《工程物探》PPT课件.ppt

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1、1、设桩长为20m，其混凝土波速度为4000m/s，试画出下列情况下的理论时域信号波形。（需标明时间和位置）完整；t1=5ms，波阻抗减小处；t2=2.5ms，波阻抗增大处。解：t=2L/c=0.1s=10msL1=t1c/2=10mL2=t2c/2=5m2、某方桩的砼密度为2450kg/m3，桩长20m，横截面尺寸为450450，波速为4000m/s，求：波阻抗（Z=cA）；弹性模量；第一次和第二次桩底反射时间。解：Z=EA/c=cA=245040000.450.45=1984500(N.s/m)=1984.5(kN.s/m)E=c2=39200MPat1=2L/c=40/4000=10ms

2、t2=2t1=20ms二、题型：二、题型：1填空题填空题2选择或判断题选择或判断题3简答题简答题4分析应用题分析应用题 一、考试时间：一、考试时间：待定待定1、地震勘探方法原理及分类、地震勘探方法原理及分类2、地震波的类型、传播规律及形成折射波的条件、地震波的类型、传播规律及形成折射波的条件3、地震波时距曲线及不同波时距曲线特征和公式推导、地震波时距曲线及不同波时距曲线特征和公式推导4、折射波勘探的观测系统、折射波勘探的观测系统5、折射波法解释中时间场法、折射波法解释中时间场法(t0法法)的方法的方法6、反射波法观测系统的特征、反射波法观测系统的特征7、地震勘探分辨率影响因素及提高分辨率的举措

3、、地震勘探分辨率影响因素及提高分辨率的举措8、反射波地震勘探资料的常用处理方法反射波地震勘探资料的常用处理方法9、静校正处理方法及主要内容、静校正处理方法及主要内容10、动校正及用途、动校正及用途11、叠加处理及用途、叠加处理及用途 第第1章章地震勘探地震勘探1、地微动概念及其特点、地微动概念及其特点2、地微动振源、分类及应用、地微动振源、分类及应用3、周期频度法的分析处理方法、周期频度法的分析处理方法 第第2章章地微动技术地微动技术1、面波勘探概念及原理、面波勘探概念及原理2、面波勘探的特点及应用、面波勘探的特点及应用第第3章章面波勘探面波勘探1、探地雷达的概念及组成、探地雷达的概念及组成2

4、、探地雷达测量的设计内容、探地雷达测量的设计内容 第第4章章探地雷达探地雷达1、低应变检测原理、低应变检测原理2、应力波在桩身中的反射和透射规律、应力波在桩身中的反射和透射规律3、引起反射波的常见因素并能根据检测波形、引起反射波的常见因素并能根据检测波形能进行判别能进行判别4、低应变检测现场测试技术、低应变检测现场测试技术第第5章章低应变基桩完整性检测低应变基桩完整性检测 1、高应变法概念、高应变法概念2、高应变法适用范围、高应变法适用范围3、曲线拟合法的思想、曲线拟合法的思想4、高应变曲线类型和完整性分析、高应变曲线类型和完整性分析第第6章章高应变基桩承载力检测高应变基桩承载力检测1、超声波

5、概念、基本参量与分类、超声波概念、基本参量与分类2、介质的声参量、介质的声参量第第7章章超声波探测超声波探测一、地震勘探概念一、地震勘探概念 第第1章章地震勘探地震勘探第第1节节地震勘探概述地震勘探概述地震勘探地震勘探：通过观测和研究地震波在地下的传播特性通过观测和研究地震波在地下的传播特性,即在不同界面上将发生反射、折射、绕射、散射即在不同界面上将发生反射、折射、绕射、散射等现象，以查明地层、地质构造形态的一种地球等现象，以查明地层、地质构造形态的一种地球物理方法。物理方法。据波的类型分据波的类型分：纵波、横波、面波勘探；纵波、横波、面波勘探；据波传播特点分：反射、折射、透射波法，反射波据波

6、传播特点分：反射、折射、透射波法，反射波法应用最广，折射波法次之，透射波法只作为辅助法应用最广，折射波法次之，透射波法只作为辅助手段；手段；据目的层深度分：浅层据目的层深度分：浅层1000m；据勘探目的任务：工程据勘探目的任务：工程(浅层浅层)，煤田煤田，油气；油气；据据工作环境工作环境：陆上和海（湖）上勘探；：陆上和海（湖）上勘探；二、地震勘探方法分类二、地震勘探方法分类地震勘探在众多物探中发展最快，应用地震勘探在众多物探中发展最快，应用最广，甚至成了物探代名词，最广，甚至成了物探代名词，95%油田是地油田是地震勘探方法发现的。震勘探方法发现的。其中浅层地震勘探广泛应用于水、工、其中浅层地震

