物探方法瞬态瑞雷波法

瑞雷波勘探方法是近年来发展起来的浅层地震勘探新方法。由于瑞雷波速度同剪切波速度及岩、土力学参数有着密切的关系，第三节瞬态瑞雷波勘探技术

因此在岩、土工程和地基处理方面得到广泛的应用。从方法上讲，瑞雷波勘探有频率域观测的稳态法和时间域观测的瞬态法两种

稳态法应用时间较长，方法技术也较为成熟，但缺点是设备笨重，不利于提高效率。瞬态法则具有轻便、快捷效率高的特点。所用的采集系统就是地震勘探数据采集系统。因此很快受到人们的普遍重视。一、瞬态瑞雷波勘探原理瞬态瑞雷波法是用锤击使地面产生一个包含所需频率范围的假设离震源一定距离处有一观测点A，记录到的瑞雷波是f1(t)，根据傅里叶变换，其频谱为在波的前进方向上与A点相距为x的观测点B同样也记录到时间信号f2(t)，其频谱是若波从A点传播到B点，它们之间的变化完全是频散引起的，则应有下列的关系式vR()是圆频率为ω的瑞雷波的相速度。

上式也可写成式中是F1()和F2()之间的相位差,比较式(6.3.3)和(6.4.4)可知

根据上式，只要知道A、B两点间的距离x和每一频率的相位差，就可以求出每一频率的相速度vR().为得到勘探点的频散曲线，需要对两观测点的记录作相干函数和互功率谱的分析。作相干函数的目的是对记录信号的各个频率成分的质量作出估计，并判断噪声干扰对有效信号的影响程度。

作互功率谱的目的是利用互功率谱的相位特性求出这两个观察点在各个不同频率时的相位差，再利用(6.3.5)式求出相速度，当我们已知频率为f的瑞雷波速度vR后，其相应的波长为R

R=vR/f(6.3.6)

瑞雷波的能量主要集中在介质的自由表面附近，其深度大体在一个波长深度范围内，由半波长理论，所测量的瑞雷波的平均波速vR可以认为是半波长深度处介质的平均弹性性质，即勘探深度是H=R/2=vR/2f(6.3.7)由(6.3.7)可知，频率越高，波长R越短，勘探深度越小;反之，频率越低，波长R越长，勘探深度越大。因此两个观测点之间的距离也要随着波长的改变而改变。对于勘探较深的低频而言，x要大，才能测到较为正确的相位。对于勘探较浅的高频来说，x要小。

根据实际经验，x取1/3R-2R间较为合适，即在一个波长内的采样点数，要小于在间距x内的采样点数的三倍，大于在x内的采样点数的0.5倍。这个滤波准则要针对不同的仪器分辨率和场地的实际情况做适当调整根据以上讨论，同一波长的瑞雷波传播特征反映了地质体水平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波传播特性反映了不同深度地质体的变化情况实际工作中，为了提高效率。瑞雷波勘探时，在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距x设置N+l个检波器,

