管波探測(cè)法匯總

1、管波探測(cè)法偽瑞利波pseudo-Rayleighwave在地層橫波速度大于泥漿速度的情況下，從聲源以大于橫波臨界角射向井壁的那部分波，將在井壁發(fā)生全反射，并以錐形波的形式在井內(nèi)傳播，這部分波稱(chēng)為偽瑞利波。實(shí)際上它是泥漿中反射的錐形波與井壁上傳播的面波混合而成。在波列中它緊跟在橫波初至的后面。由于沒(méi)有能量折射到地層中，它的幅度比較大。瑞利波Rayleighwave是一種面波一種常見(jiàn)的界面彈性波，是沿半無(wú)限彈性介質(zhì)自由表面?zhèn)鞑サ钠癫āＳ蒐.瑞利于1887年首先指出其存在而得名。地震學(xué)中稱(chēng)其為R波或L波。在表層附近，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓；在離表面為0.2個(gè)波長(zhǎng)的深度以下，其運(yùn)動(dòng)軌跡仍為橢圓，但運(yùn)動(dòng)

2、方向與表層相反。在自由表面上，質(zhì)點(diǎn)沿表面法向的位移約為切向的1.5倍。瑞利波的波速與頻率無(wú)關(guān)，只與介質(zhì)的彈性常數(shù)有關(guān)，為同介質(zhì)中橫波波速的0.8620.955倍。在震中附近，不出現(xiàn)瑞利波。從震源射出的縱波在離震源距離為后才形成瑞利波。由震源射出的橫波在離震源距離為后才形成瑞利波。其中cR為瑞利波波速；h為震源深度；c1、c2分別為縱波和橫波波速。瑞利波沿二維自由表面擴(kuò)展，在距波源較遠(yuǎn)處，其摧毀力比沿空間各方向擴(kuò)展的縱波和橫波大得多，因而它是地震學(xué)中的主要研究對(duì)象。由地震震源發(fā)出的在地球介質(zhì)中傳播的彈性波。地震發(fā)生時(shí)，震源區(qū)的介質(zhì)發(fā)生急速的破裂和運(yùn)動(dòng)，這種擾動(dòng)構(gòu)成一個(gè)波源。由于地球介質(zhì)的連續(xù)性，

3、這種波動(dòng)就向地球內(nèi)部及表層各處傳播開(kāi)去，形成了連續(xù)介質(zhì)中的彈性波。地球介質(zhì)，包括表層的巖石和地球深部物質(zhì)，都不是完全彈性體，但因地球內(nèi)部有很高的壓力，地震波的傳播速度很大，波動(dòng)給介質(zhì)帶來(lái)的應(yīng)力和應(yīng)變是瞬時(shí)的，能量的消耗很小，因此可以近似地把地震波看作彈性波。從震源發(fā)出的波動(dòng)有兩種成分：一種代表介質(zhì)體積的漲縮，稱(chēng)為漲縮波，其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致，所以又稱(chēng)縱波。另一種成分代表介質(zhì)的變形，稱(chēng)為畸變波，其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向垂直，所以又稱(chēng)橫波?？v波的傳播速度較快，在遠(yuǎn)離震源的地方這兩種波動(dòng)就分開(kāi)，縱波先到，橫波次之。因此縱波又稱(chēng)P波，橫波又稱(chēng)S波。在沒(méi)有邊界的均勻無(wú)限介質(zhì)中，只能有P波和S波存

4、在，它們可以在三維空間中向任何方向傳播，所以叫做體波。但地球是有限的，有邊界的。在界面附近，體波衍生出另一種形式的波，它們只能沿著界面?zhèn)鞑?，只要離開(kāi)界面即很快衰減，這種波稱(chēng)為面波。面波有許多類(lèi)型，它們的傳播速度比體波慢，因此常比體波晚到，但振幅往往很大，振動(dòng)周期較長(zhǎng)。如果地震的震源較深，震級(jí)較小，則面波就不太發(fā)育。波速隨頻率或波長(zhǎng)而變化，這種現(xiàn)象叫做頻散。在完全彈性的平行層介質(zhì)中，由于各種類(lèi)型的波的疊加，在地表觀察到的面波頻散是幾何原因造成的。在地球內(nèi)部，由于介質(zhì)的不均勻性和非完全彈性，會(huì)導(dǎo)致體波的頻散，這是物理原因造成的。由于頻散，波形在傳播過(guò)程中會(huì)發(fā)生變化。例如在震源處發(fā)出的一個(gè)脈沖，在遠(yuǎn)

