窄频带Lamb波频散特性研究

窄频带Lamb波频散特性研究

作者：李富才， 孟光

作者单位：上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海,200240

刊名：

物理学报

英文刊名：ACTA PHYSICA SINICA

年，卷(期)：2008，57(7)

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(完整版)面波频散特征和地层结构

四、面波频散特征和地层结构 面波沿地表传播波速的频散现象，反映了与其波长相应的深度范围内的地层弹性分布。地层的弹性参数分布越不均匀，面波频散的表现也越复杂。对于横向均匀的分层地层，面波表现出可以区分和识别的频散特征，从而划分出不同的地层弹性分层类型。 面波频散数据的图示方式 面波的频散规律可以表示为频率(F)和相速度(Vc)二维座标图形中的一系列数据点，也可以由频率和相速度换算出该频率的波长(L=Vc/F)，将频散数据表示在以半波长(L/2)和相速度(Vc)为座标轴的二维图形中。 下面用同一地层模型正演的频散数据，显示在两种数据座标图形中供比较。 左图是此组面波频散数据在频率(F)/相速度(Vc)座标中的图形。横座标是频率轴，纵座标是相速度轴。各个模态的正演频散数据表示为绿色曲线，由基阶向高阶绿色调逐阶变亮。 这是频散数据最基本的图示方式，可以表现出相速度随频率变化的趋势。 左图是同一组面波频散数据在半波长(L/2)/相速度(Vc)座标中的图形。横座标是相速度轴，纵座标是半波长轴。基阶频散数据表示为其中的兰色点，各个模态的正演频散数据表示为绿色曲线，由基阶向高阶绿色调逐阶变亮。 如果需要显示此组频散数据代表的地层参数，就可以把横座标作为剪切波速 (Vs)轴，纵坐标当作深度(Z)轴，用同样的比例尺作出地层剪切波速断面作对比。由于面波由地表向下的波动影响深度和它的半波长关系密切，利用这种对比显示，往往可以找出地层断面在频散数据中反映出的特征。当然如此对比绝不是意味着半波长就是深度，或者相速度就等于剪切波速。 这种频散数据显示方式，可以由频散数据预先估计地层波速断面的轮廓，并且在反演后和地层参数直观的对比。 此外，如果将频散数据换算成相应的频率和波数(K = F/Vc)，还可以在频率波数谱图中，标出各个模态频散数据在能量谱中的座标位置，比较各模态在不同频段的相对能量。 按面波频散特征划分地层结构类型 面波的频散现象反映了地层沿深度弹性波速的差异。在横向稳定的弹性分层地层上，面波的频散包含可以区分的多个模态，表现出各自的特征，反映在以下三个方面： 1.各模态面波的相速度随频率的变化规律。

面波的频散特征和地层分层

四、面波频散特征和地层结构 面波沿地表传播波速的频散现象，反映了与其波长相应的深度范围内的地层 弹性分布。地层的弹性参数分布越不均匀，面波频散的表现也越复杂。对于横 向均匀的分层地层，面波表现出可以区分和识别的频散特征，从而划分出不同的 地层弹性分层类型。 面波频散数据的图示方式 面波的频散规律可以表示为频率(F)和相速度(Vc)二维座标图形中的一系列 数据点，也可以由频率和相速度换算出该频率的波长(L=Vc/F)，将频散数据表 示在以半波长(L/2)和相速度(Vc)为座标轴的二维图形中。 下面用同一地层模型正演的频散数据，显示在两种数据座标图形中供比较。 左图是此组面波频散数据在频率(F)/相速度(Vc)座标中的图形。横座标 是频率轴，纵座标是相速度轴。各个模 态的正演频散数据表示为绿色曲线，由 基阶向高阶绿色调逐阶变亮。 这是频散数据最基本的 图示方式，可以表现出相速度随频率变化的趋势。 左图是同一组面波频散数据在半波长(L/2)/相速度(Vc)座标中的图形。 横座标是相速度轴，纵座标是半波长轴。基阶频散数据表示为其中的兰色点， 各个模态的正演频散数据表示为绿色曲线，由基阶向高阶绿色调逐阶变亮。 如果需要显示此组频散数据代表的地层参数，就可以把横座标作为剪切波速 (Vs)轴，纵坐标当作深度(Z)轴，

用同样的比例尺作出地层剪切波速断面作对比。由于面波由地表向下的波动影响深度和它的半波长关系密切，利用这种对比显示，往往可以找出地层断面在频散数据中反映出的特征。当然如此对比绝不是意味着半波长就是深度，或者相速度就等于剪切波速。 这种频散数据显示方式，可以由频散数据预先估计地层波速断面的轮廓，并且在反演后和地层参数直观的对比。 此外，如果将频散数据换算成相应的频率和波数(K = F/Vc)，还可以在频率波数谱图中，标出各个模态频散数据在能量谱中的座标位置，比较各模态在不同频段的相对能量。 按面波频散特征划分地层结构类型 面波的频散现象反映了地层沿深度弹性波速的差异。在横向稳定的弹性分层地层上，面波的频散包含可以区分的多个模态，表现出各自的特征，反映在以下三个方面： 1.各模态面波的相速度随频率的变化规律。 2.各模态面波所传播弹性能量的相对比重。 3.各模态面波的振幅沿地表传播的变化规律。 这些特征的具体表现完全取决于当地地层分层的弹性参数。按照频散模态特征的不同，可以划分出三种地层分层结构类型： A.波速由表层向底层逐层增高。 B.底层波速最高，中部含低速层。 C.高波速表层复盖下部低速地层。 在这些类型的地层上激发的面波，具有不同的模态特征，分别用实例说明如下。 A.波速由表层向底层逐层增高 将这种地层上取得的面波地震记录，在频率波数域提取基阶频散数据，经过反演得到地层断面，再由此地层参数正演出多阶频散数据。此外，还采用相邻道作互相关求振幅相位谱的方法，经相位校正，得出主频率区段各相邻道间(相当于不同传播距离)的相速度数据。显示在下面的各个图中：

