系统及应用简介
北京市水电物探研究所
金荣杰
电话：010-******** 131******** Email:ccsws@https://www.doczj.com/doc/e0755371.html,
SWS-6（24道）SWS-7（48道）
SWS 型工程勘探与工程检测系统是北京
市水电物探研究所自主研发的、高性能、多功
能的岩土工程勘察检测新设备。其中多道瞬态
面波勘察、高密度地震映象和水域走航式高密
度地震反射波勘察新技术具有自主知识产权。
SWS 系统处理结果直接以彩色图显示地
层层序和物性，是勘察施工快捷化、勘察成果
定量化的创新技术。
SWS 系统于1996年3月15日通过国家科委
主持的专家评审鉴定，鉴定结论为SWS 系统属
世界领先水平，并于1998年荣获国家重点新
产品证书。
系统主要功能：
1多道瞬态面波勘察、检测
2 水域与陆域高密度地震映像勘察
3工程测振分析评价
4超长采样的地脉动测试、基桩检测
5地震反射波、折射波勘察
6 弹性波CT检测与波速测井
7 伪随机叠加采集功能，采用伪随机叠加技术，以连续冲击叠加采集方式代替炸药，摆脱炸药震源施工的困难，可使地震波记录实现高分辨效果，同时使地震反射波勘探深度方便地达到600-700米，使面波勘探深度方便地达到30-60米
系统应用领域：1 各类岩土工程勘察检测2水域工程勘察
3 资源环境勘查
4堤坝隐患检（监）测
5地基加固效果检测
6地质灾害调查
7 地基动力特性测试评价
8 工程振动测试评价
9 基桩无损检测
系统技术指标：
1 24通道(SWS-6)，48通道（SWS-7）
2 瞬时浮点放大，双A／D采集，A/D位数20+，精度高3动态范围大：120～132db，噪音低
4频带宽度0.5~4000Hz
5 采样率：0.01～20ms多档可选
6 超长采集记录功能
7 数字滤波
8 接口：USB接口
9 操作系统：Windows XP系统
10 工控级主板
地震波勘探方法简介及应用实例
一、多道瞬态面波方法
1、面波勘探的基础
地表震源不仅激发纵波和横波，同时纵波与横波相互干涉叠加形成一种新的能量很强、主要集中在地表附近、沿介质层面滚动传播的波，称为瑞雷面波。
一般情况下，岩土体都可以近似认为是层状介质。瑞雷波在层状介质中具有频散特性，瑞雷波勘探的直接成果是瑞雷波的频散曲线，频散曲线的特征及其变化与地下地质条件（如地层的厚度、波速等）密切相关。
瑞雷波的传播速度依赖于波长。同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的波反映不同深度的地质情况。瑞雷波在沿界面传播时，其穿透深度相当于它的波长。实际工作中，在地面测得的Vr被认为是 /2范围内介质的平均速度值。
面波勘探，要求地层横向变化不明显，随深度增加速度逐渐增加。
面波的特性：
1、在分层介质中，瑞雷波具有频散特性；
2、瑞雷波的波长不同，穿透深度也不同；
3、瑞雷波的传播速度与横波传播速度具有相关性。
4、竖向激振时，瑞雷波能量占总能量的绝大部分，而且比纵波、横波衰减得慢。
频散又称波散，是指正弦波传播的速度随其波长而变化。
形象地讲就是：面波最初传播的时候，“队列整齐”地前进，逐渐地，这
支队伍发生了“分化”，有些频率的面波“比较敏捷”，跑在前面；而有
些频率的面波“比较迟缓”，落在后面．这种情况称为“频散”。
面波的频散是由它所经历的“路程”上的地球结构决定的，因此它对地球
内部结构也有明显的反映。
的特点：
