物探瑞利面波勘探课件

管波探测法

伪瑞利波] pseudo-Rayleigh wave 在地层横波速度大于泥浆速度的情况下，从声源以大于横波临界角射向井壁的那部分波，将在井壁发生全反射，并以锥形波的形式在井内传播，这部分波称为伪瑞利波。实际上它是泥浆中反射的锥形波与井壁上传播的面波混合而成。在波列中它紧跟在横波初至的后面。由于没有能量折射到地层中，它的幅度比较大。

瑞利波 Rayleigh wave 是一种面波

一种常见的界面弹性波，是沿半无限弹性介质自由外表传播的偏振波。由 L.瑞利于 1887 年首先指出其存在而得名。地震学中称其为R波或L波。在表层附近，质点的运动轨迹为椭圆；在离外表为 0.2 个波长的深度以下，其运动轨迹仍为椭圆，但运动方向与表层相反。在自由外表上，质点沿外表法向的位移约为切向的 1.5 倍。瑞利波的波速与频率无关，只与介质的弹性常数有关，为同介质中横波波速的 0.862～0.955 倍。在震中附近，不出现瑞利波。从震源射出的纵波在离震源距离为后才形成瑞利波。由震源射出的横波在离震源距离为后才形成瑞利波。其中

cR 为瑞利波波速；h 为震源深度；c1、c2 分别为纵波和横波波速。瑞利波沿二维自由外表扩展，在距波源较远处，其摧毁力比沿空间各方向扩展的纵波和横波大得多，因而它是地震学中的主要研究对象。由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。

地球介质，包括表层的岩石和地球深部物质，都不是完全弹性体，但因地球内部有很高的压力，地震波的传播速度很大，波动给介质带来的应力和应变是瞬时的，能量的消耗很小，因此可以近似地把地震波看作弹性波。

从震源发出的波动有两种成分: 一种代表介质体积的涨缩，称为涨缩波，其质点振动方向与传播方向一致，所以又称纵波。另一种成分代表介质的变形，称为畸变波，其质点振动方向与传播方向垂直，所以又称横波。纵波的传播速度较快，在远离震源的地方这两种波动就分开，纵波先到，横波次之。因此纵波又称P波，横波又称S波。在没有边界的均匀无限介质中，只能有P波和S波存在，它们可以在三维空间中向任何方向传播，所以叫做体波。但地球是有限的，有边界的。在界面附近，体波衍生出另一种形式的波，它们只能沿着界面传播，只要离开界面即很快衰减，这种波称为面波。面波有许多类型，它们的传播速度比体波慢，因此常比体波晚到，但振幅往往很大，振动周期较长。如果地震的震源较深，震级较小，则面波就不太发育。

【精品】2用物探手段找地下空洞张忠良

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浅谈运用物探手段来寻找地下空洞

张忠良王峰

(上海田中地质咨询有限公司)

提要

本文阐述了运用地质雷达、多道瞬态瑞利波、单道共偏移距反射、电阻率等方法原理来探查地下空洞。并介绍各种工程实例，充分说明物探这门新兴科学技术所具有的探查效果。

关键词物探地质雷达法多道瞬态瑞利波探查法

一绪论

地下空洞的类型是多种多样的，有自然的，也有人为的，在不同的历史时期，对于不同的行业来说，有的是有利的，有的是有害的。随着社会的进步和经济的发展，人们出于各自不同的目的，需要对空洞的了解越来越多。比如对考古界而言，需要了解空洞(墓穴)的空间位置达到考古发掘的目的；对水利建设而言，通过对坝体的空洞探查了解坝体质量情况以达到加固坝体、安全运行的目的；对现代城市建设而言，在处理地基时需要了解空洞(地下防空洞，化粪池等)的空间位置以确保工程的顺利进行；在城市环境监测时对地下采空区的了解并采取对策以躲免附近建筑物的损坏等等。