面波勘探技术分析

面波勘探技术分析 近年来，由于地震的频繁发生，对浅层地球物理勘探技术有了更高的要求，面波勘探技术就是在此情况下应运而生的新的勘探技术，其以简便、快速、高分辨率等特点而在许多领域得以应用，并取得了很好的效果。本文对面波勘探技术进行了具体的介绍，同时分析了面波勘探技术在野外方法，以及面波勘探技术在工程及应用过程中存在的问题进行了具体的阐述。 标签：面波；勘探；瞬态法 1 概述 随着近几年对浅层地震研究的深入，面波勘探随之发展起来，成为国内外在勘探浅层地震中普遍采取的一种方法。在面波中有瑞利波（R波）和拉夫波（L 波）之分，在进行面波勘探时通常称为R波，因其在同组波组中具有较强的能量、同时振幅也高于其他波，频率也处于最低点，在测量时很容易识别。 同时面波勘探技术对于面波还有另外一种分法，稳态法、瞬态法和无源法，这种分类法主要是根据产生面波的震源不同进行分类的，但其在测试时的原理是一样的。 2 面波勘探技术 面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的纵波（P波）和横波（S 波）不同，它是一种地滚波。在各向均匀半无限空间弹性介质表面上，当一个圆形基础上下运动时，由它产生的弹性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）出来，即P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是说，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作为勘探方法，其信噪比会大大提高。 综合分析表明R波具有如下特点： （1）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。 （2）在不均匀介质中R波相速度（VR）具有频散特性，此点是面波勘探的理论基础。 （3）由P波初至到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。

Matlab绘制频散曲线程序代码(20210119130722)

Matlab绘制频散曲线 程序代码 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YI function disper %绘制平板频散曲线 %tic

clc;clear; cl=5790;%材料纵波波速(钢板) cs=3200;%材料横波波速(钢板) dfd=*le3; fdO=:dfd/le3:2O)*le3;%频厚积(MHz*mm) d_Q235二6; cps_mi n二2700; cpa_min=100; cp_max=10000; mode=3;%绘制的模式数 precision=le-8; cpa=zeros(length(fdO),mode); cps=zeros(le ng th(fdO),mode); for i=l:length(fdO) fd=fdO(i); [cpl2 n]=ss(cps_min/cp_max/fd/cl,cs,mode); for j=l:n cpl=cpl2(j,l); cp2=cpl2(j,2); cps(i,j)=serfe n(cpl,cp2,fctcl￡S'precisi on); end [cpl2 n]=aa(cpa_min,cp_max/fd/cl/cs,mode); for j=l:n cpl=cpl2(j,l); cp2=cpl2(j,2); cpa(ij)=aerfe n(cpbcp2,fd￡l‘cs,precisi on); end end h=zeros(mode,2); %相速度 figure(l) for j=l:2 ifj==l cp=cps; color=,b,; else cp=cpa; color二T; end for i=l:mode cpp=cp(:,i); in d=fi nd(cpp==0); if ^isempty(ind) h(i/j)=plot((fdO(ind(end)+l:end))/d_Q235/cpp(ind(end)+l:end),color); else h(i/j)=plot(fdO/d_Q235,cpp/color); end hold on end ifj==2 xlabel('f/(KHz)') ylabel('C_{p}/(km-sA{-l})')

地震波的概念种类特点及地表影响

关于地震波 摘要：地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。 关键词：地震波辐射地球内部 一：背景 ①2008年5月12日14时28分04秒，四川汶川、北川，8级强震猝然袭来，大地颤抖， 山河移位，满目疮痍，生离死别……西南处，国有殇。这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。此次地震重创约50万平方公里的中国大地！为表达全国各族人民对四川汶川大地震遇难同胞的深切哀悼，国务院决定，2008年5月19日至21日为全国哀悼日。自2009年起，每年5月12日为全国防灾减灾日。 ②1976年7月28日北京时间03时42分53.8秒，在中国河北省唐山、丰南一带（东经118.2°， 北纬39.6°）发生了强度里氏7.8级（矩震级7.5级），震中烈度Ⅺ度，震源深度23千米的地震。地震持续约12秒。有感范围广达14个省、市、自治区，其中北京市和天津市受到严重波及。强震产生的能量相当于400颗广岛原子弹爆炸。整个唐山市顷刻间夷为平地，全市交通、通讯、供水、供电中断。唐山地震没有小规模前震，而且发生于凌晨人们熟睡之时，使得绝大部分人毫无防备，造成24.2万人死亡，重伤16.4万人，名列20世纪世界地震史死亡人数第一。 ③邢台地震由两个大地震组成：1966年3月8日5时29分14秒，河北省邢台专区隆尧县 （北纬37度21分，东经114度55分）发生震级为6.8级的大地震，震中烈度9度强； 1966年3月22日16时19分46秒，河北省邢台专区宁晋县（北纬37度32分，东经115度03分）发生震级为7.2级的大地震，震中烈度10度。两次地震共死亡8064人，伤38000人，经济损失10亿元。这是一次久旱之后的大震。

