地震折射波法

5 地震折射波法
在工程地震勘探中， 在工程地震勘探中 ，地震折射波法是一种 简便经济的勘探方法， 简便经济的勘探方法，在精度要求不高的情况 它可为工程地质提供浅层地层起伏变化和 下，它可 为工程地质提供浅层地层起伏变化和 速度横向变化资料以及潜水面的变化资料等 速度横向变化资料以及潜水面的变化资料等， 还可为反射波法勘探提供用于静校正的表层速 还可为反射波法勘探提供用于静校正的表层速 度和低速带起伏变化资料。 度和低速带起伏变化资料。 有关折射波的形成 及正演时距曲线的特征等问题已在本篇的第一 和第二章中讨论过了，在此， 和第二章中讨论过了，在此 ，仅就资料的采集 和处理解释问题进行论述。 和处理解释问题进行论述。
1 L′ = VP t ′ 2
（1.8.2）
（1.8.5）
对于一完整摩擦桩， 对于一完整摩擦桩 ， 其桩底反射的相位与入射 波或激振信号的相位是相反的。 波或激振信号的相位是相反的。 1）摩擦桩 ） 在计算承载力时， 采用较大的力锤击桩边土 自 （ 在计算承载力时， 由落锤） ，迫使桩土体系共同振动 由落锤） 迫使桩土体系共同振动 ，
8.2.1 方法原理
1．桩体缺陷检测 ． 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力F， 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力 ，并在震 源点附近接收时， 源点附近接收时，其断裂面和桩底面上将产生 反射和透射的P波 由于为近法线入射， 反射和透射的 波。由于为近法线入射，转换 横波可不考虑。 横波可不考虑。
VP = 2L / t
8.2 锤击法
锤击法是一种瞬态动测法。 锤击法是一种瞬态动测法。嵌入土中的桩 瞬态动测法 基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹 性连结的弹性杆。 性连结的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加瞬间外 力F时，桩体内相邻质点间的应力发生变化， 时 桩体内相邻质点间的应力发生变化， 引起应变的传递，产生弹性波。 引起应变的传递，产生弹性波。 可定量确定出桩体的质量以及估算出承载力 的大小。 的大小。
7 瑞雷波法
瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波传播的 瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波传播的 频散特性， 频散特性，利用人工震源激发产生多种频率成分 的瑞雷面波，寻找出波速随频率的变化关系， 的瑞雷面波，寻找出波速随频率的变化关系，从 而最终确定出地表岩土的瑞雷波速度随场点坐标 的变化关系， 的变化关系，以解决浅层工程地质和地基岩土的 地震工程等问题。 地震工程等问题。
i
Vi =
∆H i H i − H i −1 = ∆t i t i − t i −1
（ 1.6.4） ）
2）平均速度计算 ） 由垂直时距曲线上的 t 和对应的 H ，根据公式
H − hc Vm = t
（1.6.5） ）
6.2.1 跨孔法
跨孔法可以用来测量钻孔之间岩体纵、 跨孔法可以用来测量钻孔之间岩体纵、横 波的传播速度、弹性模量及衰减系数等， 波的传播速度、弹性模量及衰减系数等，这些 参数可用于岩体质量的评价。 参数可用于岩体质量的评价。 2．透射CT成像技术（专题） ．透射 成像技术 专题） 成像技术（
5.2.2.2
单支时距曲线的解释
T1 = x / V1 T2 = x / V2 + 2 z1 cos i12 / V1 = x / V2 + T3 = x 2 z1 cos i13 2 z 2 cos i 23 + + V3 V1 V2 2 z1 1 − (V1 / V2 ) 2 v1
= x / V3 +
（1.8.10）
其 中 ， rz 为 桩 周 土 扩 散 半 径 ， 计 算 公 式 为 ：
rz = 12 ϕ L ⋅ tg + d ; L 0 为 桩 全 长 ；L 23 2
为 桩 实 际 入 土 长 度 ；A
为 桩 身 截 面 面 积 ； r1 为 混 凝 土 容 重 ，一 般 取 2.4t/m 3 ；
有等间距和不等间距两种方式。 有等间距和不等间距两种方式 。 在不等间距 接收中， 接收中 ， 一般可把接收排列的道距设计成小 一大一小方式， 也可把它设计成小一大方式。 一大一小方式 ， 也可把它设计成小一大方式 。 道距的选择一般为1~10m，可按勘探目的层深 道距的选择一般为 ， 地层展布、 度 、 地层展布 、 仪器道数以及激发能量等情 况而定。 况而定。
x1 ) VR
（1.7.8） ）
u 2 (t ) = A2 cos ω (t −
x2 ) VR(τ ) = N
∑ u (n)u
1 n =1
N
2 (n
+τ)
（1.7.11） ）
此时速度计算公式为： 此时速度计算公式为：
