天然源面波勘察方法介绍
4实验四地震勘探实验(面波法)
实验四地震勘探实验（面波法）一、实验原理瑞雷面波法用于勘探，与以往的弹性波法（反射波法和折射波法）差别在于：它应用的不是纵波和横波，而是以前反射波法和折射波法视为干扰的面波。
其原理是：面波具有频散的特性，其传播的相速度随频率的改变而改变。
这种频散特性可以反映地下介质的特性。
瑞雷面波的特点：瑞雷面波速度低、瑞雷面波在介质中泊松比在0.4~0.5范围内，面波速度与横波速度关系基本接近、瑞雷面波对地层的分辨能力，决定于频率，频率高则分辨能力强。
上图为72道的面波采集记录：震源在左上角，同一震源下的直达波、折射波、反射波和面波遵循各自的传播规律，分布在不同的区域。
其中面波传播的特征：近震源处发育、震幅大、传播速度低。
上图为实际勘探过程中采集得到的面波记录：以近震源、小道距、长采样、宽频率激发、低频率接收。
工程检测方面的应用实例：上图采集地点为：云南某高速公路的路基检测，检测深度为4米。
由图中的“频散曲线”分层可以看出：每层的厚度约在0.3米-0.5米。
填筑路基施工是分层进行，松散料经过压实，达到压实度后再进行下一层的填料。
图中频散曲线的拐点清晰，分析的层厚度在0.35米-0.5米之间。
二、实验目的1.了解面波法的原理；2.了解面波法工作布置及观测方法；3.掌握面波法数据采集、处理和解释，熟练操作相关软件。
三、实验仪器SWS型多波列数字图像工程勘察与工程检测仪。
该系统由主机、多芯电缆、检波器、触发器、震源（大锤或炸药）、铁板、直流电源、直流电源线以及数据采集、处理和解释软件等组成。
四、实验步骤1.在工区布设测线在工区布设测线，原则：由南向北、由西向东测线号与测点号依次增大。
使用皮尺标注检波器位置与激发点位置。
2.连接仪器的各个部分将主机、电源、多芯电缆、检波器、大锤、触发器按正确的方式一一连接起来。
注意：各接口均使用“防呆”设计，电缆插头与对应的插槽才能连接，电缆插头与非对应的插槽不能连接。
禁止暴力插拔各插头、插槽，以防仪器损坏。
天然源面波在地下结构探测中的研究进展
天然源面波在地下结构探测中的研究进展张广成;付俊东;刘建民;夏暖;刘军【摘要】面波具有传播速度随着周期变化而变化的频散特征,因此,可以应用于地下不同深度结构的探测中.天然源面波由于无需人工激发,采集较为方便.在地球近地表与深部结构探测中,由于地球的不可入性,地震面波信号携带的地球内部结构信息显得尤为重要,通过分析其频散特征为我们探测地球的奥秘提供了重要手段.本文总结了面波层析成像的流程以及在深部结构探测、工程勘查中的应用,并指出了存在的问题以及发展方向.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2017(043)010【总页数】2页(P174-175)【关键词】面波;频散曲线;地下结构探测【作者】张广成;付俊东;刘建民;夏暖;刘军【作者单位】山东省地震局,山东济南 250014;山东省地震局,山东济南 250014;山东省地震局,山东济南 250014;山东省地震局,山东济南 250014;山东省地震局,山东济南 250014【正文语种】中文【中图分类】P631.4振动产生后，在弹性界面上会形成反射波、透射波和折射波，在立体空间内，三种波随着时间的推移，在整个空间的介质内传播，这些波统称为体波。
跟体波不同，在弹性界面附近还有一类波动，其能量主要分布在界面附近，且随着距离自由地表距离的增大其振动幅度迅速衰减，即其引起的质点振动只受控在自由表面附近，通常称这种波为面波[1]。
面波速度要比体波小，但周期比体波长。
面波主要分为瑞雷波(Rayleigh Wave)和勒夫波(Love Wave)，其中，瑞雷波在振动波列中振幅最显著，能量最强且频率最低，容易识别和测量。
因此，面波勘探中一般多采用瑞雷面波。
通过分析天然源面波的频散特征，可以推演不同深度内介质的速度结构变化。
依据研究目的，天然源面波可以应用于地球深部结构的探测以及浅部工程勘探中。
本文将从面波成像的基本原理出发，总结了天然源面波的在深部结构探测以及工程勘查中的应用。
天然源面波勘探技术在工程中的应用研究