Matlab绘制频散曲线程序代码

function disper %绘制平板频散曲线 %tic clc;clear; cl=5790;%材料纵波波速（钢板） cs=3200;%材料横波波速（钢板） dfd=0.01*1e3; fd0=(0.01:dfd/1e3:20)*1e3;%频厚积（MHz*mm）d_Q235=6; cps_min=2700; cpa_min=100; cp_max=10000; mode=3;%绘制的模式数 precision=1e-8; cpa=zeros(length(fd0),mode); cps=zeros(length(fd0),mode); for i=1:length(fd0) fd=fd0(i); [cp12 n]=ss(cps_min,cp_max,fd,cl,cs,mode); for j=1:n cp1=cp12(j,1); cp2=cp12(j,2); cps(i,j)=serfen(cp1,cp2,fd,cl,cs,precision); end [cp12 n]=aa(cpa_min,cp_max,fd,cl,cs,mode); for j=1:n cp1=cp12(j,1); cp2=cp12(j,2); cpa(i,j)=aerfen(cp1,cp2,fd,cl,cs,precision); end end h=zeros(mode,2); %相速度 figure(1) for j=1:2 if j==1 cp=cps; color='b'; else cp=cpa; color='r'; end for i=1:mode cpp=cp(:,i); ind=find(cpp==0);

面波

面波勘探是近年发展起来的一种新的浅层地球物理勘探方法，具有简便、快速、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点，已在许多领域得到应用，并取得了良好的应用效果。文章介绍了面波勘探技术的发展概况、探测原理、主要特点及其野外测试方法，对其应用范围及目前存在的问题作了说明，并给出一个应用实例。 关键词：瑞利面波地震勘探瞬态法频散曲线 1 前言 面波勘探，也称弹性波频率测深，是国内外近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。面波分为瑞利波（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，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。 人们根据激振震源的不同，又把面波勘探分为①稳态法、②瞬态法、③无源法。它们的测试原理是相同的，只是产生面波的震源不同罢了。 1938年德国土力学协会首次尝试用稳态振动来检测岩土的各种弹性力学参数。1960年美国密西西比陆军工程队水陆试验所开始开发类似的技术方法，但由于当时技术条件的限制，均未获得成功。70年代初美国F·K·Chang等人利用瞬态激振产生的瑞利波来研究浅部地质问题，并于1973年在第42届国际地球物理勘探年会上发表了“Rayleigh Wave Dispersion Technique for Rapid Subsurface Explorati on”（瞬态面波在浅层勘探中的应用）论文，报道了有关的研究成果。在稳态方面，直到80年代初，日本的VIC株式会社经过多年的研究试制，推出了GR－810佐藤式全自动地下勘探机，才使该项物探技术在浅层工程勘察工作中得以应用。通过几年的实践和初步研究，R波在岩土工程勘察中的应用大致分为以下几个方面： ⑴查明工程区地下介质速度结构并进行地层划分； ⑵对岩土体的物理力学参数进行原位测试； ⑶工业与民用建筑的地基基础勘察； ⑷地下管道及埋藏物的探测； ⑸地下空洞、岩溶、古墓及废弃矿井的埋深、范围等探测； ⑹软土地基加固处理效果评价及饱和砂土层的液化判别； ⑺公路、机场跑道质量的无损检测； ⑻江河、水库大坝（堤）中软弱夹层的探测和加固效果评价等； ⑼场地土类别划分及滑坡调查等；

面波勘探技术分析

面波勘探技术分析 摘要：面波勘探是近年起来的一种新的浅层地球物理勘探，具有简便、快速、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点，已在许多领域得到，并取得了良好的应用效果。文章介绍了面波勘探技术的发展概况、探测原理、主要特点及其野外测试方法，对其应用范围及存在的作了说明，并给出一个应用实例。 主题词：面波勘探瞬态法 一、概述 面波勘探，也称弹性波频率测深，是国内外近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。面波分为瑞利波（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，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。 人们根据激振震源的不同，又把面波勘探分为①稳态法、

②瞬态法、③无源法。它们的测试原理是相同的，只是产生面波的震源不同罢了。 二、面波勘探技术 面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的纵波（P波）和横波（S波）不同，它是一种地滚波。 在各向均匀半无限空间弹性介质表面上，当一个圆形基础上下运动时，由它产生的弹性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）出来，即P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是说，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作为勘探方法，其信噪比会大大提高。 综合分析表明R波具有如下特点： ⑴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； ⑵在不均匀介质中R波相速度（VR）具有频散特性，此点是面波勘探的理论基础；

⑶由P波初至到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； ⑷R波在多道接受中具有很好的直线性，即一致的波震同相轴； ⑸质点运动轨迹为逆转椭圆，且在垂直平面内运动； ⑹R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。 依据上述特性，通过测定不同频率的面波速度VR，即可了解地下地质构造的有关性质并计算相应地层的动力学特征参数，达到岩土工程勘察之目的。 三、野外工作方法