我们就可以检测到Nx长度范围内瑞雷波的传播特征。对于频率为fi的频率分量，进行互谱分析时，计算相邻检波器记录的相移i，则相邻道x长度内瑞雷波的传播速度，在满足空间采样定理的条件下，测量范围Nx内的在同一测点对一系列频率fi求取相应的vRi值，就可以得到一条vR-f典线，即频散曲线。平均波速为根据(6之.3定.6涝)式，仙可将vR-f曲线贫转换狱为vR-R曲线摄，vR-R曲线朵反映同出该耗测点渣介质雷深上谣的变训化规辜律。呢沿测缠线不鹊同点杜的vR-R曲线混则反泼映了合介质童沿剖歇面方倾向上蚊的变葬化特展征瞬态芒面波俊法的亲震源蝇可以废采用阅锤击传、落尚重、选爆炸料等方哈式。良激振喜力较敬小时党脉冲踏面波欣的主浊频率杠较高盖。检波阁器安鸟置在煮地面角作为恩拾取馆介质瞎振动炊的传逃感器记。面督波勘虏探所乘用检昂波器桂频率辨范围概很宽则，可画以从杀数赫妈兹到烫数千莫赫兹钞。。二、剂瞬态寄瑞雷竭波法辞资料援采集叨系统目前寺国内绘外生享产的批检波绵器类厉型较千多，贿面波牢测试铁时，勇可从石固有心频率娃为4.谢5、8、10、15、28等检钥波器队中选萝择使她用，祸瞬态城面波吩一般辰使用胡固有猾频率桨较低幅的检墓波器检波壤器接填收到炎的基嫌本是迅瑞雷氧波的急垂直随分量添。瞬喇态冲暮击激雪发的约面波茅可以渔看作故许多宾单频睡谐振硬的叠汽加，台因而剥记录虎到的母波形垫也是匀谐波婶叠加应的结军果，吗呈脉戴冲型伤的面述波。为了侵获得厅对应锐于不蕉同深温度的赖波速罢，要甘求震命源产在生的形频率忍范围闪要宽益，测试板浅层翁时用疗小锤围或较舟轻的汤铁块面锤击贿地面带获得位高频惩信号盲，并字采用阳小的妨道间第距接烘收。膝测试柄深度赞大时甲则相举反。地震抱波主秧频f0与落付重法致的重忽块质影量M和重葛块底外面积纯的半椒径r0的关壤系为:其中为切创变模封量，为泊堡松比陈。瞬态降面波婶法也绘可以狭利用陵仪器员的信屑号增爽强功画能，持进行箭垂直本叠加引，以图达到旨增强颂有效垄信号塌压制包干扰随的目腐的。瞬态抹法由挥于采铜用一跨次激粮发多批道接从收，券可将男不同圈间距撤的相俭速度惊波长发数据这组合脱，得非到波爪速与亮波长惠关系叫的瑞落雷波推频散急曲线预。与项稳态抓法相哈比可阳大大经提高晚工作标效率。资料讲处理绸工作炸主要凝包括:对原抽始记舍录的尸整理箱和评握价，揉提高纽奉信号娘质量勇的处怜理，临面波晕速度授的计冬算和疗结果仪的输侦出。频率谈滤波筐是数格据处池理中弊最常腰见的批处理带手段末，它借可以选消除捉各种斩干扰校。三、晃瞬态兴瑞雷昆波法虚资料朽处理对于鸭浅层芒勘探婆，保朽留高狮频成翁分，贸对于贿较深治目的门层保附留低乘频成四分。百对于前中等宁深度威勘探遇，要低合理肥选择思通频崭带，丑以降摄低干康扰，密使资幅料质丽量得罪到改役善，驱并最竟终减荒小对拴频散隆曲线酷的影段响。切除屋处理狠可以走把直翅达波慌和折渣射波输等部骗分地鸭消除贼，从端而保穴留下程来较携纯的量面波避，切秀除以牛后可焦以大兼大改附善频假散曲宏线的穗计算筝结果青。能量勺衰减吓也是诵一种银数据经处理集手段唇，它然可以谊对一吃定时青窗内仔的地虏震波燥进行辟能量馒衰减非控制学。由坐于地纪震记量录中控面波惊能量唉最强迎，因宁此增梯益处血理以爱后，罗可以程使相酱对较俩弱的棉反射砍波、臂直达眨波等边幅值惑减小油，使羊其在副计算荒频散罢曲线溉时相旁关系券数变咬小，伟从而箩达到苹减少淘干扰却的目平的。一般俭而言亩，增肝益处惕理后旨计算袭的频肢散曲押线更疑加平骆滑，爷且对都深层返目标晒反映乎的更跪清楚非，不桂利之碰处是伸这种提平滑极可能精会便撕面波阻勘探侍的分爪辨率订降低贤，并虎产生概低频道段的彼低速枕假象于。经以急上对桃原始街记录双的整缴理和阁处理疾后，轧需要猛确定基面波麻速度vR。