5、處就可以散成一個(gè)波列。管波探測(cè)法是在鉆孔中利用“管波”這種物理彈性波探測(cè)孔旁一定范圍內(nèi)的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質(zhì)體的，是具有自主產(chǎn)權(quán)的最新的孔中物探方法。物探資料顯示，當(dāng)流體和固體兩種介質(zhì)相互接觸時(shí)，流體的振動(dòng)會(huì)在兩種介質(zhì)的分界面附近產(chǎn)生沿界面?zhèn)鞑サ慕缑娌ǎQ(chēng)做廣義的瑞利波。在液體填充的孔內(nèi)及孔壁上廣義的瑞利波沿孔的軸向傳播，則稱(chēng)為管波。管波探測(cè)法正是利用管波的這種傳播特性對(duì)孔中樁位的巖溶等地質(zhì)體進(jìn)行探測(cè)。在石灰?guī)r地區(qū)，在施工勘察階段，當(dāng)采用大直徑嵌巖樁時(shí)，管波探測(cè)法可在樁位中的一個(gè)超前鉆孔中開(kāi)展工作，即可探明以鉆孔為中心、半徑為半波長(zhǎng)范圍內(nèi)的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質(zhì)體的發(fā)

6、育程度，探測(cè)范圍直徑在1.5米至2.5米之間。目前，我院運(yùn)用管波探測(cè)法已先后完成了多項(xiàng)重點(diǎn)工程的約800個(gè)樁位的探測(cè)情況。科技人員根據(jù)管波探測(cè)法解釋結(jié)果，在滿足嵌巖1倍樁徑、樁底以下樁徑的3倍并不小于5米范圍內(nèi)無(wú)溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質(zhì)體的條件下確定樁端深度?；鶚豆こ掏旯ず?，經(jīng)按有關(guān)規(guī)范抽檢，從未發(fā)現(xiàn)樁底及樁底以下存在溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等缺陷，從而也有力地證實(shí)了管波探測(cè)法的可靠程度。與一樁多孔(鉆探)或“跨孔CT”等方法相比，管波探測(cè)法具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，它同時(shí)有易解釋、精度高、異常明顯、分辨能力強(qiáng)、工期短、儀器設(shè)備投資少、探測(cè)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。利用該技術(shù)在復(fù)雜的巖溶發(fā)育地區(qū)

7、進(jìn)行樁基勘察，其存在的樁底溶洞、半邊嵌巖等風(fēng)險(xiǎn)將大為減少。最近，在一次全國(guó)性的物探界的學(xué)術(shù)交流會(huì)上，該成果亦引起了與會(huì)專(zhuān)家學(xué)者的極大興趣和廣泛關(guān)注。管波探測(cè)法專(zhuān)題-適應(yīng)性和可靠性一、適用范圍一一樁位巖溶勘察我省乃至全國(guó)灰?guī)r分布較廣，由于巖面埋深較淺，土層較軟弱并且存在土洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象，在這些地區(qū)進(jìn)行工程項(xiàng)目建設(shè)，常采用嵌巖樁的基礎(chǔ)形式。在石灰?guī)r基巖中，巖溶發(fā)育，存在溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質(zhì)體。根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001)，在施工勘察階段，當(dāng)采用大直徑嵌巖樁時(shí)，應(yīng)對(duì)樁位進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的樁基勘察，勘察點(diǎn)應(yīng)逐樁布置，勘探的深度應(yīng)不小于樁底以下樁徑的3倍并不小于5m。管波探測(cè)

