天然源面波勘探
天然源面波勘探采集参数对比试验及工程应用
天然源面波勘探采集参数对比试验及工程应用陈实;金荣杰;李延清;胡尊平;张静【摘要】In recent years,natural source surface wave method has made great progress in theoretical research and instrument development.In order to compare the natural source surface wave exploration with different acquisition parameters,summing up the acquisition parameters which is reliable result and convenient field construction.This paper acquired different parameters experiment data in the Urumqi badaowan in which the bay area covered by Quaternary natural.And the results of data using SPAC method to extract dispersion curves show shallow S-wave velocity structure model.The analysis of the experimental results shows that the dispersion curves obtained in different sampling parameters at the same test site are different in depth and resolution.Among,the station maximum length is greater for 5ms sampling interval;the smaller sampling interval of dispersion has better longitudinal resolution and higher interference noise impact;with the increase in the number of iterations,the dispersion curves gradually converge until stable.According to the experimental results,the appropriate parameters selected are confirmed with reliability of the detection accuracy and the results by practical application.%为对比天然源面波勘探中不同采集参数的勘探效果,总结探测结果的可靠且便于野外施工采集参数,在乌鲁木齐市八道湾第四系覆盖区采集了不同参数的天然源面波方法场地实验数据,并对各种结果数据使用空间自相关法提取相应的频散曲线,通过反演得到试验点地下浅层横波速度结构模型.结果表明,在同一试验点应用不同采集参数所获取的频散曲线在探测深度及分辨力方面均有差异.其中,测站最大边长长度越大探测深度越大;采样间隔为5 ms的频散曲线纵向分辨力更高且受干扰影响越小;随迭代次数的增加,频散曲线逐渐收敛直至稳定.据试验成果选择确定合适的方法采集参数,通过工程应用证实探测精度和结果的可靠性.【期刊名称】《新疆地质》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】6页(P483-488)【关键词】天然源面波勘探;采集参数;对比试验;工程应用【作者】陈实;金荣杰;李延清;胡尊平;张静【作者单位】新疆维吾尔自治区地质调查院,新疆乌鲁木齐830000;北京市水电物探研究所,北京100027;新疆维吾尔自治区地质调查院,新疆乌鲁木齐830000;新疆维吾尔自治区地质调查院,新疆乌鲁木齐830000;新疆维吾尔自治区地质调查院,新疆乌鲁木齐830000【正文语种】中文【中图分类】P631.4岩土工程勘察中，地层各类介质的横波速度是一项重要的岩（土）物性参数，可直接反映测区的岩（土）软硬度并进行地质地层结构划分。
天然源面波勘探技术规程
天然源面波勘探技术规程1. 引言天然源面波勘探技术是一种非破坏性地球物理勘探方法，主要用于获取地下介质的结构和性质信息。
