第1篇地震折射波法

1、返回返回 成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 5 地震折射波法地震折射波法 在工程地震勘探中，地震折射波法是一种在工程地震勘探中，地震折射波法是一种 简便经济的勘探方法，在精度要求不高的情况简便经济的勘探方法，在精度要求不高的情况 下，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。有关折射波的形成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

2、已在本篇的第一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，仅就资料的采集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。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 应特别指出的是，必须保证相遇时距曲线应特别指出的是，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：折射波法勘探中一般采用单个检道和道距：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，其主要原波器作为一道接收，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

3、问题，因为目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，即是最先到达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，就 可获得质量较高的首波记录。此外，为了不漏掉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。一般浅层薄层信息，道距的选择是十分重要的。一般 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 有等间距和不等间距两种方式。在不等间距接有等间距和不

4、等间距两种方式。在不等间距接 收中，一般可把接收排列的道距设计成小一大收中，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。道距一小方式，也可把它设计成小一大方式。道距 的选择一般为的选择一般为110m，可按勘探目的层深度、，可按勘探目的层深度、 地层展布、仪器道数以及激发能量等情况而定。地层展布、仪器道数以及激发能量等情况而定。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 5.2.2.2 单支时距曲线的解释单支时距曲线的解释 2 232 1 131 3 3 1 2 211 2112122 11 cos2cos2 )/(12 /cos2/ / V iz V

5、 iz V x T v VVz VxVizVxT VxT 2 2 322 1 2 311 3 )/(12)/(12 / V VVz V VVz Vx （1.5.3） 上式中上式中 1 V 、2 V 和和3 V 可由各自的时距曲线的斜率求出可由各自的时距曲线的斜率求出。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 故故有有 2 21 11 1 )/(1 2 VV V Z 2 32 2 1 2 311 22 )/(1 )/(12 2 1 VV V V VVZ Z （1.5.5） 5.2.2.3 相相遇遇时时距距曲曲线线的的0 t法法 该该方方法法又又称称0 t差差数数时时距距曲曲线线

6、法法 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 6 地震透射波法地震透射波法 在工程地震勘探中，透射波法主要用于地在工程地震勘探中，透射波法主要用于地 震测井（地面与井之间的透射）、地面与地面震测井（地面与井之间的透射）、地面与地面 之间凸起介质体的勘查和井与井之间地层介质之间凸起介质体的勘查和井与井之间地层介质 体的勘查。地质目的不同，所采用的方法手段体的勘查。地质目的不同，所采用的方法手段 也不同。但从原理上讲，均是采用透射波理论，也不同。但从原理上讲，均是采用透射波理论， 利用波传播的初至时间，反演表征岩土介质的利用波传播的初至时间，反演表征岩土介质的 岩性、物性等特性以

7、及差异的速度场，为工程岩性、物性等特性以及差异的速度场，为工程 地质以及地震工程等提供基础资料或直接解决地质以及地震工程等提供基础资料或直接解决 其问题。其问题。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 6.1 地面与井的透射地面与井的透射 井口附近激发，井中不同深度上接收透井口附近激发，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。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垂直时距曲线 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 透射波时距曲线方程为透射波时距曲线方程为 2 1 1 1 V zz V z t 从两层介质很

8、容易推广到从两层介质很容易推广到n层介质，对应的层介质，对应的透射波垂 直时距曲线方程为为 n n V zz V zz V zz V z t 1 3 23 2 12 1 1 n n i ii n i V zz V zz V z 1 1 21 3 1 1 （1.6.1） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 图1.6.1 地震测井 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 图图 1.6.1 为多层介质的透射波垂直时距曲线图。为多层介质的透射波垂直时距曲线图。由由 图可知，图可知，利用垂直时距曲线的折点，可以确定相应利用垂直时距曲线的折点，可以确定相应 地层的厚

9、度，地层的厚度，根据根据折线各段的斜率，能求出各层的折线各段的斜率，能求出各层的 层速度层速度 t h Vi ， 进一步就得到地震波在， 进一步就得到地震波在不同深度不同深度 H 以上的地层平均速度以上的地层平均速度m V 。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 6.1.3 资料的处理解释资料的处理解释 1初至拾取及井源距校正初至拾取及井源距校正 1）初至拾取）初至拾取 2）井源距校正）井源距校正 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 2速速度度计计算算及及成成图图 1）层层速速度度计计算算 先先根根据据垂垂直直时时距距曲曲线线上上， 观观测测点点的的