天然源面波勘探技术在工程中的应用研究毋光荣;余凯;马若龙【摘要】介绍了天然源面波勘探发展的历史,技术特点以及几种数据处理方法,讨论了2.5Hz检波器在天然源面波勘探中各个阵型(采用三角型、L型两种)以及不同排列边长(三角型不同边长、L型不同边长)与勘探深度之间关系,并通过分析各种阵型在同等条件下所采集的信号,对比各个信号的分析结果,得出在天然源面波勘探中使用2.5Hz检波器的最佳阵型.【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2013(010)003【总页数】7页(P279-285)【关键词】天然源面波;空间自相关法;频率-波数法;浅层地震勘探;数据处理【作者】毋光荣;余凯;马若龙【作者单位】黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003;黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003;黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003【正文语种】中文【中图分类】P6311 引言目前，在美洲、欧洲和日本等国家和地区，被动源面波勘探在无损检测和场地评价中的应用日益广泛。
在世界上不同的地区和国家，被动源面波有着不同的名称，在美洲，称为被动源面波（passive surface wave）；在日本称为微动（microtremor）；而在欧洲则是环境随机振动（ambientvibration）；在我国，有时又称天然源。
尽管名称各异，但实质相同[1]。
早在20世纪50年代，国外就有人开始研究天然源面波勘探技术了，Aki和Capon分别在1957年和1969年用空间自相关法（SPAC法）和频率－波数法（F－K法），从天然源信号中提取了面波，并求出面波频散曲线。
之后，人们开始把微动（即天然源）与实际应用联系起来[2]。
20世纪80年代末90年代初，天然源勘探技术由王振东等首次介绍到中国。
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的微动勘查试验并获得成功。
近年来，天然源勘探方法在国内也逐渐得到应用。
面波在工程勘察方面的应用_韩莹
面波勘探作为一种新的浅层地球物理勘探方法，有简便、快速、场 地要求小等优点，且近年来，面波勘探理论日趋成熟，所以面波法应用 范围越来越广，以下就是面波法应用到的几大领域： ①工程勘察： 包括 水利工程勘察、岩土工程勘察、机场工程勘察、城市地下管道工程勘察、 隧道工程勘察、电力工程勘察及铁路工程勘察； 查明工程区地下介质速 度结构并进行地层划分； 对岩土体的物理力学参数进行原位测试等； ② 空洞探测： 对防空洞、涵管、岩溶、动物洞穴、冲刷淘蚀坑、古墓、煤矿采 空区、废弃矿井等物理力学性质有别于周围介质的地下有形体的埋深、 范围等探测； ③工程无损检测： 包括地基检测、路基质量检测、堤坝防渗 质量检测、路基压实度的检测、公路路堤的填方量的检测、检测路基基 床膨胀土的病害及路基加固效果、江河水库大坝中软弱夹层的探测和 加固效果评价等，除此之外，还有学者利用面波法测量了金属中的裂隙 并对精密仪器的载荷进行了检测 ［2］ ； ④研究地壳等深层结构： 随着瑞 雷面波理论的进一步发展，人们在地球内部反演的测量中也开始使用 瑞雷面波。有学者在对全球结构进行探测的过程中使用了长周期面波 进行研究； 在研究了大西洋的各向异性和横向不均匀性使用了瑞雷波； 通过使用大量的面波频散资料，并用纯路径方法，对大陆地壳上地结构 进行了深入剖析 ［2］ ； ⑤地质灾害勘察： 在滑坡勘察中使用瞬态面波法 对比分析面波实测软弱面和滑动面之间的关系，确定滑坡体的岩土分 层、软弱带、滑动面，为治理滑坡地质灾害提供相应的参考资料； 对地表 变形区域及推断存在地下溶洞的区域进行了探测，利用瞬态瑞雷面波
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。
面波法勘探在工程勘察中的应用
地震波是地震震源在地球介质中产生的扰动。在有介质分界面存在时，地震波除了像反射波和折射波那样在整个介质体内传播的体波外，还存在一类沿介质自由界面传播的面波，当它沿着自由表面传播时，其能量主要集中在自由表面附近，并随着深度的增加能量迅速衰减。面波按其类型主要有瑞雷面波和勒夫面波两大类。