8、法是利用一勘察鉆孔，通過(guò)在孔液中產(chǎn)生管波，并接收記錄其經(jīng)過(guò)孔液和孔旁巖土體傳播的振動(dòng)波形，來(lái)探測(cè)孔旁一定范圍內(nèi)的巖溶、軟弱夾層及裂隙帶的發(fā)育分布情況，達(dá)到查明建（構(gòu)）筑物基樁樁體范圍內(nèi)的地質(zhì)情況和評(píng)價(jià)嵌巖樁基樁持力層的完整性，指導(dǎo)基樁設(shè)計(jì)和施工工作的目的。其有探測(cè)半徑可達(dá)2.0m。管波實(shí)際探測(cè)孔旁洞穴大小的分辨率達(dá)0.3米；垂向探測(cè)精度高，可滿足工程勘察需求。工程實(shí)測(cè)和模型試驗(yàn)重復(fù)對(duì)比觀測(cè)結(jié)果表明，管波探測(cè)資料重現(xiàn)性好，異常的地質(zhì)解釋識(shí)別標(biāo)志明顯，模型試驗(yàn)結(jié)果表明，有洞則有管波異常，工程實(shí)測(cè)結(jié)果與鉆探驗(yàn)證結(jié)果表明，異常的地質(zhì)解釋與實(shí)際地質(zhì)情況一致，基樁施工和抽芯檢驗(yàn)結(jié)果表明，管波探測(cè)法探測(cè)結(jié)果

9、可靠。.模型試驗(yàn)管波探測(cè)法應(yīng)用研究項(xiàng)目選擇在較完整的花崗巖中建立充水洞穴模型，模擬灰?guī)r中的溶洞，使探測(cè)的巖體條件具有唯一性。洞穴模型建立前、后的管波測(cè)試表明，孔旁一定距離無(wú)洞則無(wú)管波異常，有洞則有管波異常，表明管波探測(cè)方法對(duì)探測(cè)孔旁洞穴有效。.工程實(shí)例管波探測(cè)法自提出以來(lái)，完成的工程主要有：.廣清高速公路與環(huán)城高速公路連接線工程，由廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院委托，共完成51個(gè)樁位。.佛山市和順至北滘公路主干線工程DS17標(biāo)段和順南立交橋工程，由上海市政工程設(shè)計(jì)研究院委托，共完成188個(gè)樁位。.佛山市獅山至和順公路主干線工程桂和互通立交、里和互通立交工程，由天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院委托，共完成約9

10、6個(gè)樁位。.佛山市和順至北滘公路主干線工程DS13、DS15、DS16、DS17標(biāo)段，由廣東省佛山市路橋工程總公司委托，共完成約480個(gè)樁位。.佛山市三水二橋，由廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院委托，共完成30個(gè)樁位。.佛山市南海區(qū)江廈立交至東西二線段加寬改造工程雅瑤橋、大沖橋工程，由佛山市南海區(qū)道路建設(shè)管理處委托，共完成約280個(gè)樁位。.佛山市和順棠溪至料美公路主干線勘察第HLK-0103合同段工程，由佛山市南海區(qū)道路建設(shè)管理處委托，共完成約250個(gè)樁位。.廣州市軌道交通五號(hào)線滘口大坦沙石灰?guī)r分布范圍高架橋工程，由廣州市地下鐵道總公司委托，共完成約188個(gè)樁位。.廣州市軌道交通六號(hào)線潯峰崗河沙石灰?guī)r