7、勘探广泛应用于水、工、环地质调查，岩土力学参数原位测试，人文调环地质调查，岩土力学参数原位测试，人文调查，工业找矿。查，工业找矿。三、地震勘探工程应用三、地震勘探工程应用 第第2节节地震勘探基本理论地震勘探基本理论地震波有两种类型：体波和面波地震波有两种类型：体波和面波体波：在弹性介质内部向四周传播的波。体波：在弹性介质内部向四周传播的波。面波：在两种介质的界面传播。面波：在两种介质的界面传播。体波分为两种类型：纵波和横波体波分为两种类型：纵波和横波面波分为两种类型：瑞利波和勒夫波面波分为两种类型：瑞利波和勒夫波(蛇行运动蛇行运动)一、地震波的类型一、地震波的类型 纵波：质点振动方向与波传播方

8、向相同；纵波：质点振动方向与波传播方向相同；横波：质点振动方向与波传播方向垂直横波：质点振动方向与波传播方向垂直;瑞利波：沿自由表面瑞利波：沿自由表面(介质与大气层的界面介质与大气层的界面)传传播的波；播的波；勒夫波：在低速岩层覆盖于高速岩层的情况下，勒夫波：在低速岩层覆盖于高速岩层的情况下，沿两岩层界面传播的波。沿两岩层界面传播的波。二、地震波的反射、透射和折射二、地震波的反射、透射和折射 当上、下岩层的波阻抗当上、下岩层的波阻抗(即密度与速度的乘积即密度与速度的乘积)时，入射波传播到两种岩层的时，入射波传播到两种岩层的界面上，就会使其中一部分能量返回原来的介质，界面上，就会使其中一部分能量

9、返回原来的介质，形成反射波，且入射角与反射角相等。形成反射波，且入射角与反射角相等。这种具有波阻抗差异的界面称为反射界面。这种具有波阻抗差异的界面称为反射界面。入射波到达界面时，还将使一部分能量透过入射波到达界面时，还将使一部分能量透过界面，在下层介质中传播，形成透射波界面，在下层介质中传播，形成透射波。令入射角为令入射角为，透射角为，透射角为，则它们之间的，则它们之间的关系应满足斯奈尔（关系应满足斯奈尔（Snell）定律：）定律：当当V2V1时，时，。随着入射角。随着入射角的增大，的增大，透射角透射角将更快地增大。当将更快地增大。当增至某一临界角增至某一临界角i时，时，=90。透射波在下层介

10、质中以速度。透射波在下层介质中以速度V2沿界面滑沿界面滑行，这种沿界面滑行的透射波又称为滑行波。临界行，这种沿界面滑行的透射波又称为滑行波。临界角角i应满足下列关系：应满足下列关系：由于界面两侧的质点存在着弹性联系，因此由于界面两侧的质点存在着弹性联系，因此在临界点以后，由于滑行波经过所引起的界面以在临界点以后，由于滑行波经过所引起的界面以下质点的振动必然会引起上层各质点的振动，于下质点的振动必然会引起上层各质点的振动，于是在上层介质中就会形成一种新波，称为折射波是在上层介质中就会形成一种新波，称为折射波或首波。或首波。形成折射波的条件：形成折射波的条件：界面下介质的波速应大于上覆介质的波速。

11、界面下介质的波速应大于上覆介质的波速。在多层介质中，要使任一地层顶面形成折射波，在多层介质中，要使任一地层顶面形成折射波，必须该层波速大于上覆所有各层的波速。如果上覆必须该层波速大于上覆所有各层的波速。如果上覆地层中某一层波速大于下伏所有各层的波速，则在地层中某一层波速大于下伏所有各层的波速，则在这些下伏层顶面都不能形成折射波。这些下伏层顶面都不能形成折射波。可见，形成折射的条件较苛刻。可见，形成折射的条件较苛刻。在同一层剖面中，折射界面的数目总是少于在同一层剖面中，折射界面的数目总是少于反射界面。因而用折射波法划分地质剖面的能力反射界面。因而用折射波法划分地质剖面的能力要比反射波法差。要比反

12、射波法差。三、有效波和干扰波三、有效波和干扰波有效波有效波：用于解决所提出地质问题的波。用于解决所提出地质问题的波。干扰波：妨碍分辨有效波的其它波。干扰波：妨碍分辨有效波的其它波。例如，在折射波法中，折射波是有效波，但在反例如，在折射波法中，折射波是有效波，但在反射波法中，折射波又是干扰波了。射波法中，折射波又是干扰波了。无论哪种地震勘探方法，爆炸引起的声波，风吹无论哪种地震勘探方法，爆炸引起的声波，风吹草动、机械、车辆等形成的微震都属于干扰波。草动、机械、车辆等形成的微震都属于干扰波。多次反射波的存在，降低了对一次波的分辨能力。多次反射波的存在，降低了对一次波的分辨能力。因此，分辨和压制多次

13、波是地震资料处理和解释中的因此，分辨和压制多次波是地震资料处理和解释中的重大课题。重大课题。四、地震波时距曲线四、地震波时距曲线图中各道记录振幅开始增大图中各道记录振幅开始增大(或振幅最大或振幅最大)的点，的点，将这些点连接起来，就构成了该种波的同相轴。这些将这些点连接起来，就构成了该种波的同相轴。这些同相轴反映了炮点至检波点的距离同相轴反映了炮点至检波点的距离x与波到达各检波与波到达各检波点的旅行时点的旅行时t之间的函数关系。在之间的函数关系。在x-t平面内，此函平面内，此函数关系称为时数关系称为时(间间)距距(离离)曲线。曲线。1、直达波时距曲线、直达波时距曲线假设地下充满均匀介质假设地下