采样间隔：0.25ms
每道采样数：2048
道数：12道
道间距：2m
偏移距：各点取4m和8m各采集一组数据
观测系统
测试中沿河堤走向布置测线，等间距设置6个测点（CD1~CD6），总覆盖长度约140m。
2、数据分析和处理
对所采集的数据按本文所述方法在时间-空间域和频率-波数域进行初步处理和分析，发现测区面波数据呈现两类不同的特征：
3．3层速度的计算方法
1、瑞利波速度
层速度计算一般采用近似计算方法，即近似的认为瑞雷波传播速度代表某一深度内各层波速的加权平均值。分层速度由下式计算：
速度 随H增大而增大时：
(3-2)
速度随深度减小时：
(3-3)
式中： 为第n点深度；
为第n-1点深度；
为n点深度以上平均波速；
为第n-1点深度以上平均波速；
面波法勘探在工程勘察中的应用
面波法勘探在工程勘察中的应用
摘要
在近地表勘探工作中，常用的方法有地质钻探、地震折射和反射等方法。地质钻探方法比较可靠，但是成本高，且具有破损性；地震折射方法和反射方法对于波阻抗差异较小的地质体界面反映较弱，不容易分辨，特别折射波法要求下层介质的速度一定要大于上层介质的速度，如果地层存在低速夹层和速度倒转，则折射法将无能为力。瑞雷面波勘探法是一种新型的地震勘探方法，能够弥补传统方法的不足。本文就是研究如何利用瑞雷面波的频散特性进行浅层地质勘探检测。
工程物探中的面波勘探-33页文档资料
摘要在天然地震中瑞雷波是一种具有危害性较大的地震波，在人工地震勘探中面波也是一种干扰波。
但在工程勘探中将面波视为有效波，并且在层状介质中，面波具有频散的特性，由此特性将面波用于工程勘探中。
本次主要是勘察路基的承载力，由于前期的实验发现工区的刚度系数较小，广泛分布软土，所以引用GDS表面波测试系统(The GDS Continuous Surface Wave System,简称GDS)用稳态面波法寻找软土。
本文将从瑞雷面波理论以及GDS连续表面波测试系统着手，介绍它的在工程中的工作，即先将野外采集到的信号转换成相位，在处理时调节相位差，然后利用处理软件，根据频散特性生成深度-剪切波速度曲线。
并结合本次在武广线的实习过程探讨仪器使用情况、测线布置、施测、资料的处理及解释等问题。
关键词: GDS连续表面波测试系统瑞雷波稳态面波相位相位差层速度道间距频散曲线剪切波速度波长刚度深度目录第1章序言1.1论文研究的目的和意义1.2研究与应用现状第2章：瑞雷面波的基本理论2.1：瑞雷波的传播特征2.1.1:物体的弹性与弹性波2.1.2瑞雷面波的形成和定义2.1.3 弹性波波动方程2.1.4均匀半空间介质瑞雷面波传播2.2层状介质中的瑞雷面波2.2.1固体-弹性半空间二层介质中的瑞雷面波2.2.2面波速度、厚度频散曲线的一般绘制方法第3章:稳态面波3.1:瑞雷波勘探原理3.2:野外工作方法及仪器配置3.2.1工作布置3.2.2：GDS连续表面系统简介及布置3.2.3野外工作3.3 GDS连续表面波测试系统资料处理3.3.1系统内部自身在采集过程中对采集数据的初步处理3.3.2室内利用随仪器配置的软件对采集的野外数据进行处理3.4 GDS连续表面波测试系统资料解释3.4.1解释原则3.4.2、解释结果第4章结论及建议4．1结论4.2建议致谢参考文献第1章序言1.1论文研究的目的和意义1.1.1论文研究的目的随着社会的大发展，交通枢纽压力越来越重，国家大力发展铁道建设铁道部决定第三次提速，将客运线和货运线分开。
微动勘探在城市建筑场地勘察中的应用
微动勘探在城市建筑场地勘察中的应用摘要：受人文干扰、地面硬化、建筑物密集等环境因素的影响，传统的物探方法在城市地质勘探中很难采集到高质量的物探数据。
微动勘探作为一种基于天然源的面波勘探方法，能够将人类的日常活动，包括各种机械振动，道路交通等作为有效信号源，具有快捷，低成本，不破坏环境等特点，在城市地质勘探中应用越来越广泛。
本文以成都某房建工程地质勘察项目为例，开展了微动勘探的试验研究工作，试验结果表明微动勘探在城市地质勘探中效果较好。