11、分布范圍高架橋工程，由廣州市地下鐵道總公司委托，共完成約251個(gè)樁位?；鶚豆こ掏旯ず?，100%采用低應(yīng)變反射波法及10%采用鉆芯法檢測(cè)基樁，從未發(fā)現(xiàn)樁底及樁底以下存在溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等缺陷。根據(jù)我們收集到的基樁施工記錄、基樁的抽芯檢驗(yàn)及委托的用戶意見(jiàn)來(lái)看，管波探測(cè)法對(duì)巖溶的探測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)98%,深度誤差在0.3m以內(nèi)，委托單位均認(rèn)為管波探測(cè)法是一種很有效的探測(cè)手段，可查明灰?guī)r地區(qū)嵌巖樁位范圍內(nèi)巖溶的發(fā)育分布情況，為樁基的設(shè)計(jì)和施工提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。3.探測(cè)結(jié)果驗(yàn)證我們于2004年8月，受天津市市政設(shè)計(jì)研究院的委托，對(duì)佛山市獅山至和順公路主干線工程桂和里和互通立交進(jìn)行了96個(gè)樁位的管波探

12、測(cè)工作，并對(duì)其中ZK-Y29和ZK-Y34二個(gè)樁位的管波探測(cè)成果進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證。樁位鉆探、管波探測(cè)及鉆探驗(yàn)證結(jié)果如圖1所示。版%H*|北,密白鼻熱，iniaelhlTa武*!*此胃觸JBM-朋YJ一埠版%H*|北,密白鼻熱，iniaelhlTa武*!*此胃觸JBM-朋YJ一埠m.，陽(yáng)定至最外力/R=瞥jrLWRSHim3酒口北口電，通NL辦I1r海心HIT趾I-口tWMLg瓶沖卻工扎中。&上更乩否%，。血I#犯手的-EoytG：-時(shí)確或，1事上?HLT畫(huà)租艷一砒祖百謂：詼*EK方可*彳I明次仙工將宅門(mén)口同曲帽狀星置衷巾T向5HW0互而比M1L甲9羌里口岸,至競(jìng)?cè)敬酪?i望夏Is塞i:=1三

13、trruv加町ie/出ZK-Y29樁位鉆孔資料表明，微風(fēng)化基巖（灰?guī)r）面高程為-17.28m,以下無(wú)溶洞，為完整基巖。進(jìn)行管波探測(cè)后，管波探測(cè)法解釋在-17.6-19.74m高程段為巖溶發(fā)育段，-19.74m以下才是完整基巖段。一堂=1=一一一畫(huà)悶_用所而WW耀所!%m.E菖國(guó)m.65口區(qū)和65毋（相一堂=1=一一一出了里三斷門(mén)撕曲紜噩漸露1喟迪，在閱打此三眼市昱7vH-1.V34-2.V3ld7副t瓜IFli3行七工檔砌穌輒但融.EDF審I中*vx.iftULSSF.聲秋圖，曾CW*i際神電I魚(yú)毛酬咻甲ZK-Y34樁位鉆孔資料表明，微風(fēng)化基巖（灰?guī)r）面高程為-33.36m,以下無(wú)溶洞，為完整

14、基巖。進(jìn)行管波探測(cè)后，管波探測(cè)法解釋在-32.8一33.5m高程段為巖溶發(fā)育段，一33.5以下為完整基巖段。為了驗(yàn)證管波探測(cè)法的有效性，分別在ZK-Y29和ZK-Y34孔四周各布置四個(gè)鉆探驗(yàn)證孔（共八個(gè)），鉆探驗(yàn)證孔均距離原測(cè)試孔0.7m,以驗(yàn)證：管波探測(cè)法解釋的巖溶發(fā)育段是否存在；解釋的完整基巖段是否完整。在ZK-Y29探測(cè)孔的四個(gè)驗(yàn)證孔（編號(hào)為ZK-Y29-1ZK-Y294）中，ZK-Y29-3在高程-18.55-19.66m發(fā)現(xiàn)一處溶洞，四個(gè)驗(yàn)證孔的基巖面高程分別為-17.73、-20.02、-17.53、-16.93m1,除ZK-Y293外，其余孔基巖面以下巖石完整，ZK-Y293孔在