纵波速度参数对面波频散特征的影响

纵波速度参数对面波频散特征的影响 瑞雷波勘探技术是一种兴起时间不长的地球物理勘探方法。与其他地震波勘探方法相比，具有工作条件简单、不受波反射因素的影响以及浅层分辨率高等优势。目前已被广泛应用于工程地质界。论文针对目前瑞雷波反演方法中存在的诸如反演参数单一、反演参数设置不合理等不足，通过正演软件进行数值模拟，重点研究了分层介质中各层纵波速度对瑞雷波频散曲线的影响。为实现瑞雷波多参数的反演提供基础资料。 标签：瑞雷波频散曲线；正演计算；正演参数 1 概述 面波，在地球物理勘探中我们通常称之为地滚波，反射波记录下来的大多数都是瑞雷波[1]。瑞雷波在多层介质中所产生的相速度随频率变化的现象被称为瑞雷波的频散[2]。而频散曲线正是瑞雷波勘探获得的直接成果。瑞雷波勘探技术作为一种新兴的地球物理勘探方法，以其特有的优势被广泛应用于工程地质勘察、复合地基检测等领域。但是在实际应用过程中也暴露了许多问题，这些问题主要体现在如下几个方面：①瑞雷波的反演方法较多，但是这些方法均建立在一维模型基础上，与被探测的三维目标体存在较大的差异。因此如何实现瑞雷波的二维反演甚至是三维全空间反演是目前瑞雷波研究的重点内容。②目前的面波数据处理采用的是基阶面波，而高阶面波的应用将会大大改善目前的勘探精度和勘探效果。因此如何提取高阶面波，以提高勘探精度特别是软弱夹层的勘探能力，是摆在面波数据处理方面的一个难题。③瑞雷波解释成果存在较大的多解性，特别是解释结果随着道间距、偏移距以及采集通道数出现较大的差别，这也是目前瑞雷波勘探所面临的迫切需要解决的技术问题。 针对上述问题，本论文利用瑞雷波正演计算程序，采用数值模拟的方法研究层状分布的岩土体的纵波速度对岩土体中瑞雷波频散曲线的影响规律。为进一步优化瑞雷波正演算法提供基礎资料。 2 基本原理 Knopoff快速计算法计算的是角速度为ω，相速度为VR的地震波在几个水平、均匀介质组成的层状空间中的传播问题[3]。我们知道应力与位移的关系式为： δm=ρm（γm-1）cosPmAm-iρm（γm-1） sinPmβm+ρmγmγβmcosQmCm-iρmγβmsinQmDm τm=iρmγmγαmsinPmAm-ρmγmγαmcosPmBm-iρm（γm-1）sinQmCm+ρm （γm-1）cosQmDm（1）

面波法勘探在工程勘察中的应用

面波法勘探在工程勘察中的 应用 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March

面波法勘探在工程勘察中的应用 摘要 在近地表勘探工作中，常用的方法有地质钻探、地震折射和反射 等方法。地质钻探方法比较可靠，但是成本高，且具有破损性；地 震折射方法和反射方法对于波阻抗差异较小的地质体界面反映较 弱，不容易分辨，特别折射波法要求下层介质的速度一定要大于上 层介质的速度，如果地层存在低速夹层和速度倒转，则折射法将无 能为力。瑞雷面波勘探法是一种新型的地震勘探方法，能够弥补传 统方法的不足。本文就是研究如何利用瑞雷面波的频散特性进行浅 层地质勘探检测。 引言 (1) 第一章地震面波简介 (2) 第二章瑞利波勘察原理及现场工作方法 (3) 瑞利波勘察原理 (3) 多道瞬态面波数据采集方法 (4) 第三章瑞利波资料整理与解释 (6) 面波频散曲线的深度解释 (6) 层厚度的计算方法 (6) 层速度的计算方法 (7) 第四章工程实例 (9) 工程概述 (9) 数据采集和处理 (9)

底层划分及滑动面确定 (11) 第五章结论 (15) 致谢 (16) 参考文献 (17)

引言 面波勘探，也称弹性波频率测深，是国内外近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。面波分为瑞利波（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，集中于自由表面，容易识别也易于测量，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。 人们根据激振震源的不同，又把面波勘探分为①稳态法、②瞬态法、③无源法。它们的测试原理是相同的，只是产生面波的震源不同罢了。 1938年德国土力学协会首次尝试用稳态振动来检测岩土的各种弹性力学参数。1960年美国密西西比陆军工程队水陆试验所开始开发类似的技术方法，但由于当时技术条件的限制，均未获得成功。70年代初美国利用瞬态激振产生的瑞利波来研究浅部地质问题，并于1973年在第42届国际地球物理勘探年会上发表了“Rayleigh Wave Dispersion Technique for Rapid Subsurface Exploration”（瞬态面波在浅层勘探中的应用）论文，报道了有关的研究成果。在稳态方面，直到80年代初，日本的VIC株式会社经过多年的研究试制，推出了GR－810佐藤式全自动地下勘探机，才使该项物探技术在浅层工程勘察工作中得以应用。上个世纪九十年代中期，日本科学家在研究常时微动的过程中发现，常时微动是一种震源（包含面波在内）并初步完成了地基勘察。这是一项具有很大潜力的面波勘探方法。