由肝式(6赖.3袭.5妇)，首模先确悉定两阳接收初点间适的相爬位差.因此签就要揭对两狱观测福点的装记录物作互熊功率女谱的适分析疲。如果副两观极测点冷的时伶域记壁录为f1(t缴)和f2(t途)，其祸频谱收分别巩为F1()和F2()的自辩功率联谱可涂分别胡表示说为：其中敬的F1*(洲f)和F2*(胳f)为F1(f霞)和F2(f通)的复瓣共扼念谱。f1(t师)和f2(t雹)的互艺功率男谱为可见理互功都率谱凤中的银相位则谱反牵映了结包含徒在面巩波中雕的相占应单际频波抖的相炼位差.在互扑功率眼谱函块数中筛，并现非对题所有民频率捞成分圈都有咏效，接衡量澡某频绣率成旗分是汽否有淡效的昆方法屿是用号相干余函数类，即检被测面闹波由狡测点A向测摩点B传播稠时，时是否俗有良弱好的弊相干虫性。滋定义上相干辜函数上式齐中G(桥f)的模倍应恒模为1，可膨通过G(易f)的实鄙部进梁行相吹干性鬼评价冠。如夹果在钉传播漂过程聪中系拐统是竖理想徒的，课则该序频段阅内G(赌f)的实扶部绝吵对值桃应接聋近1，若扮由于隔干扰草和系向统的慨非线烘性使观信号其的质例量下指降，G(拖f)实部父的绝泊对值旗将下促降。一般沉选择谋其值润大于0.沾8的频描段计占算互德功率车谱。求取嘱面波申在二悟接收兰点间毁传播灶的相居位差阁，并算利用影公式哥计算殖波速雾。选岛择新耀的频钓率值畜并重吸复上财述步呼骤计但算，崖得VR-f或vR-曲线购，即纺频散孝曲线区。图6.膀3-震1是瑞针雷波扰速度vR-和vR-H分布答曲线素。图明中vR曲线由是应享用半殃波长诉转换挤法绘驼出的看，即柜波长倍为的面个波速插度代摔表半迁个波笼长深炊度以毫上的旬介质愈中的滋平均咸值。四、逗瞬态歼瑞雷益波资招料的登解释钟与应项用瑞雷造波速骄度资拿料包为含着饶地下挑介质请的结棚构与眠特性物信息伯，在鉴对岩肺、土宁体地种质特午性的壁研究色和工章程与刷环境粪的检暴测与东监测凉中得娃到广动泛应麦用。频点卸很密(频率拒值的校变化词步长曾很小)的速贪度曲怕线，蹦其含晶义虽监然与炸层速达度不绸同，左但比最较各接频点按速度换值的值展布袋规律伪，可什以看损到速激度曲医线突潜变处耗的深煎度往虎往对轮应于白介质互的界页面深瞧度。毁理论卖和实上践都想表明递，曲既线上"之"字型(锯齿椒状)异常顺反映点地下歼介质被的分订界面萝，如闯图6.椒3-握1所示旷。(一要)频哨散曲浙线的还解释喷及层满速度飘的计有算图6定.3伤-1献瑞雷述波法驰的速均度曲调线如果的把面留波的趣平均继速度陷曲线杂转换焦成层云速度就与深带度H的关努系，断解释兵结果腐将更骨为直睁观。如果祸速度腔曲线挺上读坐取的n-吐1层面光波平忧均速弯度及侧相应谅的界蝴面深候度分居别为vR,n古-1和Hn桌-1酿,n层的苍平均兄速度贿及相混应的丙界面据深度戏为vR,宰n和Hn,并且崖平均闷速度当是随史深度位递增涌的，捉则n-尽1层至n层之睬间的曲面波盆层速叔度vRi,n的计甚算公蔽式为如果扭平均昌速度展随深顽度增熄加而龟降低幻玉时，盛则用浙公式而横壮波速古度的门测定撇较为闷复杂裙，鉴持于面丧波与乏横波翅速度榨近似什相等负，因哑此，版各岩喇、土决层的守面波可速度脏换算两为横折波速序度韵，即走可获等得地松层的欣各种德动力树参数同理怖，利艺用面渴波与敌横波绣速度析近似律相等添，还滨可将鉴面波贫速度饼代入(5肆.2基.6镇)式计雹算出裤地基警的固帖有周驳期以键评价悄地基煎的振疾动特杏性。图6.怀3-批2是在芝山西梳安太小堡露迷天煤之矿的输开挖瘦平台啦上，瞬态利面波陈法取面得的出工作握成果简。左访图为胸随深举度变何化的具面波庄速度煤曲线蜜，右谊图6.盏3-尝2为面辱波频才散曲霞线与擦地层按对比塑图。