面波勘探技术理论与实践

武汉建科科技有限公司武汉建科科技有限公司20152015年年66月月电话：电话：027027--8778048087780480网址：网址：用户技术交流群：用户技术交流群：99860859986085武汉建科科技面波勘探技术理论与实践—2—CTCO—3—CTCO第一章‐‐‐面波勘探概论面波勘探的定义面波勘探，也称弹性波勘探，是国内外近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。面波分为瑞雷波（R波）和勒夫波（L波），而R波在振动波组中能量昀强、振幅昀大、频率昀低，容易识别也易于测量，所以面波勘探一般是指瑞雷波勘探。瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波传播的频散特性，利用人工震源激发产生多种频率成分的瑞雷面波，寻找出波速随频率的变化关系，从而昀终确定出地表岩土的瑞雷波速度随场点坐标的变化关系，以解决浅层工程地质和地基岩土的地震工程等问题。—4—第一章面波勘探概论瑞雷波的特性(1)瑞雷波在层状介质中传播的频散特性在层状介质条件下,瑞雷波在介质中的传播速度是频率的函数,即瑞雷波速度随激发频率的变化而变化。该特性是瑞雷波勘探的理论基础,由于瑞雷波法不仅利用了波的运动学特征,更重要的是利用了波的动力学特征,而常规地震折射波法和反射波法主要利用波的运动学特征,且要求各层的波速或波阻抗有较大差异,因此瑞雷波对介质反映更细微。(2)瑞雷波的穿透深度与波长的关系瑞雷波水平振幅和垂直振幅从弹性介质的表面向内部呈指数衰减,主要能量集中在一个波长范围内。因此,可以认为瑞雷波的穿透深度为1个波长。—5—第一章面波勘探概论(3)瑞雷波比体波衰减的慢,离开震源一段距离,面波的能量将强于体波。这为我们在数据处理中提取面波的有用信息提供了方便。(4)瑞雷波速度与横波速度的相关性，瑞雷波速度Vr与横波速度Vs近似相等,它们之间有一定的差异,差异的大小与地层的泊松比L有关,泊松比L越大,差异越小。(5)面波勘探与地层速度的关系，折射波法要求下伏层速度大于上覆层速度,反射波要求各层介质间存在波阻抗差异,而面波勘探不受上述物性条件制约,仅要求各层介质间存在横波速度差异,由于横波速度主要与介质密度或介质的松散与密实程度有关,因此在地层划分方面有较好的分辨能力,较适合于软岩及密实度差异较大的第四系地层地区的勘探。—6—第二章---面波勘探的原理及用途面波勘探的原理均匀介质或分层介质在点或面振源作用下，表面波场包含P、SV波及瑞利波，由于在表面P、SV波衰减快于瑞利波，当距振源一定距离表面波场以瑞利波为主。在大多数情况下，瑞利波能量集中在一个波长深度范围内，频率越低，波长越大，影响深度越深。在剖面参数（剪切波速、密度、泊松比）不同分层状态下，随着波长的增加，瑞利波穿越的层数也增加，瑞利波传播速度发生变化，瑞利波传播出现频散现象，即瑞利波传播速度随频率（或波长）的变化。—7—第二章面波勘探的原理及用途如图所示，频散曲线的变化与分层参数、分层厚度等有关，通过对频散曲线的反分析可以得到场地分层剪切波速。—8—第二章面波勘探的原理及用途面波勘探的用途（1）地层划分：通过对瑞雷波频散曲线进行定性及定理解释，得到各地层的厚度及弹性波的传播速度。（2）地基加固处理效果评价：通过实测地基加固前后的波速差异得到处理后的地基较处理前的物理力学性质的改善程（3）岩土的物理力学参数原位测试：通过对实测资料的反演解释，可以得到岩、土层的S波速度、P波速度及密度等参数。（4）公路、机场跑道质量无损检测：利用人工激发的高频瑞雷波，可以确定路面的抗折、抗压强度及路基的载荷能力，以及各结构层厚度。该方法用于机场跑道及高等公路的另一项意义是实现质量随年代变化的连续监控。—9—第二章面波勘探的原理及用途（5）地下空洞及掩埋物的探测：当瑞雷波的勘探深度与地下空洞及掩埋物的深度相当时，频散曲线会出现异常跳跃，据此可以确定其埋深及范围，这是瑞雷波勘探的独特优点之一。（6）饱和砂土层的液化判别：根据一定场地内的饱和砂土层的埋深，地下水位的深浅等地质条件，可以计算出饱和砂土层的液化临界波速值。（7）场地类型划分：通过面积性的瑞雷波探测，再结合微动观测，可以更可靠地划分场地类型，或更大范围的地震区划。（8）其它方面的应用：滑坡调查、堤坝危险性预测、基岩的完整性评价和桩基入土深度探测等。—10—、在岩土工程测试中，一般采用速度型传感器。2、检波器的自然频率应满足采集昀大面波周期(相应于勘察深度)的需要，岩土工程勘察宜用自然频率不大于4.0Hz的低频检波器；3、用作面波勘察，同一排列的检波器之间的自然频率差不应大于0.1Hz，灵敏度和阻尼系数差别不应大于10%；4、检波器按竖直方向安插，应与地面（或被测介质表面）接触紧密。—11—锤击设备锤击可采用手锤，落锤、落重以及小型爆炸的方法，具体视勘探深度而定，一般可使用10kg~100kg的落锤，若测量深度为30m以内，30kg落锤一般可以满足要求，落锤下面可采用，金属垫块、木质垫块等。