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浅震中的新技术和新方法

第一节纵、横波速测试技术

及其应用

一、动弹参数测试原理

根据弹性理论可得出纵波速度VP与横波速度VS

与各弹性参数之间有如下的关系式：

2(1)(12)2

EVEm2VS(1)

mp(1)

参见P15，

2(12)2式（1.3.7）

GmVp（）

2(1)GmVS~1.3.9)

这里Em称为动弹性模量(或动杨氏模量);

Gm称为动切变模量(或刚度系数)。

纵、横波速度测试的意义：测定岩土介质的动弹参数，

评价岩体的稳定性。用刚度系数或剪切模量G的分布来

研究动力基底结构的振动特性。

二、波速测试方法

1.横波的激发

根据横波的传播特性，接收横波时，必须使检波器的

最大灵敏度方向和波的传播方向垂直（也就是和振动方向

保持一致）。

横波是在纵波之后到达的续至波，容易受到干扰因

此，在工作中应使震源的振动具有明显的方向性，以突出

横波信号。

（1）击板法

（2）弹簧激振法

击板法观测横波示意图螺旋弹簧式震源实验装置

（3）爆炸式的横波震源

V型装药室的冲击力方向图

（4）钻孔横波锤

和电火花震源

另外，在跨孔测量中，

还使用电火花震源。

2.横波的接收和识别

野外横波的测量即可在地面也可在井中进行。在地面

的表土或露头上进行激发和接收时，如前所述，采用不同

的激发方向和接收方向，可以获得横波的记录。但由于地

表和地下深处岩石所处条件往往差异很大，在地表所测得

的波速参数不能完全反映深处岩石的实际情况而产生较大

偏差。故目前多采用钻孔中测量的方法。钻孔中测量可分

为单孔法和跨孔法两类。

（1）单孔法

又称地震波测

井或PS测井。

（2）跨孔法

跨孔法可以用来

测量钻孔之间岩

体纵、横波的传

播速度、弹性模

量及衰减系数等。

跨孔法测量示意图

（3）纵横波信号的识别

首先分析机械震源和爆炸震源所产生的地震波的特征。

它们主要有两个方面的差异。

第一，机械震源产生的地震波，横波的信噪比较大（一

般可大于10），而纵波的信噪比往往小于1。爆炸震源则

正好相反，其纵波的信噪比较大（一般可大于10），横

波的信噪比则只有1~2左右。因此，机械震源对识别横波

有利，而爆炸震源对识别纵波有利。

第二，是两者信号在频率特征上的差异。对于纵波，机械震源和爆

炸震源所产生的弹性波频率相差不大；对于横波，一般爆炸震源的

信号频率要比机械震源的信号频率高一些。另外，对于爆炸震源，

横波的质量往往随距离的增加有所改进，这可能与速度较大的纵波

衰减较快有关。右上图是在钻孔中用爆炸震源得到的纵横波记录，

随着接收距离的增大，各道纵横波时差亦随之增大，这有利于横波

的识别。

在钻孔中用爆炸方式得到的纵波与横波记录

在木板两端进行正反两次敲击，利用记录上纵、横波呈现

相位倒转的特点来识别纵、横波，确定横波的到达时间。

正反敲击横波相位倒转示意图

跨孔法记录纵横波

的识别与横波到达

时间的识别

断裂带上横波

能量的衰减

三、动、静弹性参数之间的关系

动、静弹性参数的差异；

如前南斯拉夫贝尔格莱德地质地球物理研究所对灰岩

作了大量的试验对比，得出的关系式为：

Em/Es5.3Em/200000.

Em表示动弹模，ES表示静弹模。并且认为对于破碎

灰岩，Em/ES的比值较大（可达到5），而完整致密

灰岩Em/ES1。又如前苏联较多的采用关系式为：

1550

Es/Em

645Em

我国科学院地质研究所采用的

经验公式为：

a