二物理探查方法

物理探查法，简称“物探”，是用物理方法来探查人们所期望了解和寻找地下有用目的体的一门新兴科学技术。物理探查的前提条件是地下空洞与其周围介质存在的物理性质差异，借助于各种物理测定装置和专用物理探查仪器，测量地下空洞周围物理场的分布状况，通过分析和研究物理场的变化规律，结合有关资料，推断出地下一定深度范围内的空洞的分布规律。

就空洞的物性前提而言，可将空洞大致分为含水和不含水的。对于不同的物理探查方法，含水量的多少将对成果的解释有直接影响。

(一) 地质雷达

地质雷达技术是近年来越来越被广泛用于探查近距离目的物的一种物理探查方法，其利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。在电磁波发射的频率一定时，电磁波在介质中传波路径、电磁波反射系数、相位、振幅、频率等特性主要与介质的介电常数、导电率，磁导率有关。由此从所接收到的波旅行时间t(亦称双程走时)、振幅与波形资料，来推断解释地下反射体的形状和埋深。

工程物探重点

绪论

1.应用地球物理学（又称为应用地球物理勘探、勘察地球物理）——简称物探。

2。它是以地壳中各种岩、矿石间的物理性质差异（如密度、磁性、电性、弹性、放射性差异等）为物质基础的，利用物理学原理，通过观测和研究因岩、矿石物理性质差异而引起相应的地球物理场（如重力场、地磁场、电场等）在空间上的局部变化(称为地球物理异常），就可以推断地下地质构造或岩矿体的赋存状况。达到地质调查的目的的一种应用科学。

3。物探可以解决的问题：地质体的形状参数;地质体的产状参数；地质体的物性参数。

4。物探特点：方法条件性；透视与放大性；多学科渗透性；多解性;低成本、高效性；某些物探方法可以解决常规地质勘探方法难于解决的一些问题。

5。物探啊方法与地质方法的不同点：（1）.理论基础不同：地质方法：岩石学、构造地质学、矿藏学等理论为基础。物探方法:各种地球物理场的理论为基础。（2）.工作方法不同：地质方法:对岩矿石露头或岩芯直接进行观测—直接方法。物探方法：用一起对地质体引起的异常进行观测-间接方法。

6.工程物探的特点:P4

第一章

1.浅层折射波法是一种使用相对较早且较成熟的方法,可用来观测覆盖层厚度、基岩面起伏、断层及古河道。

弱点：分辨率较低、测线较长.

2。浅层反射波法具有相对较高的分辨率，可以采用较小的炮检距进行观测,因而可以采用较短的勘探测线；对资料的数字处理技术要求较高。

3.爆炸：剪切力-剪切形变-横波；压缩应力—体积形变—纵波；压缩和剪切的合力—复合形变-面波。

4。地震波可分为体波和面波两大类.体波在介质的整个体积内传播，面波则沿介质的自由表面或两种不同介质的分界面传播。

体波根据其传播特征的不同,又可分为纵波和横波。

面波根据其不同性质，又可分为瑞利波和勒夫波。

5。纵波传播路径上质点的振动方向和传播方向一致，横波的质点振动方向和传播方向垂直，面波质点振动方向呈螺旋轨迹。

在同一波场下，纵波速度最快，频率最高.面波能量最强、横波次之、纵波能量最小。

瑞利波培训

首先，再次欢迎在座的各位能来参加此次研讨培训班，我叫张鹏，是煤炭科学研究总院西安研究院物探仪器研究所的技术人员，此次负责给各位讲解瑞利波探测仪的探测原理，操作使用、施工方法及应用实例。希望我的讲解能给个为今后的工作提供帮助，也欢迎各位嘉宾能提出宝贵意见，让我们能更好的为用户服务，下面我们来看今天我要讲的第一个问题

一瑞利波简介

1-1 什么是瑞利波?