V R = ( x 2 − x1 ) / τ 0
7.1 勘探原理 瑞雷波沿地面表层传播， 瑞雷波沿地面表层传播，表层的厚度约为一个波长， 表层的厚度约为一个波长，因此， 因此， 同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变 化情况， 化情况，不同波长的瑞雷波的传播特性反映着不同深度的地质 情况。 情况。
VRi = ∆x / ∆t i VRi = 2πf i ∆x / ∆ϕi
和已有的浅层折射波法和反射波法相比， 和已有的浅层折射波法和反射波法相比 ， 瑞雷波的独特之处 是它不受地层速度差异的 独特之处是它 瑞雷波的 独特之处 是它 不受地层速度差异的 影响， 影响 ， 折射波法和反射波法对于波阻抗差异 较小的地质体界面反映较弱，不易分辨， 较小的地质体界面反映较弱 ， 不易分辨 ， 尤 其是折射波法要求下覆层速度大于上覆层速 度 ， 否则为其勘探中的盲层，瑞雷波法则不 否则为其勘探中的盲层 ， 存在这类问题。 存在这类问题 。 但 瑞雷波法的勘探深度受方 法本身的限制，明显不如前两者， 法本身的限制 ， 明显不如前两者 ， 而纵横向 分辨率又高于前两者。 分辨率又高于前两者。
t= z − z n −1 z1 z 2 − z1 z 3 − z 2 + + + ⋯⋯ + V1 V2 V3 Vn
z = 1 + V1
∑
i =3
n
z i −1 − z i − 2 z − z n −1 + Vi −1 Vn
（1.6.1）
图1.6.1 地震测井
为多层介质的透射波垂直时距曲线图。 图 1.6.1 为多层介质的透射波垂直时距曲线图。由 图可知，利用垂直时距曲线的折点， 图可知，利用垂直时距曲线的折点，可以确定相应 折线各段的斜率， 地层的厚度，根据折线各段的斜率 地层的厚度，根据折线各段的斜率，能求出各层的 层速度 Vi =
应特别指出的是， 应特别指出的是，必须保证相遇时距曲线 互换点及追逐时距曲线重迭部分在干涉区以外。 互换点及追逐时距曲线重迭部分在干涉区以外。 道和道距： 道和道距：折射波法勘探中一般采用单个检 波器作为一道接收，而不搞组合检波， 波器作为一道接收，而不搞组合检波，其主要原 因就是它不需要考虑压制面波干扰问题， 因就是它不需要考虑压制面波干扰问题，因为目 前所考虑的折射波仅仅只是首波， 前所考虑的折射波仅仅只是首波，即是最先到达 的波。首波中包含了直达波和折射波。在采集中， 的波。首波中包含了直达波和折射波。在采集中， 我们只要注意压制随机干扰并兼顾激发能量，就 我们只要注意压制随机干扰并兼顾激发能量， 可获得质量较高的首波记录。此外， 可获得质量较高的首波记录。此外，为了不漏掉 浅层薄层信息，道距的选择是十分重要的。 浅层薄层信息，道距的选择是十分重要的。一般
(2πf n ) 2 ⋅ w = g
w 因m = g
(1.8.8)
µ (2πf n ) 2 ⋅ w PK = η⋅g
W1 = W2 = 1 AL0 ⋅ r1 3 1 π 2 1 rz ( L + 16rz ) − A ⋅ L ⋅ r2 3 9 3
（1.8.9）
（1.7.1） ）
曲线→ 曲线→ （ VR − f 曲线→（λ=VR/f）→ V R − λ R 曲线→(H=β×λ ） β×λ R)→VR—H 曲线） 曲线） → 7.2.2 瞬态法
瑞雷波的传播速度为： 瑞雷波的传播速度为：
V R = ∆x / ∆t
（1.7.7） ）
u1 (t ) = A1 cos ω (t −
i∆ϕ( f )
（1.7.17） ）
对于一般岩 石 左右， 对于 一般岩石 泊松比 σ = 0.25 左右 ， 穿透深度约为 一般岩 0.65λR。对于土体而言，泊松比 σ = 0.4 − 0.45 ，则穿 λ 对于土体而言， 土体而言 实际应用中，对于淤泥质 透深度 H (0.79 − 0.84)λ R 。实际应用中，对于淤泥质 软塑土层，穿透深度可取 0.85λ R 。 软塑土层，
r2 为 桩 周 土 容 重 加 权 平 均 值 ； ϕ 为 内 摩 擦 角 加 权 平
6.1 地面与井的透射
井口附近激发， 井口附近激发，井中不同深度上接收透 射波或反之的地震工作称为地震测井 地震测井。 射波或反之的地震工作称为地震测井。
6.1.1 透射波垂直时距曲线
透射波时距曲线方程为
z1 z − z1 t= + V1 V2
层介质，对应的透射波垂 从两层介质很容易推广到 n 层介质，对应的 直时距曲线方程为 为
（1.7.12） ）
r21 (τ ) =
∫
∫
+∞ −∞
u 2 (t + τ )u1 (t )dt
（1.7.16） ）
变换： 对求出的互相关函数做 Fourier 变换：
R 21 ( f ) =
+∞ −∞ * r21 (τ )e −i 2πfτ dτ = u 2 ( f )u1 f
=| u 2 ( f ) || u1 ( f ) | e i (ϕ2 −ϕ1 ) =| R 21 ( f ) | e
2 Z 1 1 − (V1 / V 3 ) 2 1 Z2 = τ2 − 2 V1