工程物探課程設(shè)計(jì)

1、. 工程與環(huán)境物探課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 二零一零年一月十九日目 錄第一章 折射波法基本原理和方法31.1折射波法基本理論31.2 折射波法觀測系統(tǒng)41.3 折射波分層解釋的法4第二章 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法72.1 儀器設(shè)備72.2 采用的觀測系統(tǒng)9第三章 現(xiàn)場資料采集實(shí)驗(yàn)步驟10第四章 軟件說明和數(shù)據(jù)處理過程104.1 軟件功能104.2 數(shù)據(jù)處理過程11第四章 數(shù)據(jù)處理結(jié)果及圖形繪制23參考書目24第一章 折射波法基本原理和方法1.1 折射波法基本理論以水平界面的兩層介質(zhì)進(jìn)行簡要的說明，假設(shè)地下深度為h，有一個(gè)水平的速度分界面R，上、下兩層的速度分

2、別為V1和V2，且V2>V1。如圖11所示。從激發(fā)點(diǎn)O至地面某一接收點(diǎn)D的距離為X，折射波旅行的路程為OK、KE、ED之和，則它的旅行時(shí)t為： （11）圖1-1 水平兩層介質(zhì)折射波時(shí)距曲線為了簡便起見，先作如下證明：從O，D兩點(diǎn)分別作界面R的垂線，則OADGh，再自A、G分別作OK，ED的垂線，幾何上不難證明BAKEGFi，因已知，所以： （12）即 和 （13）上式說明，波以速度V1旅行BK（或EF）路程與以速度V2旅行AK（或EC）路程所需的時(shí)間是相等的。將式（13）的關(guān)系和式（11）作等效置換，并經(jīng)變換后可得： （14）這就是水平兩層介質(zhì)的折射波時(shí)距曲線方程。它表示時(shí)距曲線是一條直

3、線，若令x0，則可得時(shí)距曲線的截距時(shí)間t0（時(shí)距曲線延長與t軸相交處的時(shí)間值） （15）式（15）表示出界面深度h和截距時(shí)間t0之間的關(guān)系，當(dāng)已知V1和V2時(shí)，可以求出界面的深度h。1.2 折射波法觀測系統(tǒng)根據(jù)折射波場形成條件和特征，折射波觀測系統(tǒng)必須避開盲區(qū)，且要把接收部分盡量放到待測地層折射波區(qū)范圍。當(dāng)水平層狀介質(zhì)滿足折射條件的前提下，固定一個(gè)激發(fā)點(diǎn)，將排列沿測線由近及遠(yuǎn)進(jìn)行時(shí)距觀測，將得到由淺入深各層介質(zhì)的地震波信息。在地震記錄上可觀察到各層介質(zhì)折射波的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)， 從而判別層間干涉、波形置換特征。在時(shí)距曲線上將反映出各層介質(zhì)折射波運(yùn)動(dòng)學(xué)的空間分布規(guī)律及介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)。為了消除表層不

4、均勻及界面起伏的影響，往往采用相遇時(shí)距曲線觀測系統(tǒng)。相遇時(shí)距曲線觀測系統(tǒng)如圖2-2所示，同一觀測地段分別在兩端O1 和O2 點(diǎn)激發(fā)，  圖2-2 此觀測系統(tǒng)采集的地震記錄，可得兩支方向相反的時(shí)距相遇曲線S1和S2。AE段折射， O1 O2接收， EA段折射，O1O2接收。其優(yōu)點(diǎn)可彌補(bǔ)單一時(shí)距曲線的不足，可以從不同方向反映界面變化。1.3 折射波分層解釋的法折射波解釋法是常用的地震折射波解釋方法，它是針相遇時(shí)距曲線觀測系統(tǒng)采集發(fā)展起來的解釋方法。t0法解釋的主要原理與方法如下：t0法又稱為t0差數(shù)時(shí)距曲線法，是解釋折射波相遇時(shí)距曲線最常用的方法之一。當(dāng)折射界面的曲率半徑比其埋