本规程旨在规范天然源面波勘探技术的应用，确保勘探数据的准确性和可靠性。
2. 技术原理天然源面波勘探技术利用地震波在地表上传播时产生的表面波进行勘探。
这些表面波具有较长的传播距离和较低的频率，能够穿透较深的地层，并且受到地下介质结构和性质的影响。
通过对表面波进行分析，可以推断出地下介质的速度、密度、弹性模量等参数。
3. 仪器设备天然源面波勘探需要使用特定的仪器设备进行数据采集和处理。
常用的设备包括：•地震记录仪：用于记录地震信号，并将其转换为数字信号。
•加速度计：用于测量地震信号中加速度成分。
•表面波传感器：用于接收地震波的表面波成分。
•数据处理系统：用于对采集到的数据进行处理和分析。
4. 勘探方法天然源面波勘探主要包括数据采集、数据处理和解释三个步骤。
4.1 数据采集在进行天然源面波勘探前，需要选择合适的勘探区域，并布设观测点。
观测点应均匀分布，以覆盖整个勘探区域。
在每个观测点上，需要设置地震记录仪、加速度计和表面波传感器，并确保其正确运行。
通过激发地震源（如爆破源或地震仪）产生地震波，观测并记录传播到各观测点上的表面波信号。
为了提高数据质量，应考虑以下因素：•观测时间：选择适当的时间段进行观测，以避免干扰因素（如交通噪声）对数据质量的影响。
•观测参数：根据地下介质特性选择合适的观测参数（如频率范围、取样率等）。
•数据品质控制：及时检查数据品质，并排除可能存在的问题。
4.2 数据处理数据处理是天然源面波勘探的关键步骤，其目的是提取表面波信号并进行分析。
常用的数据处理方法包括：•数据去噪：利用滤波等方法去除噪声，以提高信号质量。
•数据校正：对采集到的数据进行校正，消除仪器响应和传播路径效应。
•数据叠加：将多个观测点上记录到的表面波信号叠加在一起，增强信号强度。
•频率分析：对叠加后的信号进行频率分析，得到频率谱信息。
天然源面波勘察方法介绍
根据处理后的数据，对地质构造、岩性特征等进行解释和分析。
成果解释与报告编写
编写报告
根据处理结果和解释结论，编写勘察报告，详细描述地质条件、岩 性特征和面波速度结构等信息。
成果展示
将报告中的信息以图表、表格等形式进行展示，便于理解和分析。
结果应用
将勘察成果应用于相关工程设计和建设中，为项目提供可靠的地质依 据。
天然源面波勘察方 法介绍
目录
• 天然源面波勘察方法概述 • 天然源面波勘察方法技术 • 天然源面波勘察方法流程 • 天然源面波勘察方法优缺点 • 天然源面波勘察方法案例分析 • 天然源面波勘察方法前景展望
01
CATALOGUE
天然源面波勘察方法概述
定义与特点
定义
天然源面波勘察是一种利用天然地震 波在地表传播产生的面波信号进行地 下介质结构和地球物理参数探测的方 法。
成果分析
地层结构分析
地质构造分析
根据面波速度分布和地层结构特征，将地 层划分为若干层，并分析各层的岩性、厚 度和分布范围等信息。
通过分析面波的传播路径和速度变化，推 断地质构造特征，如断层、褶皱等。
工程地质评价
设计建议
根据地层结构和岩性特征，评估工程地质 条件，预测可能存在的工程地质问题，如 滑坡、泥石流等。
勘察深度有限
由于天然地震波的传播特性，天然源 面波勘察方法的勘察深度相对较浅， 难以探测较深层的地下结构。
改进方向
提高信号处理技术
通过改进信号处理技术，降低噪声干扰，提 高信号的信噪比和分辨率。
加强数据解释研究
深入研究数据解释方法，提高数据解释的准 确性和可靠性。
发展多参数探测技术
结合其他勘察方法和技术，发展多参数探测 技术，提高勘察结果的精度和可靠性。
天然源面波勘察方法介绍
天然源面波勘察方法介绍首先，天然源面波勘察方法是采用自然发生的地震事件作为勘察的波源，而不是人为产生的震源。
人们通常使用地震台网记录的地震数据进行分析，选取合适的地震事件进行研究。
与传统的人工震源勘探相比，天然源面波勘察具有成本低、数据获取方便等优点。
天然源面波勘察的核心是分析地震波在地表上的传播特征，特别是面波的传播特点。
在地震波传播过程中，由于地壳的复杂结构和介质的变化，波会发生不同的传播模式，其中面波是一种特殊的传播方式。
面波主要包括Rayleigh波和Love波。
Rayleigh波是一种沿着地表面传播的波动，其运动方式是向前滚动和像海浪一样上下颠簸。
Rayleigh波的传播速度较慢，通常在2-5 km/s之间，相比于S波和P波的速度，Rayleigh波主要在浅层地下传播，对地下浅层结构具有较高的分辨能力。
Love波是另一种沿着地表面传播的波动，其运动方式是地面振动呈横向方向扩散。