15、高程-19.66m以下巖石完整。從ZK-Y292孔基巖面以上存在大于2m的卵礫石溶洞充填物分析，ZK-Y29樁位鉆孔旁存在一開(kāi)口型溶洞，其高程為-17.73-20.02m,高程-20.02m以下巖石完整。這與管波探測(cè)法解釋的高程-17.6-19.74m為巖溶發(fā)育段，高程-19.74m以下為完整基巖段吻合，高程誤差小于0.3m。在ZK-Y34探測(cè)孔的四個(gè)驗(yàn)證孔（編號(hào)為ZK-Y341ZK-Y344）中，ZK-Y342在高程-27.60-33.55m發(fā)現(xiàn)一處溶洞，四個(gè)驗(yàn)證孔的基巖面高程分另U為-32.85、-26.70、-32.05、-31.70m1,除ZK-Y342外，其余孔基巖面以下巖石完整，Z

16、K-Y342孔在高程-33.55m以下巖石完整。分析這四個(gè)驗(yàn)證孔的地質(zhì)資料，我們認(rèn)為ZK-Y342孔在高程-26.7-27.60的灰?guī)r為一殘留巖塊或“鷹嘴”，ZK-Y34樁位鉆孔旁存在一開(kāi)口型溶洞，其高程為-32.85-33.55m,高程-33.55m以下巖石完整。這與管波探測(cè)法解釋的高程-32.8-33.5m為巖溶發(fā)育段，高程-33.5m以下為完整基巖段吻合，高程誤差小于0.1m。通過(guò)驗(yàn)證孔揭露的地質(zhì)情況，可得到如下結(jié)論：.管波解釋的完整基巖段在驗(yàn)證孔中均是完整的，管波解釋的完整基巖段是可信的；.管波解釋的巖溶發(fā)育段的確存在，管波探測(cè)法的確可探測(cè)到測(cè)試孔外一定范圍內(nèi)的巖溶。管波探測(cè)法專(zhuān)題-方

17、法的優(yōu)勢(shì)巖溶發(fā)育在宏觀上具有規(guī)律性，但在樁位范圍的局部區(qū)域，巖溶形態(tài)、延伸及分布缺乏規(guī)律，在石灰?guī)r場(chǎng)地進(jìn)行勘察，巖溶是勘察的棘手問(wèn)題。通常采用工程物探作為輔助勘察手段。工程物探可劃分為地面物探和孔中物探。地面物探可查明場(chǎng)地土洞和巖溶發(fā)育在宏觀上規(guī)律性，但由于受其精度及準(zhǔn)確性的限制，難以滿足樁位勘察的要求?？字形锾揭部煞譃榭缈追ê蛦慰追ā，F(xiàn)時(shí)的跨孔物探方法主要有跨孔地震測(cè)井（縱波或橫波）、跨孔透射（如地震波、電磁波等）、跨孔層析成像（CT）（如彈性波CT、電磁波CT、電阻率CT等）。由于跨孔法需要鄰近鉆孔的配合，勘察成本高、工期長(zhǎng)，不常用于樁位勘察中。現(xiàn)時(shí)的單孔物探方法主要有彈性波測(cè)井（如PS測(cè)

18、井、聲波測(cè)井、超聲波）、放射性測(cè)井（如Y測(cè)井、YY測(cè)井、中子測(cè)井等和能譜測(cè)井等）、電測(cè)井（如電阻率測(cè)井等）、孔中電視、電磁測(cè)井（如孔中雷達(dá)）。除孔中雷達(dá)外，其他單孔物探方法的作用主要是獲取孔壁巖土的物理參數(shù)、輔助鉆探進(jìn)行地質(zhì)分析，孔中雷達(dá)可探測(cè)到孔旁目的體的分布情況，但由于孔中雷達(dá)設(shè)備的價(jià)格昂貴，依賴進(jìn)口，且采集得到的雷達(dá)圖像中包含較多與目的物無(wú)關(guān)的反射（假異常），容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的地質(zhì)解釋結(jié)果，因而難以用于樁位勘察中。目前，工程上一般采用一樁一孔或一樁多孔鉆探方式進(jìn)行樁位勘察，一樁一孔鉆探往往會(huì)遺漏孔旁的巖溶，一樁多孔鉆探勘察成本高，工期長(zhǎng)。我們發(fā)明的孔中工程物探新方法一一管波探測(cè)法，適用于樁位