5、深大得很多的情況下，t0法通常能取得很好的效果，且具有簡便快速的優(yōu)點(diǎn)。如圖13所示，設(shè)有折射波相遇的時(shí)距曲線S1和S2，兩者的激發(fā)點(diǎn)分別是O1和O2， (a) (b)圖1-3 t0法折射界面示意圖若在剖面上任意取一點(diǎn)D，則在兩條時(shí)距曲線中可以分別得到其對應(yīng)的走時(shí)t1和t2，從圖中可以得到： （16）且在O1和O2點(diǎn)，時(shí)距曲線S1和S2的走時(shí)是相等的，稱之為互換時(shí)，用T表示，則有： （17）當(dāng)界面的曲率半徑遠(yuǎn)大于其埋深時(shí)，圖中的BDC可以近似地看作為等腰三角形，若自D點(diǎn)作BC的垂直平分線DM（DM即為該點(diǎn)的界面深度h），于是有： 和 （18）將公式（16）中的t1和t2相加，并且減去（17）式，

6、再將（18）式代入后可以得到： （19）式（19）便是任意點(diǎn)D的t0值公式，由此可得D點(diǎn)的折射界面法線深度h為： （110）令和則式（110）可以寫為： （111）因此只要從相遇時(shí)距曲線中分別求出各個(gè)觀測點(diǎn)的t0值和K值，就可以得出各個(gè)點(diǎn)的界面深度h。從上述的公式可以看出，只要從時(shí)距曲線上讀取t1，t2和互換時(shí)T，就可以算出各個(gè)點(diǎn)的t0值，并可以在圖上繪制相應(yīng)的t0(x)曲線（13(b)中所示）。關(guān)于K值的求?。焊鶕?jù)斯奈爾定律可將K值表達(dá)式寫成： （112）由公式（112）可以看出，只要求得波速V1和V2則很容易得出K值。其中V1通?？梢愿鶕?jù)表層的直達(dá)波速度來確定，因此關(guān)鍵就是V2值的求取，為

7、此引出參數(shù)時(shí)距曲線方程：令 （113）對式（113）兩邊對x求導(dǎo)，可得： （114）式中和分別為上傾方向時(shí)距曲線S1和下傾方向時(shí)距曲線S2的斜率（即視速度V*的倒數(shù)）。根據(jù)公式： 和 因?yàn)槭峭瑯覱1O2內(nèi)觀測段，設(shè)上傾方向x為正，下傾方向x為負(fù)，則： 和 它們分別對x求導(dǎo)有如下形式： 和 （115）將（115）代入（114）式中，經(jīng)一些變換后可得： （116）于是可以求得波速V2為： （117）當(dāng)折射界面傾角小于15º時(shí)，可以近似的寫成 （118）因此只要根據(jù)（113）式在相遇時(shí)距曲線圖上構(gòu)置(x)曲線，并求取其斜率的倒數(shù)，則可以根據(jù)（113）式得出波速V2，進(jìn)而代入（112）式中求

8、得K值。知道了K值和各個(gè)觀測點(diǎn)的t0值后，可以根據(jù)（111）式計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的界面深度h。然后，以各觀測點(diǎn)為圓心，以其對應(yīng)的h為半徑畫弧，可以得出一系列的圓弧，作這些圓弧的包絡(luò)線即為折射界面的位置?；蛴?、和計(jì)算h和i，再用公式計(jì)算得到真深度h0。第二章 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法2.1 儀器設(shè)備儀器設(shè)備主要包括:     振源、檢波器、工程檢測儀、觸發(fā)開關(guān)、電源、大線等,具體布置見圖2-1。SWS-1A型多功能檢測儀就是陸地進(jìn)行折射波勘察的主要儀器設(shè)備之一，見圖2-2。 圖2-1 儀器設(shè)備布置折射波法振源類型：炸藥(或雷管)，重錘和墊板。 檢波器：豎向檢波器，其自振頻率

9、約為38HZ，所測地震波主頻率的20-25。一般折射波法的自振頻率較高。觸發(fā)開關(guān)：分為外觸發(fā)和內(nèi)觸發(fā)兩種。折射波勘察使用外觸發(fā)，用安置在震源附近觸發(fā)傳感器或檢波器進(jìn)行觸發(fā)。     圖2-3 SWS多功能檢測儀電源：可用12伏的直流電或12伏60安時(shí)的蓄電池。工程檢測儀：不同型號的檢測儀其功能不盡相同，但目前來看新型的檢測儀都具有如下的基本性能和功能： 性能好壞主要取決于A/D變換器和儲存器。AD 轉(zhuǎn)換器性能要求是轉(zhuǎn)換速率快，分辨率高（數(shù)字化輸出的位數(shù)高）和可靠性高。存儲器的主要要求是存儲速度快、存儲容量大。體積小和耗能小。 功能主要實(shí)現(xiàn)：（1