瑞利波的存在是1887年由英国学者Rayleigh(R.瑞利)在理论上确定的，由此命名为瑞利波。瑞利波是偏振波，是面波的一种，其波的运动方向沿物体表面，质点在垂直于传播方向的平面内运动。瑞利波的波速与频率无关，只与介质的弹性常数有关，为同介质中横波波速的0.862～0.955倍。因当时技术条件所限，直到本世纪六十年代后期，随着数字计算机在地球物理勘探领域中的应用，对瑞利波频散特性的研究有了较大发展。

1-2 瑞利波技术发展概况

瑞利波探测技术是我们物探所根据国家“七·五”科技攻关项目，于1991年研制成功并首次用于煤矿井下的。根据煤矿井下实际工作特点，在广泛听取了煤矿生产现场技术人员的意见的基础上，我们进行了大量的工业性试验，于上个世纪九十年代又相继研制成功了“MRD-II型瑞利波探测仪”、“MRD-Ⅲ型瑞利波探测仪”以及相应的计算机数据处理软件。比较满意地解决了煤矿井下长期未能解决的巷道四周构造探测，特别是掘进工作面超前探测的问题，为矿山生产的部署，瓦斯、水患等灾情预报和治理提供了一种高效、适用的手段。该项技术在煤矿井下地质构造探测方面发挥了重要作用，解决了不少地质上的难题，对矿山安全生产及高产、高效做出了很大的贡献。

随着煤炭开采技术的发展和对安全生产更高的要求，如何更有效地探测掘进工作面前方隐伏的地质构造成为煤炭生产中急需解决的问题。因此，进一步研究超前探测的技术和方法，成为人们关注的课题和研究方向。MRD-Ⅱ型、MRD-Ⅲ型瑞利波探测仪可以用于工作面的超前探测，但是由于探测距离和稳定性方面的问题，无法满足煤矿生产发展的需求，我们经过了多次的试验，投入了大量技术力量，研制了（我们现在推出的）YTR(D)瑞利波探测仪和相配套的数据处理程序。它主要是在探测深度和探测可靠性上有了较大的突破。可以探测到地表以下或水平前方3～80m地质构造的岩性介面。它具有探测距离远、携带方便和操作简单的特点，并增加了现场处理功能。可在现场实时显示探测处理结果，对现场施工有着重大的意义。该项技术完全适应煤矿井下巷道狭窄的条件，是解决煤矿井下地质构造探测问题的有效方法之一、特别是在独头巷道和隧道掘进超前探测方面更是良好的应用效果和发展前景。

[]地震勘探原理

名词解释：

1、布格重力异常：是野外重力观测数据经过布格校正以后得到的重力异常，它是由地下矿体或构造等局部地质因素在测点处引起的引力的垂向分量。 2、磁异常：地下含有磁性的地质体在其周围空间引起的磁场变化。

3、地震勘探：通过人工方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的情况，以查明地下的地质构造、地层岩性等，为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种物探方法。

4、地震子波：当地震波传播一定距离后，其形状逐渐稳定，具有2-3个相位，有一定的延续时间的地震波，称为地震子波，它是地震记录的基本元素。 5、纵波（P波）：质点的振动方向与波的传播方向一致的波，有时也称为压缩波或疏密波。

6、横波（S波）：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，有时也称为切变波。

7、体波：当纵波和横波在介质的整个立体空间中传播时合称体波。

8、面波：在自由表面或不同弹性介质的分界面上传播的一类特殊波。最常见的面波是沿地面传播的瑞利波。其特点是低速（通常小于横波速度）、低频、强振，是一种干扰波。 9、多次波：在一个或几个界面中经过两次或两次以上重复反射或折射而到达地面的地震波。多次波是一种干扰波。