14、充满均匀介质,波在其中传播的速度为波在其中传播的速度为V。以震源。以震源O作为坐标原点，则在炮检距为作为坐标原点，则在炮检距为x的点的点上直达波的旅行时可表示为上直达波的旅行时可表示为上式就是直达波的时距方程。上式就是直达波的时距方程。2、反射波时距曲线、反射波时距曲线反射波时距曲线是一条位于上部的双曲线，且反射波时距曲线是一条位于上部的双曲线，且以纵轴为对称轴。以纵轴为对称轴。3、折射波时距曲线、折射波时距曲线取震源取震源O为坐标原点，假设地面和折射界面都是为坐标原点，假设地面和折射界面都是水平的，震源至界面的法线深度为水平的，震源至界面的法线深度为h，上层介质的波，上层介质的波速为速为V1

15、，下层介质的波速为，下层介质的波速为V2，且，且V1V2。当。当在盲区以外炮检距为在盲区以外炮检距为x的任意点的任意点S观测时，观测时，水平界面的折射波时距曲线是以水平界面的折射波时距曲线是以M和和M为始点，为始点，以纵轴为对称的两条直线段以纵轴为对称的两条直线段。第第3节节折射波法折射波法在工程地震勘探中，地震折射波法是一种简便经在工程地震勘探中，地震折射波法是一种简便经济的勘探方法，它可为工程地质提供浅层地层起伏济的勘探方法，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，变化和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度和

16、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。低速带起伏变化资料。根据炮点和检波点的相对位置关系，可将地震勘探测根据炮点和检波点的相对位置关系，可将地震勘探测线分为纵测线和非纵测线两类。线分为纵测线和非纵测线两类。纵测线：炮点与检波点纵测线：炮点与检波点在一条直线上在一条直线上;非纵测线：炮点与检波非纵测线：炮点与检波点不在一条直线上。点不在一条直线上。一一.折射波观测系统折射波观测系统 不完整对比观测系统（追逐时距曲线观测系统）不完整对比观测系统（追逐时距曲线观测系统）完整对比观测系统（相遇时距曲线观测系统）完整对比观测系统（相遇时距曲线观测系统）:可弥补单一时距曲线的不足

17、，可以从不同方向反映可弥补单一时距曲线的不足，可以从不同方向反映界面变化。界面变化。有时工作条件或地质条件复杂，用一般时距曲线有时工作条件或地质条件复杂，用一般时距曲线得不到目的层折射波的相遇段，这时可在两端增加激得不到目的层折射波的相遇段，这时可在两端增加激发点并扩大观测段，采用多重时距曲线观测系统。发点并扩大观测段，采用多重时距曲线观测系统。二二.时距曲线的解释时距曲线的解释(t0法法)可可见见，可可利利用用直直达达波波时时距距曲曲线线求求出出V1，利利用用折折射射波波时时距距曲曲线线求求出出V2和和截截距距时时间间t0，即即可可按按上上述述公公式式求求出出震震源点下界面的埋藏深度。源点下

18、界面的埋藏深度。第第4节节反射波法反射波法1、反射波法观测系统、反射波法观测系统多次覆盖观测系统：多次覆盖观测系统：把不同激发点，不同接收点上接收来的来自同把不同激发点，不同接收点上接收来的来自同一反射点的地震记录进行迭加。一反射点的地震记录进行迭加。优点：优点：可以压制多次波和各种随机干扰波，大大提高可以压制多次波和各种随机干扰波，大大提高信噪比（有效波与干扰波能量之比）和地震剖面质信噪比（有效波与干扰波能量之比）和地震剖面质量，可以提取速度等重要参数。量，可以提取速度等重要参数。单次覆盖与多次覆盖比较单次覆盖与多次覆盖比较具体做法：具体做法：选定偏移距选定偏移距和检波距后，每和检波距后，每

19、激发一次，激发激发一次，激发点和整个排列同点和整个排列同时向前移动一个时向前移动一个距离，直至测完距离，直至测完全部剖面。常用全部剖面。常用综合平面法来表综合平面法来表示。示。单边放炮以单边放炮以24道接收，道接收，6次覆盖观测系统为例：次覆盖观测系统为例：在观测系统中，炮点移动距离（或移动道数）在观测系统中，炮点移动距离（或移动道数）可根据、可根据、S求得求得:2、四种道集记录、四种道集记录（1）共炮点记录）共炮点记录从炮点出发的从炮点出发的45度斜线代表一个排列，在此度斜线代表一个排列，在此线上所有的接收点有共同的炮点，属于同一炮点线上所有的接收点有共同的炮点，属于同一炮点的各道记录称为共

