面波在地震波場中的特性研究及應用畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-20 06:41 本頁面
【文章內容簡介】 F6)。見圖 12。 圖12 溫泉區(qū)地質圖圖12 區(qū)域地層地質圖 面波勘探的基本原理及特點面波是一種特殊的地震波，它與地震勘探中常用的縱波（P波）和橫波（S波）不同，它是一種地滾波。彈性波理論分析表明，在層狀介質中，拉夫波是由SH波與P波干涉而形成，而瑞利波是由SV波與P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介質自由表面附近，其能量的衰減與r1/2成正比，因此比體波（P、S波∝r1）的衰減要慢得多。在傳播過程中，介質的質點運動軌跡呈現(xiàn)一橢圓極化，長軸垂直于地面，旋轉方向為逆時針方向，傳播時以波前面約為一個高度為λR（R波長）的圓柱體向外擴散。在各向均勻半無限空間彈性介質表面上，當一個圓形基礎上下運動時，由它產生的彈性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）計算出來，即 P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是說，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作為勘探方法，其信噪比會大大提高。（見圖21） 圖21 能量分配圖面波勘察成果具有地層高分辨的特點，同時獲得地層物性的參數。瑞利面波方法用于巖土勘察，與以往的彈性波勘察方法差別在于，它應用的不是縱波和橫波，而是以前視為干擾的面波。其原理是，面波具有頻散的特性，其傳播的相速度隨頻率的改變而改變。這種頻散特性可以反映地下巖土介質的特性[4]。瑞利面波的特點：（1）在地震波形記錄中振幅和波組周期最大，頻率最小，能量最強；（2）在不均勻介質中R波相速度（VR）具有頻散特性，此點是面波勘探的理論基礎；（3）由P波初至到R波初至之間的1/3處為S波組初至，且VR與VS具有很好的相關性，其相關式為：VR=VS?（+）/（1+μ）； 式中：μ為泊松比；此關系奠定了R波在測定巖土體物理力學參數中的應用；（4）R波在多道接受中具有很好的直線性，即一致的波震同相軸；（5）質點運動軌跡為逆轉橢圓，且在垂直平面內運動；（6）R波是沿地表傳播的，且其能量主要集中在距地表一個波長（λR）尺度范圍內。依據上述特性，通過測定不同頻率的面波速度VR，即可了解地下地質構造的有關性質并計算相應地層的動力學特征參數，達到巖土工程勘察之目的[3]。瑞利面波技術成果，在地層分辨率方面的突出表現(xiàn)，激發(fā)進一步研究的動力。同時其成果的缺陷引發(fā)研究人員對客觀事物復雜性的認識。對瑞利面波的研究，由穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)，采用兩點接收，從未見到瑞利面波在地層介質中傳播在地面所接收到的面貌，即應用中瑞利面波在時間空間域中的形態(tài)特點。研究處于一種理性化狀態(tài)。二十世紀90年代中期，北京市水電物探研究所劉云禎提出多道瞬態(tài)面波勘察與檢測系統(tǒng)，使瑞利面波技術的研究開創(chuàng)新局面，使該技術應用于巖土勘察與檢測走出一條新路。劉云禎提出的多道瞬態(tài)面波方法，在震源方面：提出采用不同材質和輕重的錘子，采用落重法和炸藥激振的方法；在接收方面：提出采用地震勘探中采用的多道排列的方法，例如：12道、24道或更多道組成的排列。由此，瑞利面波在瞬態(tài)激振條件下的傳播特征進入可視狀態(tài)，為研究瑞利面波的傳播特征、面波頻散的提取計算方法研究、認識瑞利面波在傳播過程中具有多組份波傳播特征、以及應用瑞利面波中的干擾等問題開創(chuàng)了新局面，為瞬態(tài)瑞利面波技術的推廣應用奠定基礎[5]。瑞利面波的傳播示意圖： 圖22時間空間域中可視的瑞利面波紀錄面貌： 圖23 野外工作方法應用瞬態(tài)法進行現(xiàn)場測試時一般采用多道檢波器接收，以利于面波的對比和分析。當錘子或落重在地表產生瞬態(tài)激振力時，就可以產生一個寬頻帶的R波，這些不同頻率的R波相互迭加，以脈沖信號的形式向外傳播。當多道低頻檢波器接收到脈沖形振動信號后，經數據采集，頻譜分析后，把各個頻率的R波分離出來，并求得相應的VR值，進而繪制面波頻散曲線[6]。當選取兩道檢波數據進行反演處理時，應使兩檢波器接收到的信號具有足夠的相位差，其間距△x應滿足（λR/3）～λR，即在一個波長內采樣點數要小于在間距△x內的采樣點數的3倍，而大于在間距△x內的采樣點數的1倍，該采集濾波原則對于不同的勘探深度及儀器分辨率和場地地層特性可作適當調整。當采用多道檢波數據進行反演處理時，雖然不受道間距公式的約束，但野外數據采集時也應考慮勘探深度和場地條件的影響。一般來說，當探測較淺部的地層介質特性時，易采用小的△x值并用小錘作震源以產生較強的高頻信號，即可獲得較好的結果；當探測較深部的地層介質特性時，易采用較大的△x值，并用重錘沖擊地面，以產生較低頻率的信號，使其能反映地下更深處的介質信息，達到巖土工程勘察之目的。震源點的偏移距從理論上講越大越好，且易采用兩端對稱激發(fā)，有利于R波的對比、分辨和識別，但偏移距增大就要求震源能量加大和儀器性能的改善。一般來說，偏移距應根據試驗結果選取。就目前的儀器設備條件和反演技術水平，選用偏移距20～40m即可獲得較好的測試結果。由多道檢波數據反演處理后可得一條頻散曲線，一般把它作為接收段中點的解釋結果。實際上該曲線所反映的地層特性為接收段內地層性質的平均結果，故當探測場地地下介質水平方向變化較大時，只要能滿足勘探深度的要求，盡量使反演所用的接收段減小，以使解釋結果更具客觀實際[7]。 測線布置 工區(qū)位于撫州市溫泉鄉(xiāng)余山水庫西南向，與石禾崗相連。綜合考慮，在水庫的大壩上進行測量。（見圖24）沿大壩的西南向布置大概長500米的測線，選用多道檢波器
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