10、波阻抗：地震波传播速度与介质密度的乘积（Z=ρ· V）。它是研究界面上地震波反射强度的一个重要参数。

11、地震波运动学:研究地震波波前的空间位置与其传播时间关系的一门学科，也叫几何地震学，主要用于地震资料的构造解释。

12、时距曲线：波从震源出发，传播到测线上各观测点的传播时间t与观测点相对于激发点（坐标原点）

距离x之间的关系曲线。t=f(x)=f(x,v,h) 13、自激自收：激发点和接收点在同一位置上的野外工作方式。

14、炮检距：观测点相对于激发点（坐标原点）距离x 15、地震波动力学：研究地震波在运动状态中的能量、波形、频谱等特征及其变化规律的一门学科，它是地震资料地层、岩性解释的基础。

16、频谱: 组成一个复杂振动的各个谐振动分量的特性与其频率关系的总和称为该振动的频谱，包括振幅谱和相位谱。

被动源面波勘探在金属矿区的应用探索

３２０　福建地质Ｇｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｆｕｍｎ　第　１　期　

被动源面波勘探在金属矿区的应用探索　

黄海清　

（・…Ｉ　ｑ地质火　、　：．武议．１３（）０７，１；　建肯地质测绘院．　州，３５００１　１）　

摘　要　紫金ＩＩＩ悦洋银多金　矿ｌ五　层具　－ｉ　结十勾，已开采多　存　较　的游散电流和电　磁场ｔ：扰，尝试采刖被动源面波勋探法进行分层，以探明｜１的　．．试验结果表明，　１　天然源　瑞利波频做曲线提取技术的被动源商波勘探　‘浊．『　放地；　找、追索　状、似ＪＡ－状简　结构　的矿体、　矿　ｆ４＼成　，是．种ｉＴ］　的问接找　‘法。　

关键词　被动源丽波　银多金　矿　幢　效果　

编建紫金山悦洋矿　是一个已经开采多年的银多金属矿，山于是正在开采的矿山，　

及其外围，布设ｒ大量供电电缆和各种管线以及重型机构在采区的开采作业，产牛ｒ较强　

的游散电流和电磁场，对常规的物探勘察方法，尤其是电法、磁法、电磁法的１－作造成很大　

十扰，　此，需要寻找一种抗干扰能力强、探测深度大的物探方法，被动源面波勘探止是这　佯一种方法。被动源面波勘探是弹性波法勘探之一，其对　分小Ｍ地层有较好效果。　

ｌ　矿区地质概况　

该矿区地表为平缓丘陵地形，最大高差只有数十米，地形起伏较小。矿区岩性具有　ｉ　结构，从上至下依次为石帽ｌｉＪ群的流纹岩火含砾粗砂岩、砂砾岩、粗砂岩盖　；燕山早期侵　

入的Ｉ＿｝ｌ１细粒至中粗粒花岗岩（岩　）；楼子坝组变质砂岩央砂质干枚岩基底。　矿体主要发育在基底与火山岩层小整合面附近的一绀铲式断裂裂隙带ｒ｝ｌ，　似层状或透　

镜状产ｍ，构成总体走向北两（３ｌ　Ｏ。￣＇３３０。）、向南两或北东缓倾斜（倾角０３（）。），　多　组　

成的矿休群，隐伏于地表之Ｆ。其ｌｌｌ　Ａ　Ｌ，（Ａａ）和Ａｇ（Ａｕ）矿体在不整合向　、下的火ＬＪＩ　

岩和花岗岩中，而（　ｕ矿体主要　存于不整合面下的花岗岩中。由此可见，花岗岩是该矿　

的主要贮矿部位，圈定该岩体的分布和起伏变化情况，口丁以达到问接找矿的日的。　从已知钻探揭露的地质剖面町知，矿区主要岩层起伏小．结构简单；对一种不同岩性的　

岩石边坡失稳的瑞利面波频散响应特征

第２３卷第２期　湖南科技大学学报（自然科学版）　２００８年　６月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．２　Ｊｉｍ．２００８　