10、分分布布规规律律按按折折线线 段段分分层层，折折点点与与分分界界面面位位置置相相对对应应，各各段段直直线线的的斜斜 率率倒倒数数就就是是对对应应层层的的层层速速度度i V， ，即即 1 1 ii ii i i i tt HH t H V （1.6.4） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 2）平均速度计算平均速度计算 由垂直时距曲线上的由垂直时距曲线上的t和对应的和对应的H，根据公式，根据公式 t hH V c m （1.6.5） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 6.2.1 跨孔法跨孔法 跨孔法可以用来测量钻孔之间岩体纵、横跨孔法可以用来测量钻孔

11、之间岩体纵、横 波的传播速度、弹性模量及衰减系数等，这些波的传播速度、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透射透射CT成像技术（专题）成像技术（专题） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 7 瑞雷波法瑞雷波法 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，利用人工震源激发产生多种频率成分频散特性，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，从的瑞雷面波，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而最终确定出地表岩土的瑞雷波

12、速度随场点坐标 的变化关系，以解决浅层工程地质和地基岩土的的变化关系，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。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 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瑞雷波的独特之处是它不受地层速度差异的 影响，折射波法和反射波法对于波阻抗差异影响，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，尤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

13、盲层，瑞雷波法则不度，否则为其勘探中的盲层，瑞雷波法则不 存在这类问题。但瑞雷波法的勘探深度受方存在这类问题。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，而纵横向法本身的限制，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。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 7.1 勘勘探探原原理理 瑞瑞雷雷波波沿沿地地面面表表层层传传播播，表表层层的的厚厚度度约约为为一一个个波波长长，因因此此， 同同一一波波长长的的瑞瑞雷雷波波的的传传播播特特性性反反映映了了地地质质条条件件在在水水平平方方向向的的变变 化化情情况况，不不同同波波长长的的瑞瑞雷雷波波的的

14、传传播播特特性性反反映映着着不不同同深深度度的的地地质质 情情况况。 iiRi iRi xfV txV /2 / （1.7.1） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 （ fVR 曲线（曲线（=VR/f） RR V 曲线曲线(H= R)VRH 曲线）曲线） 7.2.2 瞬态法瞬态法 瑞雷波的传播速度为：瑞雷波的传播速度为： txVR/ （1.7.7） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 )(cos)( 1 11 R V x tAtu （1.7.8） )(cos)( 2 22 R V x tAtu （1.7.9） 两个记录在何时最相似两个记录在何时最相似

15、 )()( 1 )( 21 1 nunu N R N n （1.7.11） 此时速度计算公式为：此时速度计算公式为： 012 / )(xxVR （1.7.12） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 dttutur)()()( 1221 （1.7.16） 对求出的互相关函数做对求出的互相关函数做 Fourier 变换：变换： )( 21 )( 12 * 12 2 2121 | )(| | )(|)(| )()()( 12 fi i fi efR efufu fufuderfR （1.7.17） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 对于对于一般岩一般岩石

16、石泊松比泊松比 25. 0 左右，穿透深度约为左右，穿透深度约为 0.65R。对于对于土体土体而言，泊松比而言，泊松比 45. 04 . 0 ，则穿，则穿 透深度透深度 R H)84. 079. 0( 。实际应用中，对于实际应用中，对于淤泥质淤泥质 软塑土层，穿透深度可取软塑土层，穿透深度可取 R 85. 0 。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 8 桩基无损检测桩基无损检测 （不涉及以动力机器设计为目的的桩基动力试（不涉及以动力机器设计为目的的桩基动力试 验）验） 8.1 桩基的类型和质量问题桩基的类型和质量问题 目前采用的桩基主要有钻孔灌注桩、成管目前采用的桩基主要

17、有钻孔灌注桩、成管 灌注桩、挖孔桩、打入预制桩、旋喷桩灌注桩、挖孔桩、打入预制桩、旋喷桩 桩基质量检测包括两方面的内容：桩基质量桩基质量检测包括两方面的内容：桩基质量 评价和桩基的承载力确定。评价和桩基的承载力确定。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 8.2 锤击法锤击法 锤击法是一种瞬态动测法。嵌入土中的桩锤击法是一种瞬态动测法。嵌入土中的桩 基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹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。当在桩顶或桩侧施加瞬间外性连结的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加瞬间外 力力F时，桩体内相邻质点间的应力发生变化，引时，桩体内相邻质点间

