表面波(瑞利波)波速测试法

表面波(瑞利波)波速测试法

瑞利波(Rayleigh wave)在半无限大空间的传播特性研究始于1887年,由英国学者瑞利(John Strutt, Lord Rayleigh)首次在理论上确定。在地震勘探领域,瑞利波最初被视为干扰波。然而,近年来国内外学者对瑞利波进行了深入研究,并在理论和应用方面取得了重大进展。目前,利用瑞利波进行测试已成为现实。一、瑞利波在半无限大空间的传播当在自由界面(如地面)上进行竖向激振时,会在其表面附近产生瑞利波。瑞利波有三个与工程质量检测相关的主要特征:1. 在分层介质中,瑞利波具有频散特性。2. 瑞利波的波长不同,穿过的深度也不同。3. 瑞利波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。研究表明,瑞利波能量约占整个地震波能量的67%,主要集中在地表下一个波长范围内。瑞利波的传播速度代表半个波长(λr/2)范围内介质震动的平均传播速度。因此,通常认为瑞利波法的测试深度为半个波长。二、瑞利波勘探法瑞利波勘探法根据震源形式的不同,可分为稳态法和瞬态法两大类。稳态法利用扫频仪和功率放大器发出的谐波电流,推动电磁激振器对地面产生稳态面波。瞬态法则是在激震时产生一定频率范围的瑞利波,并以复频波的形式传播。三、采集方法面波采集的质量直接影响计算出的频散曲线。瞬态多道瑞利波勘探法要求在面波域内设计排列,采集足够长的记录,并尽量使采集到的波型单一。四、仪器、设备要求瞬态多道瑞利波的数据采集,必须选用多道数据采集系统,至少12道以上,以24道为好。仪器应具有大的动态范围、高精度的AD转换、宽频响范围等特性。五、资料和数据的处理1. 时间距离(X-T)域中的面波在时间(T)-距离(X)域中了解面波及干扰波的宏观特征是处理和解释面波数据的首要步骤。2. 频率-波数(F-K)域中的面波面波的各个模态,在时间和距离上往往是相互穿插叠合的。在频率-波数域中,可以清楚地区分开面波不同模态的波动能量,从而能够单一地提取出基阶模态的频散数据。以上内容对瑞利波的传播特性、勘探方法、采集方法和数据处理等方面进行了详细阐述,为瑞利波的工程应用提供了理论依据和实践指导。