岩石边坡失稳的瑞利面波频散响应特征　

张玉池　，温佩琳　，张兆京　

（１．桂林矿产地质研究院。广西桂林５４１００４；２．中南大学。湖南长沙４１００８３）　

摘要：根据边坡失稳的地球物理模型，系统研究了岩石边坡失稳的瑞利面波基阶模的相速度、波数响应特征，总结了边坡从稳　定一失稳演化过程的瑞利面波基阶模频散特征变化规律，从中提取边坡失稳的瑞利面波基阶模相速度、波数、频散曲线等特征标志。使　瑞利面波法不仅能用于探测边坡失稳的滑动面或结构面，而且还能评价边坡的稳定性，对边坡失稳进行综合预测预报．图２，表１，参１２．　关键词：边坡失稳；地球物理模型；瑞利面波频散响应特征；瑞利面波勘探；预测预报　中图分类号：彻５１＋．６　文献标识码：Ａ　文章编号￣１６７２－９１０２（２００８）０２—００５７—０４　

边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动　

中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的　工程形式．边坡失稳（滑坡）是自然灾害的一个主要类　

型，已成为研究的热　．以前，地球物理勘探方法只　

用于对边坡失稳的滑动界面或结构面探测　１０］，本文　

以新的边坡失稳地球物理模型为基础，研究边坡失稳　

的瑞利面波基阶模相速度、波数、频散曲线等地球物　

理场特征．通过研究认为，地球物理勘探方法不仅能　

探测边坡失稳的滑动界面或结构面，而且还能评价边　

坡的稳定性，对边坡失稳进行综合预测预报．　

１　边坡失稳的地球物理模型与计算模型　

根据边坡失稳演化的地球物理特征以及边坡的　

工程地质特性和地球物理特性，作者提出新的边坡失　

稳的地球物理模型．此模型把边坡物性层分为３层，　第一层、第三层为物性如弹性波速度、电阻率相对高　

公路工程物探规程

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1 总则

1.0.1为了统一公路工程物探技术要求，保证物探工作质量，制定本规程。

1.0.2本规程适用于任何公路工程的物探工作。

1.0.3工程物探工作，内容应与公路基本建设程序各阶段工程地质勘察的目的和深度要求相适应，程序按准备工作、方法试验、外业生产、内业资料整理、成果报告提交开展，并与地质、钻探等专业密切协作，为工程地质勘察报告的编制提供物探资料。

1.0.4公路工程物探除应符合本规程外，尚应符合国家和交通运输部颁发的现行有关标准、规X的规定。

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2 术语、符号

2.1 术语

2.1.1地球物理勘探geophysical prospecting

根据地质体内部的各种物性差异，借助仪器对其天然场或人工场的分布与变化情况进行观测，通过综合分析研究，对地质体的地质情况进行推断、解释的勘探方法，称为地球物理勘探，简称“物探”。

2.1.2综合工程物探prehensive geophysical method

采用两种或两种以上物探方法相互配合，对地质体进行综合探测，称综合工程物探。

2.1.3声波探测acoustic prospecting

在水上、地面、井中或孔间，通过探测声波在岩土体内的传播特征，来研究岩土体性质和完整性的物探方法。

2.1.4电法勘探electrical prospecting

以探测对象的电性差异为基础，对地质体进行探测的物探方法，称为电法勘探，简称“电法”。

2.1.5直流电法D. C. electrical method

以探测对象的直流电场为基础所进行的电法勘探，简称“直流电法”。

2.1.6电测深法electrical sounding

在同一测点上逐次扩大供电极距，使探测深度逐渐加大，得到观测点处沿垂直方3 / 77 向由浅到深的地层的电性变化，并依据目的层和相邻层的电阻率差异来探测地下介质分布的电法勘探方法。

