地震瑞雷面波测深指导.pdfVIP

一、面波测深原理要点 [返 回主 页] 探测在天然地震和工程 勘察领域中的应用，面波理论在原理、测量技术和数据处理方法上，都 得到很大的发 展。了解面波的原理是有效应用面波测深的基础。 面波、波长和波及深度、面波速度和剪切波速 点状震源产生的球面波，将弹性能量向周边介质传递，在地表自由 面上，受界面弹性条件的制约，产生沿地表传 播的压缩波和 SV 型剪切 波，叠合形成瑞雷面波。它的传播规律，反映了传播途径中所涉及介质 的弹性参数。 在均匀介质中，面波的振幅随深度增大而减小，其弹性能量的传播 深度和它的波长有关，波长越长的面波，它的 能量波及地表以下的深度 也越大。面波沿地表传播的速度和波及深度内介质的弹性参数有关，包 括介质的密 度、压缩和剪切波速度，而主要的影响参数是介质的剪切波 速度。 相速度、弹性分层和频散 均一地层表面激发的面波，其不同波长组分涉及的深度内介质弹性 参数相同，从而具有相同的传播速度。弹性分 层的地层内不同深度的介 质弹性参数有差别，从而面波不同波长组分的传播速度也不同。单一波 长（或单一频 究水平地层面波 的频散特征，可以求得地层内部不同深度的弹性参数，这也就是面波测 深方法依据的基本原 理。 水平分层、面波模态 对于水平分层地层，面波沿地表的传播，由于途经介质的多层结构， 包含了符合各个界面条件的多个模态 （Mode）。震源激发的弹性波，在 各个分层中多次反射、透射、谐振，再在地表干涉、叠加的过程，导至 地表 传播的各个模态的弹性能量和波长，都随距离逐步演变。分层地层 的弹性结构，决定了面波的模态组成。了解分 析不同地层分层结构的面 波模态特征，才能有效地应用面波测深方法。 分层类型和模态组成、基阶和高阶 由面波模态的角度看，最简单，也是常见的地层分层结构，是地层 刚度随深度逐层增加，此时地表面波的大部分 能量都集中在基阶模态中， 形成的频散特征也比较简单，容易据以求出地层的弹性参数。如果地层 结构中含有 软弱夹层，或地表为高刚度地层覆盖，面波的能量将扩展分 布于基阶和多个高阶的模态中，综合构成复杂的频散 特征。此时只有采 用提取基阶模态的频散特征，或者综合利用多个模态的办法，计算地层 的弹性结构。 波长、距离、反映深度 了解波长、距离、反映深度之间的关系，是确定面波探测装置的基 础。对于一般的地层结构，已经有理论和实践 证实的原则可以遵循。但 对于复杂的地层条件，由于分层地层中点震源激发的面波，是以多个模 态的方式，在 地层中传播的，各个模态弹性能量的相对比重，随距离和 波长逐步改变。地表的面波的频散特征，只有在和波长 相应的合适距离 上，才会可靠地反映某个深度内的地层弹性参数。对于新工作区，有必 要通过试验，确定对具 体地层结构有效的面波探测装置。 横向不均匀地层、面波的反射、散射 在横向均匀的地层上，面波的传播是单向离震源而去的，其频散特 征在横向上也是稳定的。而在横向不均匀的地 层上，或地表、地下有不 均匀的物体时，面波会产生朝向震源或其他方向的反射或散射。此时虽 然难以求得地 层的二维弹性断面，但是对比面波频散特徵，或者面波波 形的横向变化，也可以估计出不均匀物体的横向位 置。 干扰波 层状地层上由点震源激发的地震波，除面波以外，在地表还可能接 收到声波、折射波和反射波。它们占震源的能 量比例较小，随距离的衰 减也比较快，都可能在面波数据处理中排除。但是对于面波的弱振幅组 分，特别是对 于面波的低频部分，地层的低频反射鸣震，仍然可能成为 难以查觉的干扰因素，必须给予注意。 技术方法 面波探测中取得地层频散特徵的技术方法目前有两种。一种是用可 控频率的激震器，分别激发不同频率的面波， 在不同距离的两个通道上 记录面波的振幅，计算该频率的相速度。第二种是用冲击震源激发包括 较宽频带的面 波脉冲，在不同距离的多个通道上记录面波，用分频的数 据处理方法计算频带范围内的面波相速度。除第二种方 法有可能区分面 波的模态外，两者从原理上没有本质的差别。 瑞雷面波的振动包含水平和垂直两个分量。从原理上看，在复杂情 况下综合利用两个分量，有利于区分面波的模 态，但目前一般仅测量面 波地表振动的垂直分量。 面波探测的数据处理分两个步骤： 1. 由面波的时距数据求取频散数据，其中包括区分出基阶模态和 不分模态的两种做法。 2. 由频散数据计算地层弹性参数，实质是采取地层模型参数迭代 优化的方法。其中模型正演目前又有传输矩阵法 和刚度矩阵法两种。 [返 回主