HRT2(地震)

讨论：①σ＝0.25,一般岩石,Vp/Vs=②σ＝0，极坚硬岩石,Vp/Vs=32④横波最小波速=0,液体和气体中不存在横波③σ＝0.5，浮土,於泥土,Vp/Vs∞解决某些特殊问题，如探测充满液体的洞穴（如溶洞）,Vs=0体波：纵、横波，在整个空间面波：弹性分界面附近瑞利面波：自由界面，地滚波，R波特点：低频、低速，能量大（强振幅），旋转（铅垂面，椭圆，逆转）勒夫面波：低速带顶底界面，平行界面的波动，振动方向垂直传播方向，SH波特点：对纵波勘探影响不大，对横波勘探严重干扰3.2浅层折射波法、浅层反射波法3.2.1反射和透射斯奈尔定律：PVVV211sinsinsin式中：α―入射角、αˊ―反射角，β―透射角，P=sinαi/Vi（射线参量）3.2.2折射波的形成据透射定律可知，当V2＞V１，随α增大，β也增大，透射波射线偏离法线向界面靠扰，当αi（临界角）,使β=90°，透射波以V2速度沿界面滑行，形成滑行波。21sinVVi)(sin211VVi如已知V1、V2折射波：从振源出发的地震波以临界角入射到界面上，形成滑行波，滑行波所经过的界面上的任何一点，都可看作从该时刻产生子波的新震源，在上层介质中形成一种新的波动。※折射波的波前、射线和盲区折射波波前与界面的夹角：iVVtVtVABACABCsinsin2121iABC由于，波前垂直射线，因此，射线是垂直于波前BC的一簇平行线，与法线夹角为i盲区：在地面上观测不到折射波的区域。212212112)(sin22VVVhVVhtghtgiXm讨论：h增加（或V2/V1减小），Xm增大，当V2/V1=1.4时，Xm=2h。经验法则：折射波只有在炮检距大于两倍折射界面深度才观测到3.2.3地震波的时距关系折射波时距曲线水平层状介质界面R，深度h，V2＞V1。波以临界角i投射到界面A点，滑行距离AB后，在B点以i角出射到S点，路程为OA+AB+BS12cos2VihVXt显然时距曲线是一条直线。直线的斜率是m=1/V2，截距为t0，那么，截距时间为：10cos2VihtiVthcos210则由此，可用直达波和折射波时距曲线得出V1、V2、t0，计算出震源点下界面埋深h。对n层：（Vn＞Vn-1……V2＞V1），则11cos2nkkknknVihVXt那么，截距时间t0k为11cos2nkkknkokViht倾斜界面折射波时距曲线111cos2)sin(VihViXt下121cos2)sin(VihViXt上同样，在O2激发，O1接收O1激发，O2接收：倾斜界面不产生折射波条件i+φ≥90°：下倾接收，盲区无限大；上倾接收，α＜i，无法产生折射波。反射波时距曲线1).界面R，埋深h，波速为V。时距关系为:222241)2(2XhVXhVVASOAt上式即反射波时距方程，是一个关于X的二次方程，化简得1)2()2(2222hXVht上式为双曲线方程，时距曲线为双曲线，对称于t轴，曲线的顶点坐标：(0，2h/V)渐近线斜率：VhVhm122结论：直达波是反射波时距曲线的渐近线当t02V2﹥﹥X2时，即2h﹥﹥X时，二项式展开，略高次项2202022202220202])(81)(211[VtXtVtXVtXttn上式表明，正常时差可用抛物函数逼近。正常时差校正（动校正）：把各点时间减去相应正常时差，都变成t0时间。0tttnx意义：校正后，时距曲线的几何形态与地下反射界面的起伏形态有了直接的联系。每次激发时所安置的多道检波器的观测地段称为排列激发点接收排列的相对空间位置关系称为观测系统折射波法观测系统单边观测系统、相遇观测系统、追逐观测系统、相遇追逐观测系统等。3.2.4地震勘探观测系统反射波法观测系统多次覆盖观测系统等。对整条反射界面进行多次覆盖的系观。两种有效的浅层地震反射技术最佳窗口接收技术最佳窗口：既少受面波、声波影响，也少受折射波影响的地段。一般通过试验选定，如图所示。最佳偏移距技术（地震映象）在最佳窗口内选择一个公共偏移距，然后移动震源和排列，得到一张多道记录。255075100125150175200225250275300325350375400425450475-100-75-50-25025ALTITUDE(M)-100-75-50-25025ALTITUDE(M)RD01RD02F1F8F10RD05第四系第四系风化基岩风化基岩新鲜基岩新鲜基岩RD03RD04中国地质大学地球物理系实例3-1：天龙湖电站引水线地震反射波法CDP剖面实例3-2：沙湾水电站尾水渠2号剖面地震折射波法T(毫秒)102030405060708090100110120130140150160170180190200S(米)0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400102030405060708090100110120130140150160170180190200t1线t2线t0线Q线0510152025303540455055606570758085909510010511011512012513013514014515015516016517017518018519019520020521021522022523023524024525025526026527027528028529029530030531031532032533033534034535035536036537037538038539039540040502468101214161820222426283032343638404244464850525456586062646668707274767880828486889092949698沙湾水电站尾水wt2号剖面浅层折射t0法解释综合成果图H(米)3.3瑞雷波勘探过去，在地震勘探中面波一直被看作是一种干扰波，八十年代以来，日本研究者首先开发利用了面波勘探技术，取得了良好效果。