面波频散反演地下层状结构的蚁群算法

第34卷第4期物 探 与 化 探Vo.l34,N o.4 2010年8月GEOPHY SI CA L&GEOCHE M ICAL EX PLORAT I ON Aug.,2010 面波频散反演地下层状结构的蚁群算法 翟佳羽1,赵园园2,安丁酉1 (1.中国市政工程东北设计研究院,吉林长春 130021;2.深圳市工勘岩土工程有限公司,广东深 圳518000) 摘要:介绍了一种新的算法 蚁群算法的概念和特点,及其在瑞利波反演地下层状结构中的应用,分析了使用蚁群算法应该注意的事项,提出了通过对初步搜索结果中信息素浓度分布曲线的分析,从而修改、缩小搜索范围,以提高反演速度的方法,并对层状介质模型以及实测数据的频散曲线进行反演,验证了方法的有效性。 关键词:蚁群算法;反演;瑞利波;频散曲线;信息素 中图分类号:P631.4 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2010)04-0476-06 瑞利波勘探是近年来新兴的一种勘探方法,由于其频散曲线对地下结构的横波速度非常敏感,因此被广泛地应用于工程勘察领域。对于瑞利波正演频散曲线的计算已日趋完善[1-3],对于瑞利波的反演,现存的反演方法主要有:最小二乘法、遗传算法、人工神经网络算法及拟牛顿算法等。其中最小二乘法主要利用了目标函数的一阶导数信息,应用于高度非线性化的模型 频散曲线映射过程的反演,往往过分依赖初始模型的选择,容易出现不收敛的现象,遗传算法等全局搜索方法容易陷入局部极小值中,而且反演用时较长,效率较低,人工神经网络训练则要花费相当长的时间,对于拟牛顿算法同样存在初始模型选择的问题。 近年来发展起来的蚁群算法是由意大利学者M.Dorigo等人根据自然界中真实蚁群觅食行为提出的一种优化算法[4]。该算法是一种基于多主体的模拟进化全局搜索算法,该算法具有自组织性和正反馈性,应用分布式控制,主要特点是群体搜索策略和群体之间的信息交换,具有潜在的并行性[5]。而且仅利用目标函数而不是求其导数或其他的附加限制,其效率远高于传统的随机算法,普遍应用于各种问题。针对连续空间的优化问题,已经取得一些成果[6-8]。笔者针对瑞利波频散曲线反演,将有多维约束目标函数的变量进行细分,以每只蚂蚁如何走完所有变量中不同单元的系列作为问题的最优解。将多维连续函数优化问题转化成类似组合优化问题来进行求解,并将整个搜索过程分为粗搜及精搜过程。在搜索过程中针对算法容易过早收敛而陷入局部极小值的缺点,在搜索过程中利用遗传交叉、变异算子使算法跳出局部极小值,从而得到全局最优解。 1 蚁群算法反演地球内部构造 笔者以瑞利波为例讨论应用层状介质频散曲线反演地下结构的蚁群算法。对于从实测的地震资料中所提取的频散曲线,基于其正演算法,通过某种方式调节模型参数达到对实际提取的频散曲线的最好拟合,这就是频散曲线的反演问题。反演过程大致表述为如下形式:设观测数据为d,而d的正演公式为 D(m),其中m为模型参数,定义目标函数为 (m)=d- D(m)22。 目标函数的意义相当于用给定的模型计算的理论观测数据 D(m)对观测数据d的拟合程度,反演过程实际上就是采用某种方式搜索使函数取得极小值的模型参数m*,使得目标函数 (m*)变为极小的过程,若m*有多个,则取目标函数值最小的那一个作为反演的结果。 1.1 蚁群算法的基本思想 蚁群算法的优化过程主要包括选择、更新以及协调。本文中整个优化过程将分为粗搜过程和精搜过程,在粗搜过程中,首先从待求的问题中提取出一个多维约束的目标函数,将目标函数中待求解的独立变量在其约束范围内分解为不同等份的小单元,这样的处理极大地缩小了搜索空间,提高了搜索效率。整个粗搜索过程既是完成每个蚂蚁走完所有的变量中的某一单元,而构成一个可行解,然后更新所 收稿日期:2009-10-23

面波勘探原理及其应用

毕业设计（论文） 题目：面波在地震波场中的特性研究及其应用Surface wave in the characteristics of seismic wave field research and its application 学生姓名：高振兵 专业：勘查技术与工程 班级：07023209 指导教师：方根显 二零一一年六月

摘要 瑞利面波勘探是近年发展起来的一种新的浅层地球物理勘探方法，具有简便、快速、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点，已在许多领域得到应用，并取得了良好的应用效果[1]。瑞利面波是一类频率较低、能量较强的次生波，且主要沿着介质的分界面传播，其能量随着与界面距离的增加迅速衰减。瑞利面波与反射波、折射波一样都含有地下介质的地质信息。本文从瑞利面波的概念、工作原理及方法、频散特征、反演研究以及实际资料的应用等方面，用多道检波器测量来了解面波勘探在浅层地表调查中的应用。 关键词:瑞利面波、频散曲线、波动方程、瞬态瑞雷波勘探。

ABSTRACT Rayleigh wave exploration is developed in recent years, a new shallow geophysical exploration methods, it is a simple, quick, economy, high resolution, achievements intuitive, applicable site, has the advantages of small find application in many fields, and have achieved good application effect.Rayleigh's is a kind of lower frequency, energy strong secondary wave, and mainly the boundary surface along the medium, the energy with the spread of interface distance attenuation increases rapidly. Rayleigh wave reflection wave, with all contain the same refraction wave of underground medium geological information.This article from Rayleigh's concept, principle and method , frequency dispersion characteristics, and inversion study and the actual material application etc, with multi-channel detectors measurements to understand surface wave exploration in the application of shallow surface survey. keywords: Rayleigh wave，frequency disperse curve, wave equation, transient state Rayleigh wave prospecting.