10、）多通道；（2）AD轉(zhuǎn)換；（3）記錄和顯示；（4）信號分析功能（軟件系統(tǒng)）； （5）打印和數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)。 2.2采用的觀測系統(tǒng)根據(jù)折射波場形成條件和特征，折射波觀測系統(tǒng)必須避開盲區(qū)，且要把接收部分盡量放到待測地層折射波區(qū)范圍。當(dāng)水平層狀介質(zhì)滿足折射條件的前提下，固定一個(gè)激發(fā)點(diǎn)，將排列沿測線由近及遠(yuǎn)進(jìn)行時(shí)距觀測，將得到由淺入深各層介質(zhì)的地震波信息。在地震記錄上可觀察到各層介質(zhì)折射波的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)， 從而判別層間干涉、波形置換特征。在時(shí)距曲線上將反映出各層介質(zhì)折射波運(yùn)動(dòng)學(xué)的空間分布規(guī)律及介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)。為了消除表層不均勻及界面起伏的影響，實(shí)驗(yàn)中我們采用相遇時(shí)距曲線觀測系統(tǒng)。相遇時(shí)距曲線觀測系統(tǒng)如

11、圖2-2所示，同一觀測地段分別在兩端O1 和O2 點(diǎn)激發(fā)，圖2-2 此觀測系統(tǒng)采集的地震記錄，可得兩支方向相反的時(shí)距相遇曲線S1和S2。AE段折射， O1 O2接收， EA段折射，O1O2接收。其優(yōu)點(diǎn)可彌補(bǔ)單一時(shí)距曲線的不足，可以從不同方向反映界面變化。本實(shí)驗(yàn)觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：檢波道數(shù)：24道采樣間隔：1ms采樣總數(shù)：1024偏移量：5m道間距：1m采樣長度：1024ms第三章 現(xiàn)場資料采集實(shí)驗(yàn)步驟：布置地震測線。測量確定測線起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，布設(shè)測線標(biāo)志，確定激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)標(biāo)志。：按測線起點(diǎn)方向，將檢測儀器放在適當(dāng)?shù)奈恢?，并尋找激發(fā)點(diǎn)和相應(yīng)的接收點(diǎn)。在激發(fā)點(diǎn)選擇合適的震源類型，并在激

12、發(fā)點(diǎn)附近布置觸發(fā)的傳感器或檢波器，將其與儀器連接，用于儀器記錄時(shí)觸發(fā)；在接收點(diǎn)排列方向上布置大線和檢波器，并將大線與儀器連接；實(shí)驗(yàn)我們主要采用錘擊震源，將振源和一組檢波器布置在一條直線上（縱測線），排列相對較長。：儀器系統(tǒng)通電后啟動(dòng)采集軟件，按觀測系統(tǒng)布設(shè)的參數(shù)設(shè)置各采集參數(shù)。檢波道數(shù)主要由有效傳播范圍和儀器通道數(shù)決定，實(shí)驗(yàn)中儀器采取24道接收，每道采樣數(shù)1024，采樣時(shí)間間隔由采樣定理確定，實(shí)驗(yàn)中我們采用時(shí)間間隔為0.500ms，道間距為2m，偏移距為6m。采樣排列長度為（24-1）*2=46m。：檢查激發(fā)、接收和儀器是否正常，還要注意周邊是否有人為震動(dòng)源，各部分正常，且無強(qiáng)烈的震動(dòng)源后，提

13、醒周邊人員注意，保持相對靜止，如果是炸藥震源讓他們盡快撤離危險(xiǎn)地帶或采取防護(hù)措施。保證安全無誤后，儀器操作員發(fā)出指令震源激振，儀器接收地震記錄。并檢查地震記錄的質(zhì)量。接收記錄滿足要求，可以保存；如不正常，及時(shí)查明原因，重新采集。 第四章 軟件說明和數(shù)據(jù)處理過程4.1 軟件功能數(shù)據(jù)主要采用的軟件有：(1)記錄編輯（Rcdedtv.exe）(2)記錄濾波和增益處理（Rcdprcv.exe）(3)噪音及干擾波切除（Mutnoiv.exe）(4)地震波拾取（Pktm.exe）軟件。記錄編輯（Rcdedtv.exe）可以對記錄進(jìn)行修飾和拼結(jié)，截短等，記錄濾波和增益處理（Rcdprcv.exe）可以對記錄

