀l齊的面波速籠度代表半以個波長深斜度以上的方介質(zhì)中的擺平均值。抱閱之四、瞬態(tài)康瑞雷波資櫻料的解釋世與應用質(zhì)蹦機瑞雷波速絕度資料包存含著地下焦介質(zhì)的結鏟構與特性先信息，在謝對巖、土汗體地質(zhì)特把性的研究尸和工程與歲環(huán)境的檢拾測與監(jiān)測垂中得到廣擺泛應用。土搞(拼一破)刑頻散曲線熊的解釋及蘆層速度的國計算懼娘飲頻點很鋸密毛澡(是頻率值的墊變化步長防很瓦小驗)脾的速度曲襲線，其含竟義雖然與政層速度不獨同，但比泊較各頻點減速度值的姜展布規(guī)律可，可以看須到速度曲較線突變處菌的深度往垂往對應于包介質(zhì)的界翼面深度。魚理論和實削踐都表明情，曲線第上竊"悶之情"下字圓型堂第(圍鋸齒差狀則)壟異常反映坐地下介質(zhì)暴的分界面稍，如盆圖鬧6.3-武1怖所示。冷謙子如果把面仔波的平均赤速度曲線醋轉換成層泊速度與深蠢度陸H跡的關系，獅解釋結果圓將更為直鍬觀。當然陳解釋的過雷程需要盡伶可能全面馳掌握測試慌場地的各悲種資料，途特別是鉆飯孔資料和繩基本的地咐質(zhì)結構及刑巖、土性邁質(zhì)。對多遲個測點綜拘合對比，天并考慮它灑們之間的禮相關性。豬計算層速倉度時一般灣按由淺至那深的順序報迸行。肌野文如果速度喉曲線上讀候取球的致n-扒1券層面波平僚均速度及丟相應的界齒面深度分喉別伐為禮v熄R,n-凈1咱和彎H蘭n-1倉,只第委n秘層的平均洞速度及相賠應的界面技深度津為勞v岔R,n裳和錘H怕n古,父并且平均足速度是隨味深度遞增孫的，堆則愉n-聚1恒層閥至依n犁層之間的碧面波層速炕度驗v掀Ri,n勒的計算公跪式為錢如果平均典速度隨深篇度增加而哭降低時，夫則用公式計算。昆而橫波速棚度的測定恐較為復雜篇，鑒于面裳波與橫波為速度近似蹄相等，因歡此，隨著菊面波測試稿技術的普趴及，由各悲巖、土層圾的面波速險度換俗算五境諸絡貓并澆察為橫波速華度碌攀，即可獲臉得地層的書各種動力希參數(shù)。同簡理，利用邪面波與橫視波速度近景似相等，她還可將面拘波速度代程入看(5.2持.6上)包式計算出的地基的固眠有周期以殃評價地基曲的振動特樹性。犯鼻彩圖琴6.3-沖2偉是在山西格安太堡露群天煤礦的右開挖平臺陶上，采用失落重震源末瞬態(tài)面波訪法取得的慶工作成果嫩。左圖為小隨深度變占化的面波揪速度曲線紙，右面圖類6.3-刺2恒面波頻散料曲線與地宗層對比竭圖級,詞右圖為鉆率孔柱狀圖凱。由于界更面兩側介舉質(zhì)的速度禍參數(shù)差異弟較大，與蠶速度變化餓曲線的對大應情況很誕好。雨桃顯圖奴6.3-幫3莫是將用披SW廚S蛋多功能面屠波儀，采劉用落重震六源探查露婚天煤礦開攏挖平臺地鎮(zhèn)下老窖的腸工作成果愛。圖中給(a荒)蘿為測點下白平均視速服度曲菌線籍;訪(b漠)縣為測量排特列中第一弊道檢波點澇與第二道蛋檢波點之月間地層的銅相速度曲濕線宏;秒(c乓)頸圖為測量凍排列中第春二道檢波建點與第三綠道檢波點震之間的相拔速度曲蕩線些;蓮(d濟)累圖是測量麗排列中第臉三道與第錄四道檢波破點之間的排相速度曲眨線點;沾(e奪)露圖為測量躍排列中第牽四道與第拋五道檢波鴉點之間的逮相速度曲食線。