物探-浅震中的新技术新方法

2 2
2
2
2
动剪切模量
Gm Vs
2
动体变模量
4 2 K m (V p Vs ) 3
2
动泊松比

V p 2Vs
2
2
2 2
2(V p Vs )
上式中如果模量单位为国际单位MPa ，则：ρ 为质量密度， ρ=γ/g （ γ为容重、g为重力加速度）。
2. 岩石的状态函数、物性指标和地震参数的关系
（1）岩石的速度与密度
渤海地区地层密度与速度的关系（陈继松，1982）：
新生界地层密度：ρ =1.66+0.181Vp 中生界地层密度：ρ =1.85+0.156Vp
在沉积岩中波速与岩石密度的关系（北美）：
（2）岩石的速度与孔隙度
1 (1 ) V Vm Vf
（3）岩石的速度与含水量
须具有明显的方向性，并在记录中应尽量使纵波和其他干
扰波的能量减少，而使横波的能量增强。
震源产生的波形取决于震源力的对称性及边界条件。 全无对称性的力可以产生三种波：P波、SH波、SV波；柱 对称------单一垂直振动可产生P波和SV波；旋转振动及水 平冲力可产生SH波。
目前在地面或钻孔中进行横波观测时，一般可分为炸 药震源及非炸药震源。
黄河上游公伯峡水电站花岗岩：
Es 43.06e E0 8.4e
1.34710 3 Vp
3.02910 3 Vs
9.7710 4 Vp
黄河上游李家峡水电站前震旦片岩：
Es 196.48e E0 25.85e
1.2410 3 Vp
黄河流域和金沙江流域综合（R=0.9）：
lg Es 3.3964lg V p 8.2588 lg E0 3.7486lg V p 9.8142
单轴抗压强度的估算：
p V p
3
P单轴抗压强度；α 为常数
极限抗压强度的估算：
cs
V p (1 2 )
2
2C (1 )
2
Vs cs C
式中：Vp、Vs单位（cm/s）;ρ 密度（g/cm3）；σ
cs单位（10 -1pa）；σ
泊松比
常数C的选定：
（6）岩体质量参数与速度的关系
S2
H 2 H1 V1, 2 t 2 t1
跨孔法直接计算
L V t
激 发 锤
L
检 波 器
测试结果
3．横波的识别 在横波勘探中。尽管采用了横波激发震源，
但地震记录中不可避免地还存在着纵波和其它
干扰波。怎样从横波地震记录中识别横波或者
说怎样从中区分出纵波和横波，一般可从以下
几个特征来进行识别。
上安装一个小球，当放开弹簧时，弹簧的恢复力就带动滚动的铁球
冲击木板，以此作为震源。这种方法的冲击力可达敲板法的10倍， 而且波形记录的重现性比较好，探测深度和范围比敲板法大。
（3）跨孔锤法
这是在钻孔内进行横波激发 的一种方式。其原理是将一种特 殊的机械震源装置-----跨孔锤置
入钻孔之后，再用液压的办法使
Es 0.35E
1.141 m
Es（102Mpa）
Em（103Mpa）
中科院地质所采用：
Es 0.25E Es 0.25E
1.3 m 1.7 m 2.0
适合完整岩石或岩体
适合裂隙发育和破碎岩体 适合破碎充水的岩体
Es 0.25E m
动静转换经验公式有地域性和岩性差别，实际工作 中最好自己建立。（以下为我们自己建立的关系）
如果不含水地层的Vp＜1500m/s，则含水后对
Vp的影响较大，此时应充分考虑剪切波Vs值。
V pw
式中：Vpw为湿岩样p波速；Vpo为干岩样p波速 w岩石湿度；α 为经验常数（砂岩0.0379）
Vp0 1 w
（4）岩石的速度与孔隙中含泥量的关系
针对砂岩所做的回归方程：
Vp 5.59 6.93 2.18C Vs 3.52 4.91 1.89C
（5）岩石的速度与抗压强度的关系
Ⅲ类指标（地震参数）与Ⅰ类（岩石状态）和Ⅱ类
指标（物性参数）有着密切的相关关系，同时，这三类 指标相互间也有相关关系。 当岩石和岩土体的状态发生变化时，岩石的工程地 质性质和地震参数会发生变化，也就是说，描述岩石特 性的全部指标，以及岩体内弹性波传播的地震参数是相 互联系的。这样，可以用某种方法确定任何两种指标的 关系式（经验公式），根据一种比较容易测定的指标， 估算另一种在岩石天然产状条件下难以测定的指标。
通常采用如下一些参数：
Ⅰ类指标（状态参数） n：孔隙度； nf：裂缝和裂隙度； Mn：孔隙和裂缝充填物的种类（空气、水、亚粘土等） σ：应力状态，即作用于岩体内的应力值； w：湿度（充水量）。 上述指标归为Ⅰ类指标。直接测量这些指标难度是很大
的，有很多需要在实验室中完成，这样又会破坏岩石和岩土
体的天然状态，而且试件的数量是有限的，因此，不能展现 其空间变化状态。
其中的液压紧锁板伸向井壁，将 跨孔锤固定在钻孔的某一深度上
再用小绞车把锤拉起或下落。从
而产生锤击激发的效果。锤击的 方向可以向上或向下．以产生两
个相位相反的横波，以便于识别
2. 横波的接收
横波测量分地表和钻孔中两种方式。地表接收时，检波器最 灵敏的方向应与测线方向垂直，与敲击方向一致；钻孔中测量横 波可分为单孔法和跨孔法两类，简称PS测孔（井）。
（土）体的物理力学性质，包括建筑物构件的物理力学性
质，检测这些性质，为各种工程设计和质量检测提供依据。 工程地质研究的是岩石的状态和力学性质。所谓岩石 状态，是指岩石风化度、孔隙度、裂隙度、作用于岩体内 的应力值、湿度或充水量，以及孔隙和裂缝填充物的成分 和数量；岩石的力学性质包括动、静力学性质。 这些决定岩石物理力学性质的各种因素可以定量表示。
完整性系数Kw 裂隙系数Ls
Kw=（Vp体/Vp石）2
Ls
V p石 - Vp体 V p石
V p新
2
2
2
风化系数