19、勘察。管波探測(cè)法具有以下特點(diǎn)：.管波具有能量強(qiáng)、衰減慢、傳播速度與孔旁圍巖切剪波速度密切相關(guān)等特點(diǎn)，由孔旁巖溶、軟弱夾層及裂隙帶引起的管波異常易于識(shí)別，異常的地質(zhì)解釋具有唯一性，勘察成果可靠性高；.探測(cè)孔旁洞穴大小的分辨能力強(qiáng)，垂向探測(cè)精度高;.對(duì)勘察儀器設(shè)備的技術(shù)要求低，勘察設(shè)備投資少；.施工工期短，成本低；以下為管波探測(cè)法與通常的樁位勘察方法之間的對(duì)比：方需要勘勘優(yōu)勢(shì)缺陷法鉆孔察察數(shù)費(fèi)工用期無(wú)法探明孔旁（樁樁1低短工期短、費(fèi)用低位）巖溶、樁側(cè)臨空面孔眼見(jiàn)為實(shí)，可探明基、六六樁范圍內(nèi)的溶洞、溶蝕難于探明樁側(cè)臨土35乂乂裂隙、軟弱層等地質(zhì)情空面。工期長(zhǎng)、費(fèi)多高長(zhǎng)況，可評(píng)價(jià)基樁持力層用高孔的完整

20、性可詳細(xì)探明樁位、樁側(cè)跨巖溶、基巖面起伏、臨孔35高長(zhǎng)空面等地質(zhì)情況，可評(píng)工期長(zhǎng)、費(fèi)用高CT價(jià)基樁持力層的完整性，精度高地質(zhì)解釋結(jié)果可孔、可調(diào)查樁位的不良地靠性低，不適宜評(píng)1較較質(zhì)體，工期較短、費(fèi)用價(jià)基樁持力層的雷低短較低完整性，不能分析達(dá)不良地質(zhì)體平面上的方位可探明基樁范圍內(nèi)的不能探明基樁范管溶洞、溶蝕裂隙、軟弱圍外的不良地質(zhì)波較較層等地質(zhì)情況，可評(píng)價(jià)體、臨空面，不能探1低短基樁持力層的完整性。分析溶洞距探測(cè)測(cè)工期較短、費(fèi)用較低、孔的距離及平面法精度高上的方位管波探測(cè)法專(zhuān)題-探測(cè)原理根據(jù)彈性波理論，在彈性介質(zhì)中傳播的震動(dòng)，按傳播空間可分為體波和界面波。體波可分為壓縮波和剪切波，體波在無(wú)限空間

21、中傳播。界面波包括瑞利波、斯通萊波、勒夫波等，界面波在波阻抗界面附近傳播。當(dāng)相互接觸的兩種介質(zhì)一種是流體另一種是固體時(shí)，流體的振動(dòng)會(huì)在兩種介質(zhì)的分界面附近產(chǎn)生沿界面?zhèn)鞑サ慕缑娌?，稱(chēng)做廣義的瑞利波(Rayleighwaves)。在液體填充的孔內(nèi)及孔壁上，廣義的瑞利波沿孔的軸向傳播，稱(chēng)作管波(Tubewaves)。常見(jiàn)的管波有兩種類(lèi)型，一種是斯通萊波(Stoneleywaves)，沿孔壁傳播，并在圍巖中呈指數(shù)衰減；另外一種是準(zhǔn)瑞利波(又稱(chēng)為偽瑞利波），它是一種導(dǎo)波，大部分能量集中在流體內(nèi)，在圍巖中也呈指數(shù)衰減。這兩種波都有波散特性，相速度隨頻率的不同而變化。在橫波波速高于流體縱波波速的介質(zhì)（高速介