地震波运动学理论

第二章地震波运动学理论 一、名词解释 1. 地震波运动学：研究在地震波传播过程中的地震波波前的空间位置与其传播时间的关系，即研究波的传播规律，以及这种时空关系与地下地质构造的关系。 2. 地震波动力学：研究地震波在传播过程中波形、振幅、频率、相位等特征的及其变化规律，以及这些变化规律与地下的地层结构，岩石性质及流体性质之间存在的联系。 3. 地震波：是一种在岩层中传播的，频率较低(与天然地震的频率相近)的波，弹性波在 岩层中传播的一种通俗说法。地震波由一个震源激发。 4. 地震子波：爆炸产生的是一个延续时间很短的尖脉冲，这一尖脉冲造成破坏圈、塑性带，最后使离震源较远的介质产生弹性形变，形成地震波，地震波向外传播一定距离后，波形逐渐稳定，成为一个具有2-3个相位（极值）、延续时间60-100毫秒的地震波，称为地震子波。地震子波看作组成一道地震记录的基本元素。 5.波前：振动刚开始与静止时的分界面，即刚要开始振动的那一时刻。 6.射线：是用来描述波的传播路线的一种表示。在一定条件下，认为波及其能量是沿着一条“路径”从波源传到所观测的一点P。这是一条假想的路径，也叫波线。射线总是与波阵面垂直，波动经过每一点都可以设想有这么一条波线。 7. 振动图和波剖面：某点振动随时间的变化的曲线称为振动曲线，也称振动图。地震勘探中，沿测线画出的波形曲线，也称波剖面。 8. 折射波：当入射波大于临界角时，出现滑行波和全反射。在分界面上的滑行波有另一种特性，即会影响第一界面，并激发新的波。在地震勘探中，由滑行波引起的波叫折射波，也叫做首波。入射波以临界角或大于临界角入射高速介质所产生的波 9.滑行波：由透射定律可知，如果V2>V1 ，即sinθ2 > sinθ1 ，θ2 > θ1。当θ1还没到90o时，θ2 到达90o，此时透射波在第二种介质中沿界面滑行，产生的波为滑行波。 10.同相轴和等相位面：同向轴是一组地震道上整齐排列的相位，表示一个新的地震波的到达，由地震记录上系统的相位或振幅变化表示。 11.地震视速度：当波的传播方向与观测方向不一致(夹角θ)时，观测到的速度并不是波前的真速度V，而是视速度Va。即波沿测线方向传播速度。 12 波阻抗：指的是介质(地层)的密度和波的速度的乘积(Zi=ρiVi，i为地层)，在声学中称为声阻抗，在地震学中称波阻抗。波的反射和透射与分界面两边介质的波阻抗有关。只有在Z1≠ Z2的条件下，地震波才会发生反射，差别越大，反射也越强。 13.纵波：质点振动方向与波的传播方向一致，传播速度最快。又称压缩波、膨胀波、纵波或P-波。 14.横波：质点振动方向与波的传播方向垂直，速度比纵波慢，也称剪切波、旋转波、横波或S-波，速度小于纵波约倍。横波分为SV和SH波两种形式。 15.体波：波在无穷大均匀介质(固体)中传播时有两种类型的波（纵波和横波），它们在介质的整个立体空间中传播，合称体波。 16共炮点反射道集：在同一炮点激发，不同接收点上接收的反射波记录，称为共炮点道集。 在野外的数据采集原始记录中，常以这种记录形式。可分单边放炮和中间放炮。 17.面波：波在自由表面或岩体分界面上传播的一种类型的波。 18.纵测线和非纵测线：激发点与接收点在同一条直线上，这样的测线称为纵测线。

4实验四地震勘探实验(面波法)

实验四地震勘探实验（面波法） 一、实验原理 瑞雷面波法用于勘探，与以往的弹性波法（反射波法和折射波法）差别在于：它应用的不是纵波和横波，而是以前反射波法和折射波法视为干扰的面波。其原理是：面波具有频散的特性，其传播的相速度随频率的改变而改变。这种频散特性可以反映地下介质的特性。瑞雷面波的特点：瑞雷面波速度低、瑞雷面波在介质中泊松比在0.4~0.5范围内，面波速度与横波速度关系基本接近、瑞雷面波对地层的分辨能力，决定于频率，频率高则分辨能力强。 上图为72道的面波采集记录：震源在左上角，同一震源下的直达波、折射波、反射波和面波遵循各自的传播规律，分布在不同的区域。其中面波传播的特征：近震源处发育、震幅大、传播速度低。 上图为实际勘探过程中采集得到的面波记录：以近震源、小道距、长采样、宽频率激发、低频率接收。工程检测方面的应用实例：