由于数界面浮两侧付介质闪的速傻度参围数差篇异较并大，汇与速双度变扬化曲租线的蛇对应昆情况仗很好图6.酸3-葱3是用SW镇S多功松能面咱波仪戒，采逃用落盯重震轿源探膊查露栋天煤缠矿开吓挖平擦台地井下老斗窖的宾工作睡成果股。图四中(a势)为测夸点下肆平均突视速袋度曲腔线;(b张)为测谱量排颈列中任第一雕道检傲波点虫与第脾二道诞检波大点之侦间地找层的评相速截度曲绳线;图6灭.3她-2侮面波吼频散耻曲线笋与地蕉层对勉比图图6丘.3捧-3视地下连老窑枪面波瘦频散友曲线(c鸦)图为控测量东排列坐中第线二道欢检波危点与围第三戒道检霞波点姿之间电的相丸速度时曲线;(d勒)图是感测量袄排列扰中第浮三道对与第脂四道董检波瞒点之言间的贞相速完度曲所线;(e秀)图为祥测量柱排列银中第胀四道锐与第译五道部检波阶点之讨间的宿相速绍度曲挨线。由以绞上速使度曲侮线特习征可借以确的定，页老窖堡位于惩排列占中第妻二道旦与第批三道蔽检波制点之筛间的购下方久。矿巴方据窃此布思置钻纵孔验族证，惜在钻施孔的27财-2皱9m深度拴处探并到老凭窖，千与第痰三条压速度现曲线纲的A点和B点反扭映的翼顶底咽板深僻度相木近。(三)在工以程、驶环境谷检测与监幻玉测中润的应糠用深圳吧市中驰兴花唯园的愈场地吸为山怒沟填凝土整妨平形咏成，续测试价区填桨埋土什深大纱约15坑m。为凭检测再夯实主效果件，深肿圳市处地质肢局先斜后做觉了瑞久雷波炸法、伍钻探仔标贯嘱试验触和33m2大压辉板静津载试素验。瑞雷走波测俱试采只用道迅间距2m，偏湿移距4m魂,3陵2k聋g重锤烂，1.墓5m高自号由下签落激独发，边记录帜波形逃经计耗算机浮处理虎后获匀得如个图6.孙3-正4所示垦频散套曲线棍。该曲些线拐废点清注晰，02m深度遍范围待波速洽为26汽0m示/s弦,36m波速跌为22歪0m稍/s，69m波速难为22申0m汉/s，916肾m波速蛛为19跪020盛5m呜/s，解释止加固月深度9m，影活响深嫂度16痛m。该瞎场地撞也进忌行了型钻探减标贯今试验阵，013椒m范围枯内修踢正后煤的标钩贯击浩数为14保.826钟.8钥m，室趁内土室工试胆验压候缩模雾量58M膨Pa，内修摩擦捐角15炭0左右计，凝简聚力36擦kP猾a左右夕。静载醒试验堂按设野计承委载力1.至5倍加苏荷，迟实测捆承载旧力fK=2边50kP炮a，变脂形模扔量34固.0策2M煌Pa，换树算压陶缩模键量8.拒5M匪Pa。三种绿试验决结果著对比家，发贷现频因散曲强线反斯映强哭夯复英合地亮基的宾加固锣深度丢、影龙响深得度与色钻探白标贯茂和静溉载荷循试验贩结果着一致笛。统粪计表且明，虎瑞雷态波速秃与标春贯试晚验有咱较好染的相狂关性障，图6.洲3.扣5是对86个试池件的钢统计替结果占，图渡中N6猾3.这5为标柜贯击控数，痰该相累干曲辆线的旋相关在系数闷为r=彻0.中9图6粗.3回-4粥瑞雷威波频耀散曲软线图6.消3-渔5N63些.5-vr相关立曲线图6.厘3-艰6fk-vR相关习曲线图6.专3-剩7奖E0-vR相关寇曲线图6.赚3-今8软土宰地基掘加固雾的检涨测理论送和实亏践都务说明眯，地梦基土劈燕密实熔较硬冬时，泉标贯蒙击数N值较帐高，舌波速舞也较踩高;反之N值较尚低，vR也较敌低。怎当地汤基土毅含一机定量键的填渐石时迹，N值离啊散性字较大沙，vR代表徒一种薯整体株平均皂效应直。，显然乖当填沟石太份多时抓，面工波法首比标隆贯试上验有捕更大红的优戒越性思。由贵场地刑瑞雷团波速辩与地孝基承辅载力约的相南关统亡计，柿发现至瑞雷脂波速尿与地丑基承市载力序也有拉较好纱的相袖关性智。波块速的刻高低楚反映离了介厚质的谋固结框致密鹿程度图6.纵3-印6是fK,-完--vR相关陷曲线昆，统艘计件里数94件，漂相关资系数r=酒0.游85。对当该曲怕线用异经验预公式吐可表挠示为f