V p新 V p风
各向异性系数
r V V //
1 A1 ln x2 x1 A2
衰减系数
岩体质量分级
按现行标准（GB50218-94）
分级 Kw Es(Mpa) σ Ls Ⅰ >0.75 >33 <0.2 <0.25 Ⅱ 0.75～0.55 33～20 0.2～0.25 0.25～0.50 Ⅲ Ⅳ Ⅴ <0.15 <1.3 >0.35 >0.80
层进行更详细的分层，利用横波速度可以划分岩体
并对岩体进行稳定性评价，以及测定岩土力学参数。
一、波速测试方法
1. 横波的激发
由于横波的振动方向与波的传播方向是垂直的，因 此，激发和接收方式的选择就波器最大灵敏方向和波的振动方向相一致。
由于横波的速度总是小于纵波，所以横波总是在纵波到达 之后到达。为了便于接收和识别横波，横波震源的振动必
了解地基及建筑物的振动特性，为抗震防震提供重要参数 的常时微动技术等等。
第一节

纵、横波速测试技术及应用
完整的地震勘探应当是包括纵波和横波的多波勘探 因为横波的激发、接收和识别在技术上要复杂得多,
所以地震勘探中所利用的主要是纵波，对横波的利
用比较少。

横波研究和应用有重要的意义：
工程地质勘察中，横波探测可以对第四系覆盖
勘探方式的变化导出了一些新的勘探方法，由单纯接收纵
波扩展为接收横波和面波，形成了横波勘探和面波勘探； 其次，由于不断地从其他学科吸收最新的技术、方法，从 而使勘查技术发生了巨大的变化，其中在反演中借鉴医学 CT技术出现的地震层析技术最具代表性；此外，根据工
程建设的特殊需要发展了一些相应的新方法技术，比如欲
Ⅱ类指标（物性参数）
岩石的物理性质也是工程地质关心的指标，如密度、
静弹性模量、变形模量、泊松比、压缩强度极限和内聚力。 这些指标归统为Ⅱ类指标，可以表示为： ρ：密度； Es：静弹性模量；
Eo：变形模量；
σ ：泊松系数； Rc：压缩强度极限；
C：内聚力。
Ⅲ类指标（动力学参数） 岩石的动力学（地震）参数，是通过地震方法可以在 原位测量的天然状态下的参数，包括纵波传播速度、横波 传播速度、地面瑞利面波传播速度、动弹性模量、动态泊 松比、纵波与横波的吸收系数等，它们可表示为： Vp：纵波传播速度； Vs：横波传播速度； VR：瑞利面波传播速度； Em：动弹性模量； σ ：动态泊松系数； α p、α s：纵波与横波的吸收系数。 这类指标为岩石的Ⅲ类指标。
0.55～0.35 0.35～0.15 20～6 0.25～0.3 6～1.3 0.3～0.35
0.50～0.65 0.65～0.80
风化程度 β
新鲜 <0.1
微风化
弱风化
强风化
全风化
0.1～0.25 0.25～0.5 0.5～0.75 >0.75
（7） 岩石（体）动参数与静参数的关系
回归的经验公式：
需要注意的是，天然状态下，岩体的一些工程地质 指标和地震参数的变化不是单一对应的。如在岩石应力
状态变化的同时，岩石裂隙度或裂缝充填物的成分和数
量均可能发生变化；另一方面，岩石中纵波传播速度的 变化有可能与岩石物性、孔隙充填物性质等多种因素有 关，对付这种多解性的办法是采用多参数求解，如纵波 和横波传播速度的同时测定和反演，甚至于利用非地震
（二）弹性波速在土体方面的应用
弹性波在土体介质评价中的应用主要偏重于横波速度Vs 值。对于建筑场地勘察中有以下六个方面的应用：
按波速值对地基土分层；
提出各类地基土的波速范围值； 计算各类地基土的动力学参数； 对波速较低的软弱层（饱和粉质粘土、粉细砂地层）