20、炮点记录。的各道记录称为共炮点记录。（2）共接收点记录）共接收点记录从接收点出发的从接收点出发的450斜线代表地面同一接收斜线代表地面同一接收点位置，此线上不同炮点的所有道都是同一地面点位置，此线上不同炮点的所有道都是同一地面点接收，由此组成的记录称为共接收点记录。点接收，由此组成的记录称为共接收点记录。（3）共炮检距记录）共炮检距记录与炮点线平行的水平线表示等炮检距情况，各与炮点线平行的水平线表示等炮检距情况，各接收点的炮检距都相等，由此形成的记录称为共炮接收点的炮检距都相等，由此形成的记录称为共炮检距记录。检距记录。（4）共中心点记录）共中心点记录垂直于共炮检距线的垂线表示共中心点的位垂直

21、于共炮检距线的垂线表示共中心点的位置，此线上各点接收到来自地下同一反射点的反置，此线上各点接收到来自地下同一反射点的反射，由此组成的记录称为共反射点记录。射，由此组成的记录称为共反射点记录。3 3、提高地震勘探精度提高地震勘探精度分辨率分辨率以往的地震勘探只能接收到中、低频成分的地以往的地震勘探只能接收到中、低频成分的地震波。地震波频率低，分辨能力就低，所以地震资震波。地震波频率低，分辨能力就低，所以地震资料只能分出厚度为几十米到上百米的大套地层。料只能分出厚度为几十米到上百米的大套地层。随着勘探程度的提高，要求地震工作者不仅能随着勘探程度的提高，要求地震工作者不仅能搞清大套地层，而且还要准确

22、地划分出十几米甚至搞清大套地层，而且还要准确地划分出十几米甚至几米厚的薄层，这就需要研究地震勘探的分辨能力，几米厚的薄层，这就需要研究地震勘探的分辨能力，即分辨率问题。即分辨率问题。地震勘探分辨率地震勘探分辨率提高分辨率要求减小采样周期和道间距提高分辨率要求减小采样周期和道间距提高地震勘探分辨率的核心问题是提高高频成分提高地震勘探分辨率的核心问题是提高高频成分的能量，它要求地震仪相应提高采样速率，即缩的能量，它要求地震仪相应提高采样速率，即缩短采样周期短采样周期T。为了保证不产生空间假频，要求道间距小于或等为了保证不产生空间假频，要求道间距小于或等于地震信号最小波长的于地震信号最小波长的14，

23、即，即4、勘探深度勘探深度速度是地震勘探的重要参数，为了求准深层速速度是地震勘探的重要参数，为了求准深层速度，一般认为，最大炮检距应与界面深度相当。为度，一般认为，最大炮检距应与界面深度相当。为了扩大勘探深度就应增加排列长度。了扩大勘探深度就应增加排列长度。勘探分辨率与勘探深度的提高都要求增加仪器勘探分辨率与勘探深度的提高都要求增加仪器的记录道数的记录道数。最大炮检距与界面深度相当。为了扩大勘探深最大炮检距与界面深度相当。为了扩大勘探深度就应增加排列长度，而提高分辨率又要求缩小道度就应增加排列长度，而提高分辨率又要求缩小道间距，因而就更需要增加道数。间距，因而就更需要增加道数。第第5节节地震资

24、料的处理地震资料的处理对野外取得的地震资料必须进行加工处理，以对野外取得的地震资料必须进行加工处理，以便消除或压制地震记录中的噪音，改善或加强地质便消除或压制地震记录中的噪音，改善或加强地质信息，提高有效波的分辨率，为解释提供可靠的基信息，提高有效波的分辨率，为解释提供可靠的基础数据。础数据。反射波资料的处理方法有数值校正、数字滤波、反射波资料的处理方法有数值校正、数字滤波、速度分析，叠加处理等。速度分析，叠加处理等。一一.数值校正数值校正1.动校正动校正：介质均匀时，水平界面的反射波时距曲线为双介质均匀时，水平界面的反射波时距曲线为双曲线。曲线。将各道记录的反射波旅行时将各道记录的反射波旅行

25、时ti逐点地校正为各逐点地校正为各检波点至炮点检波点至炮点O的中点处的回声时间的中点处的回声时间t0，这时时，这时时距曲线就变成了一条水平直线。距曲线就变成了一条水平直线。动校正值动校正值(称为正常时差称为正常时差)titit0将各道记录的反射波旅行时将各道记录的反射波旅行时ti逐点地校正为各逐点地校正为各检波点至炮点检波点至炮点O的中点处的回声时间的中点处的回声时间t0，这时时，这时时距曲线就变成了一条水平直线。距曲线就变成了一条水平直线。动校正值动校正值(称为正常时差称为正常时差)titit0通常将校正后时间轴翻转向下，此时通常将校正后时间轴翻转向下，此时t0同相轴就同相轴就可以近似地反映