关键词：城市地质勘察、微动勘探、SPAC法1 微动勘探技术原理微动信号属于天然源信号，主要源于两个方面，一是人类的日常活动，包括各种机械振动，道路交通等，二是各种自然现象，包括海浪对海岸的撞击、河水的流动、风、雨、气压的变化等。
微动是由体波（P波和S波）和面波-瑞雷波和勒夫波组成的复杂振动，并且面波的能量占信号总能量的70％以上。
所以，常常利用微动中的面波信息研究地下横波速度结构，而实际应用中常利用微动信号中的瑞雷波。
微动信号的振幅和形态随着时间和空间的变化而发生变化。
但在一定的时空范围内具有统计稳定性，可用时间和空间上的平稳随机过程加以描述。
微动勘探方法就是以平稳随机过程理论为依据，从微动信号中提取面波的频散曲线，通过对频散曲线的反演，得到地下横波速度结构。
2微动勘探的技术特点微动勘探技术的优势主要体现在有效性和便捷性上1.微动勘探是利用自然界和人类活动所产生的震动，并从中获取面波的频散特性以推断地下速度结构，从而有效地利用了环境噪声，减少了人工震源所带来的不便，这使得微动勘探技术非常适合应用于城市的复杂环境，市区繁忙的交通不仅不影响观测，还为浅层微动勘探提供了丰富的高频信号源。
2.微动勘探不需要人工激发的震源，对周围环境不产生任何影响，仅需在测试时采取较短时间的交通管控，有利生态环境保护。
3.如果采用分布式数字地震仪布设台阵时不受场地限制。
4.由面波频散曲线推断地层横波速度结构，由于速度小，分辨率更高。
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
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天然源面波法及地震映像法在勘察中的运用
天然源面波法及地震映像法在勘察中的运用发布时间：2022-01-04T06:30:40.012Z 来源：《新型城镇化》2021年23期作者：陈远鑫[导读] 针对天然源面波法与地震映像法在采空区勘察中的应用现状，进行全面分析，并介绍了采空区勘察中综合运用天然源面波法及地震映像法的重要性，提高采空区土地资源的利用率，减少勘察误差的产生等。
贺州市勘察测绘研究院有限公司广西梧州 543000摘要：针对天然源面波法与地震映像法在采空区勘察中的应用现状，进行全面分析，并介绍了采空区勘察中综合运用天然源面波法及地震映像法的重要性，提高采空区土地资源的利用率，减少勘察误差的产生等。
天然源面波法的特点为对场地条件要求较低，探测深度较大等，地震映像法的特点为测线布置方式比较灵活，工作效率高等，并提出天然源面波法及地震映像法在采空区勘察中的综合运用要点，望可给相关工作人员提供良好帮助与借鉴。
关键词：天然源面波法；地震映像法；采空区；勘察1 基本原理1.1天然源面波法天然源面波法也称微动地脉动法，是利用自然界背景地震波动噪声信号，从中提取面波频散信息来探测地下结构的一种方法。
天然源面波与面波一样，由面波和体波信号组合而成，其中面波信号占能量的比重较大。
与人工源面波法相比，天然源面波法对场地条件要求低，探测深度大5.6。
天然源面波法通过反演可以获得地下横波速度剖面，能比较直观地反映地下岩性的横纵方向速度变化。
采空区与周围岩土体相比属于低速体，采用天然源面波技术可在人文干扰较大的区域准确探查采空区的分布。
天然源面波法利用预先选定的工作台阵(F-K法或SPAC法)，采集来自地下的微动信号，从中提取出面波信息，获得面波频散曲线，获取目标区域的地下S波速度结构信息。
①F-K法台阵的特点：台阵布设灵活方便，能够判断能量的主要来源方向，对面波信息中的基阶和高阶区分能力强；但F-K法在低频部分的频点少，分辨能力较弱。
②SPAC法台阵的特点：有效波长比F-K法大，同样半径的观测台阵，SPAC法可获得更深的地下结构信息。
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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。
总之，天然源面波勘察方法通过分析自然地震事件的地震记录，特别是面波的传播特征，可以获取地下结构的信息。
该方法具有成本低、数据获取方便等特点，并已在地质勘查、地震灾害评估、地震构造研究等领域得到广泛应用。
随着勘察技术的进一步发展，天然源面波勘察将在地下结构研究中发挥更重要的作用。