癢由以上速騙度曲線特桶征可以確屬定，老窖稱位于排列羅中第二道派與第三道侄檢波點之設間的下方蘆。礦方據(jù)行此布置鉆圖孔驗證，連在鉆孔凱的跑27-炎2g菊m怕深度處探浪到老窖，糊與第三條僚速度曲線介的扎A西點托和釀B濃點反映的板頂?shù)装迳钊憾认嘟９鼈?吼三賢)此在工程、春環(huán)境檢測鏟與監(jiān)測中詞的應用胸紛各深圳市中紹興花園的凍場地為山附溝填土整各平形成，喘測試區(qū)填澆埋土深大批約障15濕m雨。為檢測劫夯實效果攜，深圳市調(diào)地質(zhì)局先虎后做了瑞筒雷波法、后鉆探標貫罪試驗斷和紗3掉′郊3m樹2驕大壓板靜娃載試驗。帳玻伐瑞雷波測冒試采用道溫間澆距柄2竹m嚇，偏移姻距嬌4m,3臘2k妖g膚重軌錘鐵1.5捧m帝高自由下毒落激發(fā)，通記錄波形沒經(jīng)計算機駛處理后獲防得如毛圖倚6.3矮-柔4駛所示頻散鐮曲線。該付曲線拐點噸清晰塘，蘿0億~輕2堂m滅深度范圍芝波速渾為恨260m隸/s,3支~如6昨m解波速害為鈔220m球/供s志，支6間~串9彈m旺波速偷為邁220楊m/哨s委，丙9蜂~充16奮m車波速揮為咬190敞~未205m獅/曾s野，解釋加鋪固深接度終9競m肉，影響深枕度角16投m告。旋趨言該場地也鼓進行了鉆仇探標貫試恩驗扣，漏0蘇~熄13午m狗范圍內(nèi)修正正后的標奮貫擊數(shù)為鉛14.8熊~交26.8繩m嗓，室內(nèi)土劣工試驗壓欠縮模五量默5慌~騾8MP菜a局，內(nèi)摩擦碰角匙15叮0耗左右，凝殃聚揮力弓36kP閃a深左右。院印躺靜載試驗飾按設計承鐮載奮力們1.奸5站倍加荷，肌實測承載鄙力菊f廳K傍=250艱kP累a房，變形模質(zhì)量床34.0雪2MP棒a雀，換算壓皂縮模奸量質(zhì)8.5M添P峽a父。干三種試驗堡結果對比販，發(fā)現(xiàn)頻付散曲線反瞇映強夯復剃合地基的認加固深度成、影響深暑度與鉆探速標貫和靜餃載荷試驗贈結果一致漠。嗎統(tǒng)計表明兆，瑞雷波束速與標貫擦試驗有較懼好的相關劃性，圖是題對瀉86改個試件的乞統(tǒng)計結果微，圖中污N臺63.5杠為標貫擊頓數(shù)，該相返干曲線的詳相關系數(shù)素為性r=O.鴨95另。俗理論和實桶踐都說明薄，地基土降密實較硬敲時，標貫看擊召數(shù)唐N尚值較高，膽波速也較喚高頂;沒反版之捎N臭值較低裂，琴v欲R錦也較低。踐當?shù)鼗辽⒑欢繝T的填石時暗，買N肆值離散性煩較大權，漢v題R兔代表一種立整體應。象顯然當填香石太多時蓮，面波法艙比標貫試殖驗有更大森的優(yōu)越性頂。壽由場地瑞繁雷波速與往地基承載畝力的相關士統(tǒng)計，發(fā)各現(xiàn)瑞雷波燭速與地基忘承載力也透有較好的璃相關性。確波速的高眼低反映了欣介質(zhì)的固侮結致密程知度，慈圖免