目前，面波（瑞雷面波）勘探在我国已成为工程物探的重要手段。3.3.1瑞雷波的波场特征和折射波法、反射波法一样，面波勘探也是利用弹性波场特征进行勘探，只不过面波波场特征与体波有较大区别，因此首先要介绍面波波场的特性，它是了解面波勘探原理的基础。均匀介质中的瑞雷波方程为01161624822222246RSSRPSSRSRVVVVVVVVVV式中、、分别为纵波、横波、瑞雷波波速。将2112SPVV代入上式可得RVRV和与泊松比之间的关系：SV0111281246SRSRSRVVVVVV使方程式有解，可令SRVKV1上式表示了瑞雷波速度与横波速度的关系，K1称之为校正系数，它依赖于泊松比。当泊松比分别为0.25，0.33，0.40，0.50时，K1值分别为0.92，0.933，0.943，0.956。下图表示了P波、S波和R波与泊松比的关系，从中可看出瑞雷面波波速的三个特点：(1)在相同介质中，纵波波速最快，横波次之，瑞雷波最慢。(2)与呈近线性关系，并且当较大时，。在一般情况下，岩石的泊松比为0.25左右，土的泊松比为0.45～0.49之间。因此对于土质地基，可以认为瑞雷波波速与横波波速近似相等，求横波波速可用求瑞雷波波速来代替。(3)与频率无关，表明在均匀介质中面波无频散现象。3.3.2瑞雷波质点的振动瑞雷波传播时，介质质点的位移可分解为水平位移xu与垂直位移zu两个分量，其位移方程为RZKZZVxtfekCeAuRR2cos221110kZZKXVxtfeCeAuRR2sin1110,,2221221,2111212SRSpRRVVmVVnmmnmCmnmkk式中：ε、k为瑞雷波衰减系数，λR、f分别为瑞雷波波长与频率，A0为任意常数以上两式即瑞雷波质点振动的位移表达式。从方程式可见：当Z→∞时，ux→0,uz→0,即在X和Z方向位移为零，说明瑞雷波的传播深度有限；另外，在X方向上的位移ux和Z方向上的位移uz在相位上相差，其位移振幅也不同。由此得出结论：将ux、uz二个分量合成后瑞雷波使介质质点沿椭圆轨迹运动，并且其传播深度有限，如图所示。为使问题的讨论有数量概念，取岩石的泊松比为0.25，则Vp=1.73Vs,VR=0.92Vs，将其代入上式中可算出：k1=5.53ε1=2.48C=0.73于是：kZZXVxtfeeAuRR2sin58.048.233.50RZZZVxtfeeAuRR2cos47.185.048.233.50分析上式：介质质点的振幅随深度Z迅速衰减，且衰减系数与波长λR成反比。因此，面波波长越大，波随离开自由界面的深度衰减越慢，即波长大的面波在介质中穿透越深。λR为参数，给定不同的泊松比，可计算位移分量ux、uz，其位移随深度的变化曲线如图示。从图中可见：对于不同的介质，瑞雷波水平和垂直位移的主要能量均大部分集中在λR的深度内，即认为瑞雷波的穿透深度为一个波长。1RZ从图中还可看出：ux在=0.1～0.2之间变化符号，且ux是正弦函数，uz是余弦函数。因此当ux、uz同号时，Z=0，两者合成之后形成的质点振动轨迹为一逆时针方向转动的椭圆；当ux、uz不同号时，质点振动轨迹为一顺时针转动的椭圆。3.2.3非均匀介质中的频散从地震波频谱理论中知：实际波动极少为单频波(简谐波)，但较复杂的波动总可以认为是由许多单频波的叠加。物理学上，单频波的传播速度称相速度V(或相位速度，常指波峰或波谷的传播速度)，各单频波叠加总振动的极大值(或能量最大值)的传播速度称群速度U。在地震学中，群速度就是地层介质的速度。均匀介质中，不同频率成分的面波相速度相同，因此相速度等于群速度，即VR与频率无关，因而实测得到的波速就是介质的波速。对于非均匀介质，由于面波的相速度与频率(或波长)有关，因此不同频率的单频面波都按自己的相速度传播，于是各分振动的相位差随波的传播而改变，从而导致由分振动叠加的速度不等于相速度，二者的关系为：ddVVU当＞0时，U＜V，这种关系称为正常频散，正常频散表明相速度随波长增大（或频率降低）而增加；反之，当＜0时，U＞V，则称为异常频散。ddV所谓频散，就是指相速度随频率而改变的现象。瑞雷波的频散特性与波场分布空间内介质的物质成分、结构、密度、孔隙度等因素有关。实际上，由于瑞雷波的穿透深度约为一个波长，因此，在地表测得的瑞雷波波速被认为反映小于一个波长的某一深度范围内介质的平均弹性性质。不同的频率有不同的波长，VR的变化反映了不同深度内介质平均性质的改变，也就是说非均匀介质中面波的频散特性决定了进行面波勘探的可行性。3.3.4瑞雷波勘探方法及原理瑞雷波勘探是在测点上逐点进行观测，每一测点测得一条频散曲线。根据震源信号的特点不同，瑞雷波勘探分为稳态法和瞬态法两种。稳态法如图示：当激振器在地面上施加一频率为的简谐竖向激振时，频率为的瑞雷波以稳态的形式沿地表传播，利用检波器（道距为）可测出相邻道瑞雷波的同相位时差，可算出的瑞雷波传播速度。改变激振器的振动频率，就可以测得当前频率下的值。所以，当激振器的频率从高向低变化时，就可以测得一条（或）RRVfVR曲线。瞬态法当速度变化不大时，改变频率就