上图采集地点为：云南某高速公路的路基检测，检测深度为4米。 由图中的“频散曲线”分层可以看出：每层的厚度约在0.3米-0.5米。填筑路基施工是分层进行，松散料经过压实，达到压实度后再进行下一层的填料。图中频散曲线的拐点清晰，分析的层厚度在0.35米-0.5米之间。 二、实验目的 1.了解面波法的原理； 2.了解面波法工作布置及观测方法； 3.掌握面波法数据采集、处理和解释，熟练操作相关软件。 三、实验仪器 SWS型多波列数字图像工程勘察与工程检测仪。 该系统由主机、多芯电缆、检波器、触发器、震源（大锤或炸药）、铁板、直流电源、直流电源线以及数据采集、处理和解释软件等组成。 四、实验步骤 1.在工区布设测线 在工区布设测线，原则：由南向北、由西向东测线号与测点号依次增大。使用皮尺标注检波器位置与激发点位置。 2.连接仪器的各个部分 将主机、电源、多芯电缆、检波器、大锤、触发器按正确的方式一一连接起来。注意：各接口均使用“防呆”设计，电缆插头与对应的插槽才能连接，电缆插头与非对应的插槽不能连接。禁止暴力插拔各插头、插槽，以防仪器损坏。 3.采集 开机后，仪器通过检索，自行进入采集系统。 （1）回车即进入仪器采集系统的主菜单；

瞬态面波勘探及应用

瞬态面波勘探及应用 摘要：面波勘探是近年发展起来的一种新的浅层地球物理勘探方法，具有简便、快速、经济、分辨率高、成果直观、适用场地小等优点，已在许多领域得到应用，并取得了良好的应用效果。文章介绍了面波勘探技术的发展概况、探测原理、主要特点及其野外测试方法，对其应用范围及目前存在的问题作了说明，并给出一个应用实例。 关键词：瑞利面波地震勘探瞬态法频散曲线 1 前言 面波勘探，也称弹性波频率测深，是国内外近几年发展起来的一种新的浅层地震勘探方法。面波分为瑞利波（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，所以面波勘探一般是指瑞利面波勘探。 人们根据激振震源的不同，又把面波勘探分为①稳态法、②瞬态法、③无源法。它们的测试原理是相同的，只是产生面波的震源不同罢了。 1938年德国土力学协会首次尝试用稳态振动来检测岩土的各种弹性力学参数。1960年美国密西西比陆军工程队水陆试验所开始开发类似的技术方法，但由于当时技术条件的限制，均未获得成功。70年代初美国F·K·Chang等人利用瞬态激振产生的瑞利波来研究浅部地质问题，并于1973年在第42届国际地球物理勘探年会上发表了“Rayleigh Wave Dispersion Technique for Rapid Subsurface Exploration”（瞬态面波在浅层勘探中的应用）论文');">论文，报道了有关的研究成果。在稳态方面，直到80年代初，日本的VIC株式会社经过多年的研究试制，推出了GR－810佐藤式全自动地下勘探机，才使该项物探技术在浅层工程勘察工作中得以应用。通过几年的实践和初步研究，R波在岩土工程勘察中的应用大致分为以下几个方面： ⑴查明工程区地下介质速度结构并进行地层划分； ⑵对岩土体的物理力学参数进行原位测试； ⑶工业与民用建筑的地基基础勘察； ⑷地下管道及埋藏物的探测； ⑸地下空洞、岩溶、古墓及废弃矿井的埋深、范围等探测； ⑹软土地基加固处理效果评价及饱和砂土层的液化判别； ⑺公路、机场跑道质量的无损检测； ⑻江河、水库大坝（堤）中软弱夹层的探测和加固效果评价等； ⑼场地土类别划分及滑坡调查等； ⑽断层及其它构造带的测定与追踪等。 2 勘探原理 面波是一种特殊的地震波，它与地震勘探中常用的纵波（P波）和横波（S波）不同，它是一种地滚波。弹性波理论分析表明，在层状介质中，拉夫波是由SH波与P波干涉而形成，而瑞利波是由SV波与P波干涉而形成，且R波的能量主要集中在介质自由表面附近，其能量的衰减与r-1/2成正比，因此比体波（P、S波∝r-1）的衰减要慢得多。在传播过程中，介质的质点运动轨迹呈现一椭圆极化，长轴垂直于地面，旋转方向为逆时针方向，传播时以波前面约为一个高度为λR（R波长）的圆柱体向外扩散。 在各向均匀半无限空间弹性介质表面上，当一个圆形基础上下运动时，由它产生的弹性波入射能量的分配率已由Miller（1955年）计算出来，即P波占7%、S波占26%、R波占67%，亦就是说，R波的能量占全部激振能量的2/3，因此利用R波作为勘探方法，其信噪比会大大提高。

地震波的定义

地震波的定义

地震波的定义 地震是地壳的一切颤动，是一种自然现象。其主要能源来自地球的内部，是由地球内部自然力冲击引起的。地壳或地幔中发生振动的地方称为震源。震源在地面上的垂直投影称为震中。震中到震源的距离称为震源深度。地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。 发生原理 英文seismic wave.由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地球内 地震波 部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。 概念介绍 地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。 传播方式 地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波[1]。纵波是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。 纵波和横波

