利用弹性波频率进行地质勘探的思考
摘要：弹性波是应力波的一种,扰动或外力作用引起的应力和应变在弹性介质中传递的形式。弹性介质中质点间存在着相互作用的弹性力。某一质点因受到扰动或外力的作用而离开平衡位置后,弹性恢复力使该质点发生振动,从而引起周围质点的位移和振动,于是振动就在弹性介质中传播,并伴随有能量的传递。
关键词：弹性波频率；地质勘探
中图分类号：X947文献标识码：A
1 弹性波概述
弹性波理论已经广泛应用于地震、地质勘探、采矿、材料的无损探伤、工程结构的抗震抗爆、岩土动力学等方面。弹性波频率分为瑞利波(R波)和拉夫波(L波),而R波在振动波组中能量最强、振幅最大、频率最低,容易识别也易于测量,所以弹性波频率勘探一般是指瑞利弹性波频率勘探。R波在岩土工程勘察中的应用大致分为以下几个方面: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;工业与民用建筑的地基基础勘察;地下管道及埋藏物的探测;地下空洞、岩溶、古墓及废弃矿井的埋深、范围等探测;软土地基加固处理效果评价及饱和砂土层的液化判别;公路、机场跑道质量的无损检测;江河、水库大坝(堤)中软弱夹层的探测和加固效果评价等;场地土类别划分及滑坡调查等;断层及其它构造带的测定与追踪等。
2 勘探原理
地震勘探,是用人工方法激发地震波(地壳的弹性振动),并且研究它们在地壳内传播的情况,来达到探查地壳地质结构的目的。地震波由震源激发后,向各方传播,在存在密度差异的不同岩性地层的分界面上可能发生反射和折射,然后返回地面,引起地面的振动。我们将专门的仪器设备(地震仪、检波器等)安置在地面上,记录地震的振动(地震记录),通过分析解释地震记录的特点(传播时间、振动的振幅、相位及频率等),就能确定地层的埋藏深度、岩石的组成成分和物理力学性质。地震勘探依据的是弹性波传播原理。弹性波理论分析表明,R波具有如下特点:在地震波形记录中振幅和波组周期最大,频率最小,能量最强;在不均匀介质中R波相速度(VR)具有频散特性,此点是弹性波频率勘探的理论基础;由P波初直到R波初至之间的1/3处为S波组初至,且VR与VS具有很好的相关性,其相关式为:VR=VS>(0.87 1.12μ)/(1 μ);式中:μ为泊松比;此关系奠定了R波在测定岩土体物理力学参数中的应用;R波在多道接受中具有很好的直线性,即一致的波震同相轴;质点运动轨迹为逆转椭圆,且在垂直平面内运动;R波是沿地表传播的,且其能量主要集中在距地表一个波长(λR)尺度范围内...
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