26、界面形态可以近似地反映界面形态。2.静校正：静校正：由于地形起伏、地下介质不均匀、地表低速带以及由于地形起伏、地下介质不均匀、地表低速带以及炮点深度的影响，会使反射波时距曲线产生畸变炮点深度的影响，会使反射波时距曲线产生畸变。这时即使动校正准确，时距曲线也仍存在畸变。这时即使动校正准确，时距曲线也仍存在畸变。也就是说，仅作动校正是不够的，还必须消除由于上也就是说，仅作动校正是不够的，还必须消除由于上述原因造成的反射时差述原因造成的反射时差t。计算静校正值时要任意选定一个基准面计算静校正值时要任意选定一个基准面(一般选一般选取地形起伏的中线取地形起伏的中线)，并将所有炮点和检波点都校正，并将所有

27、炮点和检波点都校正到这个基准面上。到这个基准面上。静校正包括三项内容：静校正包括三项内容：经过静校正后，就把实际观测得到的不规则曲线经过静校正后，就把实际观测得到的不规则曲线变成规则的双曲线了变成规则的双曲线了。二、叠加处理二、叠加处理将多次覆盖观测系统获得的来自同一反射点的地将多次覆盖观测系统获得的来自同一反射点的地震记录道抽出，就可以绘成共反射点时距曲线。震记录道抽出，就可以绘成共反射点时距曲线。对这种双曲线形的时距曲线进行动校正，经校正对这种双曲线形的时距曲线进行动校正，经校正后属于同一反射点的反射波振动相位完全相同，将后属于同一反射点的反射波振动相位完全相同，将它们叠加以后，反射信号幅

28、度大大增强。它们叠加以后，反射信号幅度大大增强。而其它干扰波，如多次波、随机干扰等，仍有剩余而其它干扰波，如多次波、随机干扰等，仍有剩余时差。由于它们的相位不相同，故叠加后干扰信号时差。由于它们的相位不相同，故叠加后干扰信号的幅度必然削弱。的幅度必然削弱。水平叠加原理示意图可见水平叠加是突出有效波、压制干扰波的有可见水平叠加是突出有效波、压制干扰波的有效手段。效手段。当反射界面倾斜时，由于实际上并不存在共反当反射界面倾斜时，由于实际上并不存在共反射点，这时必须引入一种射点，这时必须引入一种“偏移叠加偏移叠加”技术，才能技术，才能使各种波归到地下正确的位置上。使各种波归到地下正确的位置上。三、时

29、间剖面三、时间剖面实测地震资料经各种处理后，同相轴变换成地下实测地震资料经各种处理后，同相轴变换成地下界面的形状。由于同相轴代表的界面到地表的距离不界面的形状。由于同相轴代表的界面到地表的距离不是深度，而是时间，故这种剖面称为时间剖面是深度，而是时间，故这种剖面称为时间剖面时间剖面有不同的显示方式，常时间剖面有不同的显示方式，常用的是波形变面积时间剖面用的是波形变面积时间剖面。变面积就是在地震波形极大值附变面积就是在地震波形极大值附近，按一定的阀值截取出的面积所形近，按一定的阀值截取出的面积所形成的小梯形黑块。小梯形面积的大小成的小梯形黑块。小梯形面积的大小和形状反映了地震波能量的强弱。根和形

30、状反映了地震波能量的强弱。根据该剖面上的波形还可以了解波的振据该剖面上的波形还可以了解波的振幅和频率等。幅和频率等。通过对时间剖面中各反射同相轴通过对时间剖面中各反射同相轴的对比追踪，可识别出断层、隆起、的对比追踪，可识别出断层、隆起、不整合、尖灭、超覆等地质现象。不整合、尖灭、超覆等地质现象。波形变面积时间剖面(a)变面积的说明(b)波形变面积时间剖面四、时间剖面的对比四、时间剖面的对比时间剖面的对比工作是整个解释工作中最基础的环节，时间剖面的对比工作是整个解释工作中最基础的环节，直接影响到地质解释工作和构造图的可靠性。直接影响到地质解释工作和构造图的可靠性。在时间剖面上反射层位表现为同向轴

31、的形式。在地震记在时间剖面上反射层位表现为同向轴的形式。在地震记录上波动的相同相位的连线叫做同向轴。所以在时间剖面上录上波动的相同相位的连线叫做同向轴。所以在时间剖面上反射波的追踪实际上就变为同向轴的对比。反射波的追踪实际上就变为同向轴的对比。来自同一反射界面的反射波，直接受该界面的埋藏来自同一反射界面的反射波，直接受该界面的埋藏深度、岩性、产状以及覆盖层等因素影响。如上述因深度、岩性、产状以及覆盖层等因素影响。如上述因素在一定范围内变化不大，具有相对的稳定性，这就素在一定范围内变化不大，具有相对的稳定性，这就会使同一反射波在相邻接受点上反映出相似的特点。会使同一反射波在相邻接受点上反映出相似