现象介绍 我们最熟悉的波动是观察到的水波。当向池塘里扔一块石头时水面被扰乱，以石头入水处为中心有波纹向外扩展。这个波列是水波附近的水的颗粒运动造成的。然而水并没有朝着水波传播的方向流；如果水面浮着一个软木塞，它将上下跳动，但并不会从原来位置移走。这个扰动由水粒的简单前后运动连续地传下去，从一个颗粒把运动传给更前面的颗粒。这样，水波携带石击打破的水面的能量向池边运移并在岸边激起浪花。地震运动与此相当类似。我们感受到的摇动就是由地震波的能量产生的弹性 岩石的震动。 假设一弹性体，如岩石，受到打击，会产生两类弹性波从源向外传播。第一类波的物理特性恰如声波。声波，乃至超声波，都是在空气里由交替的挤压(推)和扩张(拉)而传递。因为液体、气体和固体岩石一样能够被压缩，同样类型的波能在水体如海洋和湖泊及固体地球中穿过。在地震时，这种类型的波从断裂处以同等速度向所有方向外传，交替地挤压和拉张它们穿过的岩石，其颗粒在这些波传播的方向上向前和向后运动，换句话说，这些颗粒的运动是垂直于波前的。向前和向后的位移量称为振幅。在地震学中，这种类型的波叫P波，即纵波（图2.1），它是首先到达的波。 地震P波(纵波)和S波(横波)运行时弹性岩石运动的形态 弹性岩石与空气有所不同，空气可受压缩但不能剪切，而弹性物质通过使物体剪切和扭动，可以允许第二类波传播。地震产生这种第二个到达的波叫S 波，即横波。在S波通过时，岩石的表现与在P波传播过程中的表现相当不同。因为S波涉及剪切而不是挤压，使岩石颗粒的运动横过运移方向（图2.1）。这些岩石运动可在一垂直向或水平面里，它们与光波的横向运动相似。P和S波同时存在使地震波列成为具有独特的性质组合，使之不同于光波或声波的物理表现。因为液体或气体内不可能发生剪切运动，S波不能在它们中传播。P和S波这种截然不同的性质可被用来探测地球深部流体带的存在(见第6章)。 相关性质 带偏光眼镜以减弱散射光的人可能熟悉光的偏振现象，只有S波具有偏振现象。只有那些在某个特定平面里横向振动(上下、水平等)的那些光波能穿过偏光透镜。传过的光波称之为平面偏振光。太阳光穿过大气是没有偏振的，即没有光波振动的优选的横方向。然而晶体的折射或通过特殊制造的塑料如偏光眼镜，可使非偏振光成为平面偏振光。 当S波穿过地球时，他们遇到构造不连续界面时会发生折射或反射，并使其振动方向发生偏振。当发生偏振的S波的岩石颗粒仅在水平面中运动时，称为SH波。当岩石颗粒在包含波传播方向的垂直平面里运动时，这种S波称为SV

地震波的概念种类特点及地表影响

5.方茴说：“那时候我们不说爱，爱是多么遥远、多么沉重的字眼啊。我们只说喜欢，就算喜欢也是偷偷摸摸的。” 6.方茴说：“我觉得之所以说相见不如怀念，是因为相见只能让人在现实面前无奈地哀悼伤痛，而怀念却可以把已经注定的谎言变成童话。” 7.在村头有一截巨大的雷击木，直径十几米，此时主干上唯一的柳条已经在朝霞中掩去了莹光，变得普普通通了。 8.这些孩子都很活泼与好动，即便吃饭时也都不太老实，不少人抱着陶碗从自家出来，凑到了一起。 9.石村周围草木丰茂，猛兽众多，可守着大山，村人的食物相对来说却算不上丰盛，只是一些粗麦饼、野果以及孩子们碗中少量的肉食。 1.“噢，居然有土龙肉，给我一块！” 关于地震波 摘要：地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。地球内部存在着地震波 速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。 关键词： 地震波 辐射 地球内部 一：背景 ① 2008年5月12日14时28分04秒，四川汶川、北川，8级强震猝然袭来，大地颤抖， 山河移位，满目疮痍，生离死别……西南处，国有殇。这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。此次地震重创约50万平方公里的中国大地！为表达全国各族人民对四川汶川大地震遇难同胞的深切哀悼，国务院决定，2008年5月19日至21日为全国哀悼日。自2009年起，每年5月12日为全国防灾减灾日。 ② 1976年7月28日北京时间03时42分53.8秒，在中国河北省唐山、丰南一带（东经118.2°， 北纬39.6°）发生了强度里氏7.8级（矩震级7.5级），震中烈度Ⅺ度，震源深度23千米的地震。地震持续约12秒。有感范围广达14个省、市、自治区，其中北京市和天津市受到严重波及。强震产生的能量相当于400颗广岛原子弹爆炸。整个唐山市顷刻间夷为平地，全市交通、通讯、供水、供电中断。唐山地震没有小规模前震，而且发生于凌晨人们熟睡之时，使得绝大部分人毫无防备，造成24.2万人死亡，重伤16.4万人，名列20世纪世界地震史死亡人数第一。 ③ 邢台地震由两个大地震组成：1966年3月8日5时29分14秒，河北省邢台专区隆尧县 （北纬37度21分，东经114度55分）发生震级为6.8级的大地震，震中烈度9度强；