18、的应力发生变化，引 起应变的传递，产生弹性波。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。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 8.2.1 方法原理方法原理 1桩体缺陷检测桩体缺陷检测 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力在桩顶部竖直向下施加一瞬间力F，并在震，并在震 源点附近接收时，其断裂面和桩底面上将产生源点附近接收时，其断裂面和桩底面上将产生 反射和透射的反射和透射的P波。由于为近法线入射，转换横波。由于为近法线入射，转换横 波可不考虑。波可不考虑。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信

19、息工程学院 tLVP/2 （1.8.2） tVL P 2 1 （1.8.5） 对于一完整摩擦桩，其桩底反射的相位与入射对于一完整摩擦桩，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）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， 采用较大的力锤击桩边土 （自 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 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 g w m g wfn 因 2 )2( (1.8.8) g wf P n K 2 )2( （1.8.9） 2 2 2 101 3 1 )16(

20、93 1 3 1 rLArLrW rALW zz （1.8.10） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 其其 中中 ，z r 为为 桩桩 周周 土土 扩扩 散散 半半 径径 ， 计计 算算 公公 式式 为为 ： 0 ; 23 2 2 1 LdtgLrz 为为桩桩全全长长；L 为为桩桩实实际际入入土土长长度度；A 为为桩桩身身截截面面面面积积；1 r 为为混混凝凝土土容容重重，一一般般取取 2.4t/m 3； ； 2 r 为为桩桩周周土土容容重重加加权权平平均均值值； 为为内内摩摩擦擦角角加加权权平平 均均值值；d为为桩桩身身直直径径。此此外外，W2还还可可采采用用下下式式

21、计计算算， 22 rALW t ，其其中中t L 为为桩桩折折算算长长度度（m） ，当当 m10L 时时， m8 .1 t L ；当当 10mL4120 250 良 好 3300-4120 200-250 一 般 2750-3300 100-150 较 差 1920-2750 100 劣 质 1920 100 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 有关桩体质量的综合评价分类标准如下：有关桩体质量的综合评价分类标准如下： A类：结构完整，混凝土质量优良。类：结构完整，混凝土质量优良。 B类：结构完整，桩径有变化或混凝土质量类：结构完整，桩径有变化或混凝土质量 基本正常。基本正

22、常。 C类：局部断裂或混凝土有严重离析层或混类：局部断裂或混凝土有严重离析层或混 凝土质量较差。凝土质量较差。 D类：结构破坏，混凝土质量极差。类：结构破坏，混凝土质量极差。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 8.3 机机械械阻阻抗抗法法 8.3.1 方方法法原原理理 该该方方法法又又称称为为稳稳态态正正弦弦扫扫频频激激振振法法。即即对对桩桩顶顶施施加加 幅幅值值不不变变的的变变频频激激振振力力，利利用用速速度度导导纳纳随随激激振振频频率率 变变化化的的特特征征来来检检测测桩桩基基质质量量并并计计算算承承载载力力。 当当在在桩桩顶顶施施加加一一激激振振力力 )(tf ，

23、其其频频谱谱为为 )( fF ，则则桩桩体体内内 产产生生应应力力波波并并向向下下传传播播，遇遇不不均均匀匀界界面面形形成成反反射射回回 到到桩桩顶顶，此此时时，利利用用检检波波器器在在桩桩顶顶上上可可接接收收到到其其振振 动动信信号号 )(tV ，其其频频谱谱 )( fV ，则则速度导纳定义为为： )( )( )( fF fV fZ （1.8.12） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 应应用用时时，可可根根据据已已知知桩桩长长和和测测得得的的 f 计计算算C V 。正正常常 情情况况下下，砼砼的的波波速速 3600 C V 4500m/s，若若 C V 小小于于此此范

24、范围围，说说明明砼砼的的质质量量较较差差。另另 外外，也也可可利利用用 f 和和正正常常砼砼波波速速 VC值值反反算算桩桩长长 Lm，质质 量量好好的的桩桩 L=Lm；若若 LmL，则则反反映映了了在在深深度度 Lm处处 有有质质量量问问题题。 2特特征征导导纳纳 所所谓谓特特征征导导纳纳是是指指导导纳纳频频谱谱曲曲线线上上振振幅幅的的几几何何 平平均均值值，实测特征导纳 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 理论上的特征导纳理论上的特征导纳有有 ccc AV N 1 （1.8.15） 若若 NNm ，为正常桩；，为正常桩； NNm ，说明，说明c 、 c V 或或 AC变