Love波有着比Rayleigh波更快的传播速度，通常在4-6 km/s之间，对于较浅的地下结构具有较高的分辨能力。
在天然源面波勘察中，地震台网记录的地震数据是基础。
通过分析地震台站的波形记录，可以提取出面波单台记录（SPR）或者面波双台记录（DPR）。
SPR是指记录一个地震事件在一个台站上的地震波，DPR是指记录一个地震事件同时在两个台站上的地震波。
通过分析SPR和DPR数据，可以获得地震波的频散曲线。
频散曲线是描述地震波在不同频率下传播速度的曲线。
通过分析频散曲线，可以得到面波的传播速度，并进一步反演出地下结构的信息。
频散曲线的分析通常采用多次频率分析、叠加处理等方法，从而提取出可靠的面波传播速度。
除了面波单台记录和频散曲线分析，天然源面波勘察还可以通过其他手段获取地下结构信息。
例如，震源定位可以确定地震事件的位置，从而为勘察提供更准确的波源位置信息。
此外，还可以通过相关函数分析、H/V（水平与垂直分量）谱分析等方法，进一步提取出有关地下结构的信息。
天然源面波勘探技术规程
天然源面波勘探技术规程
天然源面波勘探技术规程是指在地质勘探领域中，使用天然地震源产生的面波进行地质勘探的技术规范。
该规程包括了以下内容：
1. 勘探方法的选择：根据勘探目标、地质条件和勘探范围确定是否适用天然源面波勘探技术，以及选择合适的地震参数和仪器设备。
2. 勘探设计：根据具体的勘探区域和目标，确定勘探方案、勘探线路和测量参数，包括地震波源的放置位置和震源参数，
接收器的布设密度和参数，以及采样率和记录时间等。
3. 数据采集和处理：按照设计方案进行数据采集，包括地震波源的激发，以及接收器的数据采集。
采集到的数据需要进行仪器响应校正、数据预处理和质量控制等步骤，以提高数据质量。
4. 数据解释和分析：采用地震解释和地质分析方法，对采集到的数据进行处理和解释，包括震源成像、模型参数反演和地层解释等。
根据分析结果，进一步确定地质构造和地下储层等属性。
5. 勘探报告：根据分析结果，撰写勘探报告，包括地质构造和地层描述，地下储层的评价和预测等内容。
天然源面波勘探技术规程是地质勘探中的重要规范，对于提高勘探效率和准确性具有重要作用。
它有效地利用了地球自然资
源，减少了人为激发地震的成本和环境影响，并可以获取地下结构和储层属性的有用信息。
天然源面波勘探台阵对比试验
Ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｒｒａｙ ｌａｙｏｕｔ ｉｎ ｎａｔｕｒａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ
２０１５．０２．０１２． Ｌｉ Ｎ，Ｈｅ Ｚ Ｑ，Ｙｅ Ｔ Ｌ，Ｆａｎｇ Ｓ Ｃ．２０１５．Ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｒｒａｙ ｌａｙｏｕｔ ｉｎ ｎａｔｕｒａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ． Ａｃｔａ Ｓｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，３７（２）：３２３－－３３４．ｄｏｉ：１０．１１９３９／ｊａｓｓ．２０１５．０２．０１２．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｔｕｒａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；ａｒｒａｙ ｌａｙｏｕｔ；ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ
引言
浅层横波速度是工程勘察中重要的地层物性参数，如何快速、准确地获取横波速 度 是
目 前 需 要 探 索 的 问 题 ．面 波 勘 探 是 近 年 发 展 的 一 种 新 的 获 取 浅 层 横 波 速 度 的 地 球 物 理 勘 探 方 法，具有简便快速、成本低廉、施工方便等优点，已在许多领域得到广泛应用，并取得了 良 好 的 探 测 效 果 （赵 明 ，１９９６；万 建 华 ，２００７；刘 康 和 ，魏 树 满 ，２０１０）．面 波 勘 探 包 括 人 工 源面波勘探和天然源面波勘探（刘 云 祯，王 振 东，１９９６；王 振 东，１９９８；王 建 文 等，２０１０）， 本文主要讨论天然源面波勘探方法．
天然源面波勘探在市政工程中的分析与应用