32、的特点。属于同一反射界面的的反射波其同向轴有如下属于同一反射界面的的反射波其同向轴有如下特征特征：1）振幅显著增强：在时间剖面上，有较大的振幅显著增强：在时间剖面上，有较大的梯形面积。梯形面积。2）波形相似波形相似：在时间剖面上，是梯形：在时间剖面上，是梯形“黑疙黑疙瘩瘩”的形状，面积大小，数目及其时间间隔相等或的形状，面积大小，数目及其时间间隔相等或相似。相似。3）同相性同相性：由于同一反射波到达相邻检波器的路程是相近的，由于同一反射波到达相邻检波器的路程是相近的，因而同一反射波相同相位在相邻地震道上的记录时间因而同一反射波相同相位在相邻地震道上的记录时间是相近的。同相轴应是一条园滑的曲线，

33、同一反射波是相近的。同相轴应是一条园滑的曲线，同一反射波的不同相位同相轴应彼此平行，这称为同相轴平行，的不同相位同相轴应彼此平行，这称为同相轴平行，或称为同相性。在时间剖面上，同相轴近似为一条直或称为同相性。在时间剖面上，同相轴近似为一条直线，并有一定的长度。线，并有一定的长度。同相轴在时间剖面上还具有渐变的特点，它在时间上、同相轴在时间剖面上还具有渐变的特点，它在时间上、能量上和波形上都是连续、平滑和渐变的。因为地震能量上和波形上都是连续、平滑和渐变的。因为地震波在介质中传播也是渐变的，则波场是连续和渐变的。波在介质中传播也是渐变的，则波场是连续和渐变的。时间剖面上的同相轴面波面波Hz干扰干

34、扰随机随机相干相干干扰干扰各种噪音压制后五、数字滤波五、数字滤波地震记录中包含有效波和干扰波，在反射波地震记录中包含有效波和干扰波，在反射波法地震勘探中，主要研究对象就是来自地下反射法地震勘探中，主要研究对象就是来自地下反射界面的一次反射波。界面的一次反射波。为了压制干扰波、获得高信噪比的地震记录，为了压制干扰波、获得高信噪比的地震记录，最常用的手段就是数字滤波。最常用的手段就是数字滤波。1 1、数字滤波的概念、数字滤波的概念所谓滤波，就是对信号（或波形）进行加工、改所谓滤波，就是对信号（或波形）进行加工、改造的过程。而数字滤波，就是利用数学手段或数学方造的过程。而数字滤波，就是利用数学手段或

35、数学方法对信号进行改造的过程。法对信号进行改造的过程。地震勘探中的滤波，其实是对地震记录进行分解地震勘探中的滤波，其实是对地震记录进行分解的一种手段，其目的是通过分解最终达到压制干扰波、的一种手段，其目的是通过分解最终达到压制干扰波、突出有效波，提高资料的信噪比。突出有效波，提高资料的信噪比。2 2、地震记录的时域表示与频域表示、地震记录的时域表示与频域表示地震道记录的是某点的地面振动情况，它是地震道记录的是某点的地面振动情况，它是时间时间x(t)x(t)的函数。由傅里叶变换理论可知，时间函的函数。由傅里叶变换理论可知，时间函数数f(t)f(t)可以变换到频率域，与它一一对应的频率函可以变换到

36、频率域，与它一一对应的频率函数为数为F(w)F(w)。把时间函数把时间函数f(t)f(t)称为地震记录的时域表示，而称为地震记录的时域表示，而把它的频率函数把它的频率函数F(w)F(w)称为地震记录的频域表示。称为地震记录的频域表示。原始单炮原始单炮滤波后单炮滤波后单炮被滤掉的面波被滤掉的面波频率滤波实例：频率滤波实例：六、修饰性处理六、修饰性处理六、修饰性处理六、修饰性处理为了改善水平叠加时间剖面的面貌，使反射层为了改善水平叠加时间剖面的面貌，使反射层次清晰、能量均衡，有时还要进行修饰性处理。修次清晰、能量均衡，有时还要进行修饰性处理。修饰性处理应小心谨慎，处理恰当可使剖面清晰、美饰性处理应

37、小心谨慎，处理恰当可使剖面清晰、美观，处理不好则可能造成构造假象。观，处理不好则可能造成构造假象。修饰性处理方法较多，常用的有振幅补偿、振修饰性处理方法较多，常用的有振幅补偿、振幅恢复、反褶积等处理方法。振幅处理又分为道内幅恢复、反褶积等处理方法。振幅处理又分为道内平衡、道间平衡、相干加强等。平衡、道间平衡、相干加强等。1.1.道内平衡（动平衡）道内平衡（动平衡）同一地震记录道浅层、中层、深层反射波的能同一地震记录道浅层、中层、深层反射波的能量差异相当大，给输出显示造成困难。为了在同一张量差异相当大，给输出显示造成困难。为了在同一张剖面上将浅、中、深层的反射波同时清晰地显示出来，剖面上将浅、中

38、、深层的反射波同时清晰地显示出来，需要进行道内平衡处理，这是一种记录道内的振幅均需要进行道内平衡处理，这是一种记录道内的振幅均衡处理。衡处理。道内平衡的基本思想是将一道上振幅大能量强道内平衡的基本思想是将一道上振幅大能量强的波乘以一个较小的权值，而给振幅小能量弱的波乘的波乘以一个较小的权值，而给振幅小能量弱的波乘以一个较大的权值。权值的大小由计算机根据浅层到以一个较大的权值。权值的大小由计算机根据浅层到深层各个波的平均能量计算确定。深层各个波的平均能量计算确定。2.2.道间平衡道间平衡道间平衡也是一种振幅均衡处理，它是平衡剖道间平衡也是一种振幅均衡处理，它是平衡剖面上道与道之间的能量差异。道间