1、浅层分辨率高；
2、不受各地层速度关系的影响：折射波法要求下伏层速度大于上覆层速度；反射波法要求各层具有波阻抗差异；瑞雷波法只要求具有波速差异，即使差异只有10%也可以精确进行分辨。
3、工作效率高，费用低。
波勘探可解决的问题
利用人工激发的瑞雷波，可以解决如下几方面的浅层地质问题：1、工程地质勘察：利用实测的频散曲线，通过定量解释，可以
得到各地质层的厚度及弹性波的传播速度，传播速度的大小直接反映了地层的“软”“硬”程度。因此可以对第四系地层进行划分，确定地基的持力层。可方便地划分出地层中软弱层的埋深及范围。
2、地基加固处理效果评价：通过实测地基加固前后的波速差异，得到处理后的地基较处理前土体的物理力学性质的改善程度，同时可方便地对处理后场地在水平方向的均匀性做出评价，以及确定加固所影响的深度和范围。
3、岩土的物理力学参数原位测试：波速的大小与介质的物理力
学参数，如密度、剪切模量、压缩模量、泊松比密切相关。因此通过对实测资料的反演拟合解释，可以得到岩、土层的横波速度、纵波速度，进而计算出其它参数。
4、地下空洞及掩埋物探测：当瑞雷波的勘探深度与地下土洞、
溶洞、矿区废弃矿井以及各地下掩埋物的深度相当时，频散曲线就会出现异常跳跃，据此可以确定其埋深及范围。
、公路、机场跑道质量无损检测：利用瑞雷波可以不破坏路面而测出路面、基层和路基的横波速度，结合纵波速度、密度等参数可计算路面厚度、基层和路基的压实度，路面的的抗折、抗压强度及路基的载荷能力，柔性路面的弯沉值，评价挡土墙和边坡的稳定性。该方法用于机场跑道和高等级公路和另一项意义是可实现质量随年代变化的连续监控，做预防性维护期质量的检测。
6、饱和砂土层的液化判别：利用瑞雷波法测得横波速度，结合其它条件，如砂的粒度、饱和砂土层的埋深、地下水位的深浅等地质条件，可以计算出该饱和砂土层的液化临界波速值，判别饱和砂土层的液化可能性，为场地地震小区划服务。
7、其它方面的应用：软弱地基调查、塌方调查、滑坡调查、破碎带调查、斜面调查、铺砌形状调查、地下结构物调查、基岩的完整性评价、场地土类型与类别划分、堤坝危险性预测，桩基入土深度探测等。
85%的工程，应用面波勘探可得到解决。
——面波方法测试的深度主要取决于震源。
1、24磅大锤敲击，测深20~30m
2、落重做震源（63.5kg的标贯锤从2m高自由落下），测深30~40m
3、炸药震源：800g药量，测深160m（济南）；1Kg药量，测深240~300m（新疆）
勘察方法注意事项
1、数据采集
道间距：相邻两个检波器之间的距离，其值应不大于所研究最小地层的厚度。
采集道数：《多道瞬态面波勘察技术规程》（JGJ/T 143-2004）规定面波采集时宜用24道。
对于一个排列，是排列下部整体地层的平均反映，但以中点处的反映最明显，故定义为反映排列中点的下部地层情况。
排列长度：所有检波器的道间距之和，其长度应不小于最大勘探深度。其值由道间距与采集道数决定。
、如果排列短则高阶面波与基
阶面波不易区分。
2、面波在传播过程中会发生频
散，越往深层频率越低，如果排
列短的话，不容易取到深部的资
料。
1为纵波的直达波和折射波，
2为高阶面波，3为基阶面波。
、在F-K域中，频率波数谱能够完全确定的面波最大波长取决于采集排列的长度，排列长度长，谱图能正确反映的面波波长就长，区分不同波长的能力越强，各个能量轴都比较窄，空间截断效应也较弱，从而各个模态能量轴的区分比较合理。若测线长度不够，所拾取的基阶面波中的能量不足以抵制其它干扰波的影响，峰值点线易发生速度偏移。