2.1.7电剖面法electrical profiling

面波探测技术方案

深圳地铁7号线福赤区间面波勘探

技术方案

深圳市工勘岩土集团有限公司

二Ｏ一四年十二月

1、前言…………………………………………………………1

2、主要勘探目的………………………………………………1

3、执行规范……………………………………………………1

4、方法原理……………………………………………………2

5、测线布置……………………………………………………3

6、瑞利波法现场测试方法……………………………………5

7、资料处理与解释……………………………………………6

8、提交成果……………………………………………………8

9、工期…………………………………………………………8

10、投入人员及仪器设备 ……………………………………9

1 1、前言

受中国水电四局的委托，我公司拟对深圳地铁7号线福赤盾构区间进行面波(瑞利波)法勘探。本区间自福田河南岸的福临站北端开始，至滨河大道的赤尾站西端结束，里程桩号大致范围为：

左线ZDK20+360.117～ZDK20+845。492；

右线YDK20+347.717~YDK20+844。001。

线路下穿福田河、福临小区、滨河大道等，线路经过区地面环境复杂多变，将会给面波勘探带来诸多不便和影响,有的区段可能难以展开勘探,即使是积极创造条件勉强开展慨叹的区段,也需要投入更多的时间、人力、物力等，并且在诸多不利因素背景下所解算的成果资料的可信度会大打折扣.为了尽可能全面地完成地质任务，编制此方案。

2、主要勘探目的

通过面波（瑞利波）勘探，揭示盾构区间隧道穿越区岩土强度的分布，提请盾构施工时提前采取相应措施。

3、执行规范

本次探测执行如下技术规范：

1）《多道瞬态面波勘察技术规程》（JGJ/T143—2004）；

2）《物化探工程测量规范》（DZ/T0153—95）；

3)《城市工程地球物理探测规范》（中华人民共和国行业标准

多道瞬态面波勘察技术

一、探查覆盖层厚度和地质分层勘察

·点测方法：一般条件约半个小时实现1个点的地层勘察，轻便、环保、精度高。既达到划分地层目的，又获得地层剪切波速度双重目的。剪切波速度与钻探标贯击数N值建立关系，还可以用于地基承载力评价。

·剖面法：根据勘探点间距，采用面波排列移动方式，实现剖面勘探。经过SWSmap软件处理，自动进行拟层速度分层，输入测点坐标和成图比例，生成速度彩色剖面。结合面波反演速度分层资料，绘制地层剖面图，若有钻探资料参数，则可选择对应图例，制作地质剖面图，达到地质评价目的。

二、基岩的垂直风化分带勘察

适用于具有垂直风化特征的基岩进行风化分带勘察，例如花岗岩等火成岩及变质岩，沉积岩（灰岩除外）及变质岩。

三、浅埋隧道（公路、铁路、水工、城铁等）的岩土勘察

采用面波剖面法进行隧道地质勘察

四、地基基础加固效果检测

通过检测地基基础加固前后面波速度的变化，达到评价地基基础加固效果的目的。

通过检测不同加固方案的面波资料对比，为优化地基加回方案提供资料。

五、路基（土坝、粘土心墙）压实度检测

压实度检查以往采用环刀取土法或核磁密度法。而采用面波法可以克服个点的孤立性，有利于评价压实的均匀性和连续性。

六、滑坡与边坡勘察

滑坡、边坡是山岭重丘区建设的基本工程地质问题，采用常规钻探手段，往往破碎带和软弱带难于取样，造成判释困难。面波方法获得面波速度反演成剪切波速度，介质剪切波速度是介质剪切模量的函数，。因此通过非扰动的面波方法获得边坡或滑坡体中的低剪切模量带（即软弱层带）和探查滑动面形态是直接有效的方法。为边坡和滑坡体的稳定计算和加固设计提供宝贵资料。

七、堤坝隐患检测

TGP隧道地震预报系统与预报技术探讨

利用瑞利波进行铁路路基稳定性检测的理论基础和应用

隧道地质超前预报技术简介

物探在公路工程勘察与检测中的应用

瞬态面波法的数据采集处理系统及其应用实例