14、進(jìn)行頻譜分析，用不同的濾波類型進(jìn)行濾波處理，噪音及干擾波切除（Mutnoiv.exe）是對記錄上存在的觸發(fā)噪音，聲波，面波等干擾波進(jìn)行切除，突出有效波，以減小干擾波的影響。4.2 數(shù)據(jù)處理過程（一） 實(shí)驗(yàn)采集到的原始數(shù)據(jù)1、第一次激發(fā)波形圖D20.DAT2、第二次激發(fā)波形圖D13.DAT3、第三次激發(fā)波形圖D21.DAT4、第四次激發(fā)波形圖D33.DAT（二） 記錄編輯在系統(tǒng)主界面下選擇記錄編輯（Rcdedtv.exe）回車，即進(jìn)入“記錄編輯”主菜單Load(調(diào)入記錄)按地震記錄文件的驅(qū)動(dòng)器號、路徑和文件名輸入，回車確認(rèn)。選擇Modify record(記錄修飾處理)。1、D02切除后圖形2、

15、D13切除后圖形3、D21切除后圖形4、D33切除后圖形（三） 記錄濾波和增益處理進(jìn)入記錄濾波和增益處理（Rcdprcv.exe）功能后，主菜單顯示見圖選擇Spectrum做頻譜分析,進(jìn)入該功能后，在顯示當(dāng)前記錄的屏幕右上角出現(xiàn)子菜單，見圖。以 選擇子菜單中的各功能項(xiàng)，回車確認(rèn)。進(jìn)入Spectrum(譜分析)后在視頻右上角出現(xiàn)選用時(shí)間窗口的菜單，見圖。同時(shí)在視頻左上角第一道頂端有一時(shí)段標(biāo)。以 移動(dòng)光標(biāo)，、和PgUp、PgDn改變標(biāo)內(nèi)數(shù)值，與此同時(shí)左上角時(shí)段標(biāo)也隨之移動(dòng)，幫助觀察所選的道及時(shí)窗。確認(rèn)后按回車鍵，屏幕呈現(xiàn)頻譜圖形。在彩顯上，綠色為全道譜成分；淺藍(lán)色為時(shí)窗內(nèi)的譜成分。在該時(shí)窗下，進(jìn)行

16、譜分析。各數(shù)據(jù)各道頻譜分析見下圖：1、D02第一道頻譜分析2、D02第六道頻譜分析3、D02第二十四道頻譜分析4、D13第一道頻譜分析5、D13第六道頻譜分析6、D13第二十四道頻譜分析7、D21第一道頻譜分析8、D21第六道頻譜分析9、D21第二十四道頻譜分析10、D33第一道頻譜分析11、D33第六道頻譜分析12、D33第二十四道頻譜分析進(jìn)入Filtering(濾波)后在視頻右上角出現(xiàn)提示菜單，見圖，同時(shí)光標(biāo)在屏幕左上角第一道始端。按S鍵，向右移動(dòng)光標(biāo)至具有代表性的道上，回車，屏幕展示該道的頻譜圖，并在屏幕右上角顯示濾波開關(guān)及可以設(shè)置濾波類型及響應(yīng)參數(shù)的窗口。按、箭頭鍵可以改變?yōu)V波的關(guān)斷和濾波類型。濾波器選擇有4檔，我們選用的是Band pass filter帶通濾波進(jìn)行濾波。利用、箭頭移動(dòng)光標(biāo)選擇條目，利用、和PgUp、PgDn改變數(shù)值，以此確定濾波參數(shù)，在此過程中按F2鍵屏幕上的頻譜內(nèi)根據(jù)所確定參數(shù)適時(shí)顯示該道濾波后的頻譜和被壓制的譜成分，以此方便調(diào)整濾波參數(shù)的準(zhǔn)確性。確認(rèn)濾波參數(shù)后，回車即實(shí)現(xiàn)濾波操作，屏幕上顯示出濾波后的記錄面貌，同時(shí)右上角出現(xiàn)一個(gè)窗口，該窗口提示Enter鍵是顯示濾波前