24道记录形成的频谱图12道记录形成的频谱图6道记录形成的频谱图
：激振点到第一道检波器的距离。通常锤击的偏移距为5~10m，可测深10~30m。
偏移距的选择原则：
1、近震源道不削波，基阶面波不向高阶面波发生偏移。如果发生大的
偏移则需减小偏移距。
2、规避干扰源，善于借助处力。如波的前进方向（地面或地下）出现
反射波干扰时，需要改变激振方向。
若在公路旁边测试，测线需垂直公路，
在公路一侧敲击。若不能使车辆限行，
最好等车行至与测线方向一致时敲击。1为基阶面波，
2为震源后方界面反射回来的面波，
3为震源前方界面反射回来的面波。
1个检波器延长线外敲击，为正值；激振点在第24个检波器延长线外敲击，为负值。
地震勘探的电缆规格是每条有12道，进行24道测试时，需要用
两条电缆连接检波器，这两条电缆规格是相同的，放置电缆时
需要注意的是：两条电缆要按同一个方向摆放，即大线插头朝
向同一个方向。
频散曲线的第一个点离地表总有一定距离，因为震源激发的波经过一
定距离（偏移距）的传播，只有一定波长的波才能被检波器接收到，
所以偏移距越小，第一个点离地表越近。
相同条件下，偏移距越大，测试深度越深。
：记录波旅行过程中所用的点数。通常选择1024点。采样间隔：也叫采样率，就是记录每个样点的时间间隔。通
常选择0.5ms。
一般来讲，4个样点可以描述一个波形，最少也可用2个点，点数越
多描述的波形越可靠。
假设面波f=5Hz, T=1/5=0.2s=200ms
若采样间隔为0.5ms,则有200/0.5=400点。也就是一个传播周期可以
采集到400个样点。所以0.5ms完全可以满足要求。
记录长度：记录波的旅行时间，由采样点数与采样间隔的乘
积决定。单纯从面波记录的面貌来讲，记录长度应满足最后
一道基阶面波到达的时刻在整个记录长度的1/2偏上部位。
记录长度过短的记录
：面波采集时不用滤波。因为滤波会损失面波携带的有用信息，同时滤波会产生一定的相移。
叠加：面波采集时不用叠加。因为面波测深也叫频率测深，利用的面波的频散特性，叠加采集是为了增加能量，提高信噪比，对频率并没有改变；再则叠加采集时不能保证每次激发的频率都一样。
检波器频率的选择：V=λ/T=λf (面波勘察中，H=λ/2→λ=2H)所以，V=2H f→f=V/2H（根据介质的速度与所要测试的深度可确定频率）
土层的速度一般为100~350~500，所以面波测试用4Hz的检波器（低频检波器可用在高频的需求上）
激振垫板：板子越硬（不会发生塑性变形）、越轻越好。一般用10~12mm厚，15cm见方的板子。
锤击开关的连接：大锤激振时，用锤击开关进行触发。将锤击开关紧密地绑在锤把上，距锤头1cm左右，使粗糙面冲上。
：在山坡测量时，测线或沿等高线布置，或沿斜坡方向布置，从山脚往上测，即在山脚敲击——因为山脚沉积层厚，易产生低频波，山上部的沉积层薄，易产生高频波。测试得到的深度是法线深度。
测线的移动：指一个剖面上面波点距小于排列长度时的情况。
假设道距为2米，两个面波点间距为10米。测完第一个面波点A点后，将前5个检波器移到24道之后按原道距插好，则B点为第二个面波点，A、B两点间距为10米。
采集记录质量要求：
1、记录长度足够长；
2、初至波到达以前越干净越好，即没有干扰波；
3、观察有无坏道。若出现坏道而又无备用检波器可替换时，要使坏道在记录的边道，要保证记录中间无坏道（因为面波采集是共炮点、等道距方式）