25、变 小。小。 c 、 c V 变小反映砼质量差，变小反映砼质量差，AC变小反映有缩径；变小反映有缩径； 若若 Nm随频率增高而变小，表示桩径上大下小，一般随频率增高而变小，表示桩径上大下小，一般 为缩颈桩。为缩颈桩。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 M M D F V f K 2 （1.8.16） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 9 、 地震小区划中的物探方法地震小区划中的物探方法 在区域地壳稳定性评价的基础上，按天然在区域地壳稳定性评价的基础上，按天然 地震作用强度和特征对居民区、工业区、单独地震作用强度和特征对居民区、工业区、单独 大型建

26、筑场地进行（预测天然地震对于结构物大型建筑场地进行（预测天然地震对于结构物 的影响程度）的分区，这种分区称为地震小区的影响程度）的分区，这种分区称为地震小区 划分，简称地震小区划。划分，简称地震小区划。 地震效应的详细分区，即依据强震时的破地震效应的详细分区，即依据强震时的破 坏效应与土层条件、地下水位、弹性波传播速坏效应与土层条件、地下水位、弹性波传播速 度的关系以及与层状结构有关的地面波谱特征度的关系以及与层状结构有关的地面波谱特征 的关系进行分区。的关系进行分区。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 地震小区划工作的定量方法有多种，与应地震小区划工作的定量方法有多种

27、，与应 用地球物理有关的方法主要有综合物探法，平用地球物理有关的方法主要有综合物探法，平 均剪切模量法、地震刚度法、常时微动法和一均剪切模量法、地震刚度法、常时微动法和一 维反应分析法。维反应分析法。 9.1 地震刚度法地震刚度法 “地震刚度地震刚度”是地震时抵抗岩石内形变传是地震时抵抗岩石内形变传 播的特征指标。在某种意义上，播的特征指标。在某种意义上，“刚度刚度”可解可解 释为抵抗释为抵抗“松散松散”。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 地震刚度愈大的岩石，则地震震级增量较小；地震刚度愈大的岩石，则地震震级增量较小； 地震刚度愈小的松散、饱和水堆积土，则地震地震刚度

28、愈小的松散、饱和水堆积土，则地震 刚度增量较大。如果地震震级增量用花岗岩作刚度增量较大。如果地震震级增量用花岗岩作 为标准，地震刚度不同的岩土，其震级增量差为标准，地震刚度不同的岩土，其震级增量差 可达可达13级（表级（表1.9.1）。）。 地震刚度地震刚度r用弹性波传播速度用弹性波传播速度V与岩土密度与岩土密度 的乘积表示，即。的乘积表示，即。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 岩 土 名 称 地震震级增量 岩 土 名 称 地震震级增量 1、坚硬岩石 花岗岩 0 石灰岩、页岩、片麻岩(密实的) 0.2-0.4 密实的砂岩 0.5-0.3 、泥灰岩、泥板岩 0.7-1.

29、0 、大块碎石类 碎石及砾石 0.9-1.3 砾石 1.0-1.5 、砂类 砾砂和粗粒砂 1.2-1.4 中粒砂 1.3-1.6 细砂和粉砂 1.4-1.8 、粘土类 粘土 亚粘土 亚砂土 亚粘土和砂土 、含水岩层 砾石和卵石 砂类土 粘性土(亚砂土、亚粘土) 、填土和土壤 填土 土壤 1.2-1.6 1.3-1.7 1.4-1.8 1.7-2.1 1.6-2.0 2.0-2.4 2.4-2.8 2.3-2.6 2.6-3.0 表1.9.1 不同类型岩土的地震震级增量 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 计算相对于标准土层的计算相对于标准土层的烈度增量烈度增量C I 设研

30、究区的土层平均设研究区的土层平均地震刚度值地震刚度值为为nn V ，标准地段的，标准地段的 平均地震刚度值平均地震刚度值为为00 V ， 则则 00 lg67. 1 V V I nn C （1.9.1） 最好使用横波速度。在潜水位不深的地段测得的最好使用横波速度。在潜水位不深的地段测得的 纵波值应换算成不含水的地层所具有的数值纵波值应换算成不含水的地层所具有的数值。 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 2计算计算潜水水位引起的潜水水位引起的烈度增量烈度增量B I B I 由潜水水位深度由潜水水位深度 h 来确定，即来确定，即 204. 0 mB heI （1.9.2） 如果地下含水层在细砾层中，系数可采用如果地下含水层在细砾层中，系数可采用 0.50.9。 3地震烈度全增量地震烈度全增量 I BC III （1.9.3） 返回返回成都理工大学信息工程学院成都理工大学信息工程学院 与此同时，它还可用下式计算与此同时，它还可用下式计算 2 0