39、能量相差太大，面上道与道之间的能量差异。道间能量相差太大，一方面使得剖面面貌难看，不便于显示；另一方面一方面使得剖面面貌难看，不便于显示；另一方面也不利于层位追踪解释。也不利于层位追踪解释。道间平衡的基本思想与道内平衡类似。它是将道间平衡的基本思想与道内平衡类似。它是将剖面上振幅大能量强的地震道乘以一个较小的权值，剖面上振幅大能量强的地震道乘以一个较小的权值，而给振幅小能量弱的地震道乘以一个较大的权值。而给振幅小能量弱的地震道乘以一个较大的权值。权值的大小由计算机根据各道的平均能量计算确定。权值的大小由计算机根据各道的平均能量计算确定。炮间能量均衡前炮间能量均衡前炮间能量均衡后炮间能量均衡后单

40、单炮炮均均衡衡前前的的叠叠加加剖剖面面单单炮炮均均衡衡后后的的叠叠加加剖剖面面常规水平叠加处理的基本流程常规水平叠加处理的基本流程常规水平叠加处理的基本流程常规水平叠加处理的基本流程常规水平叠加处理的基本流程常规水平叠加处理的基本流程数据输入数据输入预处理预处理静校正静校正速度分析速度分析动校正动校正水平叠加水平叠加反滤波反滤波滤波滤波修饰处理修饰处理剖面输出剖面输出 第第2章章面面波波勘勘探探第第1节节概概述述一一、面波勘探面波勘探面波勘探也称弹性波频率测深，是近几年发展起面波勘探也称弹性波频率测深，是近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。来的一种新的浅层地震勘探方法。面波分为瑞利波（面

41、波分为瑞利波（R波）和拉夫波（波）和拉夫波（L波），而波），而R波能量最强、振幅最大、频率最低，容易识别也易于波能量最强、振幅最大、频率最低，容易识别也易于测量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。测量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。P波占波占7%、S波占波占26%、R波占波占67%，即，即R波的能量波的能量占全部激振能量的占全部激振能量的2/3。瑞雷波传播的速度约为同介质内横波速度的瑞雷波传播的速度约为同介质内横波速度的0.92倍。倍。瑞雷波传播时，其介质的质点振动图像是逆时针的瑞雷波传播时，其介质的质点振动图像是逆时针的椭圆形，椭圆的长轴垂直于自由界面，短轴与波的传椭圆形，椭圆的长轴垂直

42、于自由界面，短轴与波的传播方向平行，长轴约为短轴的播方向平行，长轴约为短轴的1.5倍，在三维空间有倍，在三维空间有同样的情形同样的情形。研究证明：瑞雷波能量主要集中在地表下一个波长的研究证明：瑞雷波能量主要集中在地表下一个波长的范围内，范围内，波长与速度及频率有如下关系波长与速度及频率有如下关系:R=VR/fR当速度不变时，频率越当速度不变时，频率越低，测试深度就越大。低，测试深度就越大。一般认为：地表所测的面波一般认为：地表所测的面波速度看作是某一深度内（半速度看作是某一深度内（半个波长）的平均速度，因此个波长）的平均速度，因此瑞雷波法探测深度为半个波瑞雷波法探测深度为半个波长。长。瑞雷波与

43、被测地层有关的主要特征：瑞雷波与被测地层有关的主要特征：A、在分层介质中，瑞雷波具有频散特性；、在分层介质中，瑞雷波具有频散特性；波的频散：瑞雷面波的传播速度随频率变化而改变。波的频散：瑞雷面波的传播速度随频率变化而改变。地表所测的面波速度看作是某一深度内的平均速度。地表所测的面波速度看作是某一深度内的平均速度。B、瑞雷波的波长不同，穿透深度也不同；、瑞雷波的波长不同，穿透深度也不同；C、瑞雷波的传播速度与介质的物理力学性质密切相、瑞雷波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。关。瑞雷波法是利用上述运动学特征和动力性特征来进行瑞雷波法是利用上述运动学特征和动力性特征来进行工程地质探测的。工程地

44、质探测的。二、二、面波勘探原理面波勘探原理在地面上产生一瞬时冲击力，产生一定频率范围内在地面上产生一瞬时冲击力，产生一定频率范围内的瑞雷波。的瑞雷波。在一个波长深度范在一个波长深度范围内的地层中，弹性波围内的地层中，弹性波以不同波速传播，而波以不同波速传播，而波速又取决于频率或波长，速又取决于频率或波长，因此不同频率（或波长）因此不同频率（或波长）的瑞雷波就在不同深度的瑞雷波就在不同深度传播。传播。在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距x布置布置N+1个个检波器，就可以检测到瑞雷波在检波器，就可以检测到瑞雷波在N x长度范围内的波场，长度范围内的波场，设瑞