天然源面波勘探在市政工程中的分析与应用发布时间：2021-11-14T07:10:39.157Z 来源：《时代建筑》2021年20期7月中作者：唐红金[导读] 通过结合市政工程实例介绍了天然源面波的采集方法，并分析了采集的影响因素。
通过对空间自相关法（SPAC 法）、频率 - 波数法（F-K 法）的函数模型的推导，展现了面波速度的解析原理；并通过结合具体的工程实例，展示了天然源面波中两种主要的频散曲线解析方法的优劣。
在此基础上，分析了天然源面波勘探的优势、展望了天然源面波勘探的应用前景。
文章简单介绍了面波与天然源面波的发展历程，通过对面波产生机理的分析、运算模型的推导，引导出天然源的勘探原理。
3412261987060****3 唐红金摘要：通过结合市政工程实例介绍了天然源面波的采集方法，并分析了采集的影响因素。
通过对空间自相关法（SPAC 法）、频率 - 波数法（F-K 法）的函数模型的推导，展现了面波速度的解析原理；并通过结合具体的工程实例，展示了天然源面波中两种主要的频散曲线解析方法的优劣。
在此基础上，分析了天然源面波勘探的优势、展望了天然源面波勘探的应用前景。
文章简单介绍了面波与天然源面波的发展历程，通过对面波产生机理的分析、运算模型的推导，引导出天然源的勘探原理。
关键词：市政工程；天然源面波；空间自相关法（SPAC 法）；频率 - 波数法（F-K 法）；频散曲线1 面波的发展与现状二十世纪五十年代初，人们根据瑞雷面波在层状介质中具有频散特性，由美国逻辑学家 Haskell 首先采用矩阵方法计算出了层状介质中瑞雷面波的频散曲线，从而开启了利用瑞雷面波了解地层结构的应用。
上世纪六十年代后，随着高速数字计算机广泛地应用于地球物理学的各个领域，瑞雷面波频散曲线的快速计算被提上日程，大量外国学者对层状介质中瑞雷面波频散函数的计算进行了研究，提出了各种方法，其中主要有 ThomsonHaskell 法、Schwab-Knopoff 法、δ 矩阵法、Abo-Zena 法、RT 矩阵法等；从而大大提高了地震面波对地层构造解释的精度。
天然源面波勘探技术在工程中的应用研究
工程 球物 理告 赧
ＣＨＩ ＮＥＳ Ｅ Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＧＥＯＰＨＹＳ Ｉ ＣＳ
Ｖｏ Ｌ １ Ｏ． Ｎｏ ．： １ ６ ７ ２ －７ ９ ４ ０ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ ３ —０ ２ ７ ９ 一Ｏ ７
关键 词 ： 天然源 面波 ； 空间 自相关法 ； 频 率一波数法 ； 浅层地震勘探 ； 数据处理 中图分 类号 ： Ｐ ６ ３ １ 文 献标识 码 ： Ａ 收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ －１ １ —２ ０
Ｔｈ ｅ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ｗａ ｖ ｅ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
２． ５ Ｈｚ ｇｅ ｏ ｐｈｏ ｎｅ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｔ ｈｅ ｎａ ｔ ｕｒ ａ ｌ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｗａ ｖｅ ｅ ｘｐｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ，ｗｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｔ ｓ ｈｏ ｗｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ —
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈｉ ｓ ｐａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏｄ ｕｃ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ，ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｃ ｈｎｉ ｑｕ ｅ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｔ ａ
ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ Ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｗａ ｖ ｅ ．Ｉ ｔ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
方法技术特点
YREC
黄河勘测规划设计有限公司
方法技术特点
YREC
黄河勘测规划设计有限公司
天然源面波的研究及应用
YREC
地壳和 地幔的 物质组
成
地震灾 害
地球的 内部结
构
天然源面 波勘探
规则台 阵到不 规则台
阵
大地构 造
观测台 阵和探 测深度 的关系
黄河勘测规划设计有限公司
人类活动产生，信号频率≥1Hz的 高频信号源（又称常时微动）如：各种 机械振动，道路交通等
微动没有特定的震源，振动来自观测点的四面八方，携 带有丰富的地球内部信息。微动是由体波（P波和S波）和面 波（瑞雷（Rayleigh）波和勒夫（Love）波）组成的复杂振 动，其中面波的能量占信号总能量的70％以上。
天然源面波的研究及应用
YREC
规则台阵到不规则台阵：以往的空间自相关法一直采用 规则台阵,但实际工作时不方便,后来冈田等进一步研究使得 SPAC法在不规则台阵上也能够适用。采用非规则台阵的空间 自相关法(SPAC法)称为扩展的空间自相关法(ESAC法)。
微动单点规则台阵示意图 微动单点非规则台阵示意图
黄河勘测规划设计有限公司
天然源面波的研究及应用
YREC
黄河勘测规划设计有限公司
天然源面波的研究及应用
YREC
图1
图2
图3
图4
黄河勘测规划设计有限公司
天然源面波的研究及应用
YREC
关于观测台阵（台阵半径）和探测深度的研究： 2002年提出F-K法有效波长范围为台阵半径的2.3~6.8倍， SPAC法有效波长范围为台阵半径的3.2~17.2倍。在10个 观测台阵中，有效波长范围上限随地下构造的不同和台 阵的大小而变化，但SPAC法的上限都比F-K法大。 推定可能的位相速度的最短波長：
min (1.5～2) Rmin
推定可能的位相速度的最長波長：
max (3～10) Rmax
黄河勘测规划设计有限公司
天然源面波勘探的技术优势
YREC
1、无需人工源，不受场地限制，野外作业简便, 勘探周 期短，成本低。尤其适用于地面障碍物覆盖区的构造勘探。
2、由于使用面波，不受浅层高速层屏蔽作用的影响。 3、探测深度大。根据台阵观测半径大小，勘探深度从地 表~3000多米。
黄河勘测规划设计有限公司
YREC
土石界面探测：
工程实例
黄河勘测规划设计有限公司
YREC
黄河勘测规划设计有限公司
YREC
断层探测：
观测半径:20、40、80、160m
黄河勘测规划设计有限公司
YREC
黄河勘测规划设计有限公司
YREC
黄河勘测规划设计有限公司
一、国内外发展概况 二、方法技术特点 三、天然源面波的研究及应用 四、天然源面波勘探的技术优势 五、工程实例
黄河勘测规划设计有限公司
国内外发展概况
YREC
国外
天然源面 波勘探技术的 研究开始于20 世纪50年代， 1957年提出了 从微动信号中 提取面波的两 种主要方法： 空间自相关法 (SPAC法)和频 率-波数法 （F-K法）。
YREC
天然源面波勘探技术
余凯
黄河勘测规划设计有限公司工程物探研究院
Yellow River Engineering Consulting Co., Ltd.
黄河勘测规划设计有限公司
内容提要
YREC
文章回顾了天然源面波勘探发展的历史,介绍了解天然 源面波勘探的技术特点以及几种数据处理方法，主要讨论 了天然源面波的应用和研究方向，总结了天然源面波勘探 的技术优势。
国内
20世纪80 年代末90年代 初首次传到中 国。1992年北 京市地质勘察 技术院首次在 北京进行了一 次目的层深达 2400ｍ 的微 动勘查试验。
黄河勘测规划设计有限公司
方法技术特点
YREC
微动信号的来源
各种自然现象产生，信号频率＜ 1Hz的低频信号源（又称长波微动）如： 天气的变化以及海浪、潮汐变化等
黄河勘测规划设计有限公司
YRECP波微动S波 地震波微动
黄河勘测规划设计有限公司
方法技术特点
YREC
理论上来讲，微动可以看作是一种稳定的随机过 程，是随时间和位置适量而变化的一种自然现象，某 一时间段的微动记录可以作为稳定随机过程的样本函 数来看待。同时，可用时间与空间上的平稳随机过程 进行描述。天然源面波（微动）勘探方法就是以这种 平稳随机过程理论为依据的，由微动信号中提取面波 的频散曲线，然后通过对频散曲线的反演，得到地下 横波的速度结构。