0～15m可采用锤击，更大深度就需采用炸药。—12—测试仪器•MS2000型面波测试仪是武汉建科科技有限公司研发人员历时三年独立研发的新款面波测试仪。基于我司长期在检测试验仪器上的研发经验，以及技术上的突破创新，本仪器采用一体化设计，波形采集精度高、速度快，操作简单、携带方便。亦适用于野外及复杂的地形环境下工作。•本仪器可实现多种地震方法：面波、高密度地震映像、脉动测量、折射、剪切波测量、城市爆破振动安全评价。—13—测试现场布置—14—、采用线性等道间距排列方式，震源在检波器排列以外延长线上激发(单端激发）；2、道间距应小于昀小勘探深度所需波长的二分之一；推荐值：1~2m3、检波器排列长度应大于预期面波昀大波长的一半（相应昀大探测深度）；4、偏移距的大小，需根据任务要求通过现场试验确定；推荐值5~10m(取决于昀靠近激发点道的波形幅度，在不削波的前提下越小越好)；。—15—开机后点击面波采集软件的图标进入软件界面，界面主要分为两个区域，曲线显示窗口和工具栏—16—系统设置进行试验前相关参数的设置—17—参数设置检测日期：默认为当天的日期，可自行设置。工程名称：用户自定义。测试单位：用户自定义。测试人员：用户自定义。剖面编号：当前测试场地的名称，用户自行命名。背景色：界面背景颜色，默认为白色，可更改。填充色：曲线颜色，默认为黑色，可更改。基线色：基线颜色，默认为白色，当需要显示时，改变其颜色使之与背景色不同即可。通道数量：通道选项有12通道和24通道。触发方式：分为外触发和自动触发，自动触发也称为通道出发。触发电平：分为高、中、低三个档位。采样长度：1024/2048/4096/8192/16384采样间隔：10μs～65535μs，根据需求自行设定。道间距：检波器之间的距离，可输入测量范围内任意数值。偏移距：振源与昀近一个检波器的距离。延迟：根据需要自行输入，默认为0。—18—数据采集采用单端放炮的激振方式，采用锤击或者落锤等，在测线一端激发信号，在仪器上即可观察到采集到的波形。—19—点击采样后，即可开始锤击振源点产生振动来采集波形：—20—数据保存采集结束，波形如上图所示，若不需进行分析，则点击保存，选择数据储存文件夹，自行设定好子目录名与文件名，点击保存即可结束波形采集工作—21—数据分析点击分析，可对采集波形进行简单的分析—22—均衡：以波形中的昀高峰为标准，使波形按照统一的比例显示。此时基准线为白色，与背景色相同，改变基准线颜色，使其清楚显示，如右图。缩小、放大：改变波形的显示大小。扩时、缩时：纵轴为时间轴，当波形太长或太短时，可使用此功能使波形以合适的比例在一个界面内完整的显示出来。左移、右移：使整体波形左移或右移。—23—滤波：滤去特定波段波形，亦即去除干扰信号，使波形清晰可用。设定范围为0—10000。—24—频谱：查看选定通道频率的图谱，如图：通道选择：选择需要查看的通道。数据起点：选择数据的起始点，即图中左方框中蓝色横线，点击左方框中间蓝色竖直基准线左侧可进行上下位置调节。数据终点：选择数据终点，即图中左方框中红色横线，点击左方框中间蓝色竖直基准线右侧可进行上下位置调节。频谱细化：使右侧坐标曲线图进行放大缩小，以查看频率图细节部分。主频：波形中的昀高峰值对应的频率。游标频率：游标（即坐标图中的红色竖线）对应位置的频率。—25—数据叠加将两次采集的波形进行叠加。采集一次后，点击叠加，选定不叠加的通道，点击确定后，再次锤击振源点采集波形，即可得到叠加后的波形。主要用于探测较深土层或波形不明显时使用。—26—打开保存在电脑中的试验数据。数据打开数据撤销清除当前数据，重新进行采集。—27—第四章---面波勘探的数据处理数据处理整个面波数据处理在四个区别不同数据域的处理页面上逐步进行，每个处理页面都具备窗口显示和多页的操作控制。页面按处理顺序排列，共分：X-T时距域、F-K频率波数域、X-F距离频率域、Z-V深度速度域等四个处理页面。距离频率域叠加深度速度域反演频率波数域提取时距域原始数据面波数据输入记录头参数编辑显示与检查时域窗函数提取面波FFTFK变换建立频率波数谱图极大值拾取频散计算选择叠加方法初步分层建立模型正演拟合速度结构层建立存储SWS文件SWS文件的处理解释绘图—28—时距域点击【loadX-FFile】载入原始数据，然后主要是以下3步操作，第一步，核定采集距离参数、第二步，识别与清理干扰波、第三步，设定频率波数转换的频段上限，然后转入频率波数域页面，进行面波波型提取。—29—频率波数域在显示出的频率波谱图形上，人工选择、追踪相应于提取波型的基阶（低速低频率）组分，白色阴影圈出的频率波数范围连续稳定，包含基阶组分，其中的白点显示出幅度峰脊，对应着不同的频率的基阶面波频率相速度。—30—距离频率域这一界面处理主要是观察叠加数据，选择叠加方式和叠加道数，选定的叠加结果组成频散数据文件（