45、雷波的频率为设瑞雷波的频率为fi，相邻检波器记录的瑞雷波的时间差为，相邻检波器记录的瑞雷波的时间差为t或相位差为或相位差为，则相邻道，则相邻道x长度内瑞雷波的传播速长度内瑞雷波的传播速度为：度为：或或测量范围测量范围N x内平均波速为：内平均波速为：或或在同一测点测量出一系列频率在同一测点测量出一系列频率fi的的VRi值，就可以得到一值，就可以得到一条条VRf曲线，即所谓的频散曲线或转换为曲线，即所谓的频散曲线或转换为VR-R曲线，曲线，R为波长为波长:R=VR/f计算不同频率信号在介质中的传播速度，得出面波频计算不同频率信号在介质中的传播速度，得出面波频散曲线。散曲线。频散曲线的变化规律与地

46、下地质条件有着内在联频散曲线的变化规律与地下地质条件有着内在联系。通过对频散曲线进行解释，可获得地下某一深度范围内系。通过对频散曲线进行解释，可获得地下某一深度范围内的面波速度和地质构造情况，进而对地基质量进行评价。的面波速度和地质构造情况，进而对地基质量进行评价。三、分类三、分类根据激振震源的不同，又把面波勘探分为根据激振震源的不同，又把面波勘探分为稳态法稳态法瞬态法瞬态法无源法无源法它们测试原理相同，只是产生面波的震源不同。它们测试原理相同，只是产生面波的震源不同。稳态法：稳态法：由稳态信号激振器激发出不同频率面波，形成频散曲线（速度频率或波长），激发方式可以是单边、双边或中点激发，并保持

47、一定的偏移距。激发频率一般采用降频扫描方式。其频率范围和间隔的选择应根据勘探深度、精度和分辨率的要求确定。一般而言，勘探深度越大，扫描频率越低；精度要求越高，频点间隔越密。在土壤中测深100米，在岩层能达到200米。稳态法的优点在于具有较大的抗干扰力，高效的信号采集。瞬态法：瞬态法：采用锤击或炸药震源激发瑞雷波，在地面按一定方式用检波器接收，通过频谱分析，计算出各频率波速，形成频散曲线，达到勘测的目的。在土壤中测深50米，在岩层能达到100米。瞬态法的优点在于轻便、高效。广泛应用于：广泛应用于：软土地基加固效果评价；软土地基加固效果评价；加固地基承载力的检测；加固地基承载力的检测；碎石桩、粉喷

48、桩质量检测等方面。碎石桩、粉喷桩质量检测等方面。四、应用应用1.频率滤波：频率滤波：第第2节节瑞雷波勘探资料的处理瑞雷波勘探资料的处理滤波后的波形：滤波后的波形：原始波形：原始波形：2.相干分析：相干分析：或或3.利用下列公式计算出各种不同频率面波速度：利用下列公式计算出各种不同频率面波速度：4.绘制瑞雷波频散曲线绘制瑞雷波频散曲线vRH：面波法对地基进行分层及强度划分面波法对地基进行分层及强度划分第第3节节应用实例应用实例 焦作冯营矿焦作冯营矿西副巷灰岩巷道，西副巷灰岩巷道，地质推断掘进前地质推断掘进前方有断层，具体方有断层，具体位置不清。钻探位置不清。钻探因岩层硬度大，因岩层硬度大，进尺慢

49、、费用高，进尺慢、费用高，改用瞬态瑞雷波改用瞬态瑞雷波法探测。法探测。曲线显示在曲线显示在8.16m、19.2m和和36m有构造存有构造存在。掘进结果证在。掘进结果证明，明，8m和和20m处为松散破碎带，处为松散破碎带，36m处是一条断处是一条断层。层。第第3章章探探地地雷雷达达第第1节节 概概述述一、探地雷达 探地雷达（Ground Penetrating Radar简称GPR）由发射部分和接收部分组成。发射部分产生高频脉冲电磁波，通过发射天线向地下发射电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面产生反射，反射波被设置在某一固定位置的接收天线接收，根据接收到的电磁波的特征推断地下介质分布规律的探测

50、方法。二、应用 探地雷达是一种高分辨率探测技术，可以对浅层地质问题进行详细填图。在工程地质勘探、地质灾害调查和公路工程质量检测等领域得到广泛应用。目前探地雷达广泛应用于在公路、铁道、机场、建筑工程、水利工程、隧道工程等领域。第第2节节探地雷达的基本理论探地雷达的基本理论一一、电磁波在介质中的传播速度电磁波在介质中的传播速度 当地下介质中的波速当地下介质中的波速v为已知时，可根据测得为已知时，可根据测得的走时的走时t，由下式求得目标体的深度，由下式求得目标体的深度z。为真空中电磁波传播速度和相对介电常数。大多数非导电、非磁性介质来说，其电磁波传播速度主要取决于介质的介电常数。介质介质相对介电常数