22、質(zhì)）中，斯通萊波有輕微的波散現(xiàn)象。在低頻端，相速度和群速度都接近孔內(nèi)流體的縱波波速的0.9倍。在高頻端，斯通萊波的波速趨于圍巖中的橫波速度。準(zhǔn)瑞利波具有明顯的波散特性，并有一個(gè)最低頻率，低于該頻率的準(zhǔn)瑞利波不存在，在該頻率處其速度等于圍巖的橫波速度Vsr。在充填液體的硬質(zhì)巖石鉆孔中，這個(gè)最低頻率約為10kHz。因而準(zhǔn)瑞利波具有低截特性。在高頻端，準(zhǔn)瑞利波的波速趨于圍巖中的橫波速度?？字辛黧w的任何振動(dòng)，幾乎都能產(chǎn)生管波（斯通萊波及是準(zhǔn)瑞利波），管波的初始頻率和管波源的頻率相同。兩種類(lèi)型管波均沿鉆孔的軸向傳播，都具有前推式的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡，在軸向切面內(nèi)是一系列橢圓。質(zhì)點(diǎn)位移的徑向分量在鉆孔中心是0，

23、在孔壁處，徑向位移達(dá)到最大值，在孔壁以外的圍巖中隨著離開(kāi)孔壁的距離按指數(shù)規(guī)律減小。質(zhì)點(diǎn)位移的軸向分量在流體中相對(duì)來(lái)說(shuō)是一常數(shù)，在孔壁上發(fā)生間斷，振幅下降了幾百倍，在孔壁以外的圍巖中亦隨著離開(kāi)孔壁的距離按指數(shù)規(guī)律減小。圖2為斯通萊波傳播過(guò)程中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡及幅度的示意圖。.，二酬二不：limy邱：旗.W.二仃，飛.，晶，穹.，YK圖3斯通萊波囹幽程中質(zhì)點(diǎn)的闔迤及靠幅度由于孔內(nèi)流體吸收作用很小，管波頻率和幅度變化緩慢，所以，盡管經(jīng)過(guò)了一定距離的傳播，管波能量依然很強(qiáng)，管波的頻譜與管波源的頻譜基本一致。和其它類(lèi)型的波動(dòng)一樣，在傳播方向遇到波阻抗差異界面時(shí)，管波也會(huì)發(fā)生反射。在鉆孔孔液和孔壁外一定范圍

24、內(nèi)，發(fā)生反射的波阻抗界面有：a、孔徑變化處；0液面處；c、孔底；d、孔壁波阻抗差異界面。以往對(duì)界面波的研究表明，界面波的能量集中在界面以外半波長(zhǎng)的范圍內(nèi)。實(shí)測(cè)資料表明，管波的探測(cè)范圍亦可以用管波的半波長(zhǎng)確定，管波的探測(cè)范圍為以鉆孔中心為軸心，管波的半波長(zhǎng)為半徑的圓柱狀區(qū)域。管波的傳播速度極為穩(wěn)定，可通過(guò)改變管波源的頻率來(lái)改變管波的探測(cè)范圍。從管波的傳播機(jī)理可以得出：a、管波在孔液和孔壁以外一定范圍內(nèi)沿鉆孔軸向傳播，除在孔徑變化、孔底和孔液表面處產(chǎn)生反射外，在管波的有效探測(cè)范圍內(nèi)的任何波阻抗變化都會(huì)產(chǎn)生反射。在鉆孔周?chē)膱A柱狀空間，這種波阻抗的變化必定是由于鉆孔旁側(cè)的巖性差異及土洞、溶洞、軟弱夾層等不良地質(zhì)體的存在造成的。因而可通過(guò)分析反射管波來(lái)確定鉆孔旁側(cè)是否存在巖性差異及不良地質(zhì)體。b管波在孔液和孔壁以外一定范圍內(nèi)沿鉆孔軸向傳播，可把孔液和孔壁以外一定范圍內(nèi)的巖土層等效成一維桿件，管波在等效的一維桿件中沿軸向傳播。其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程可大為簡(jiǎn)化，解釋方法更為簡(jiǎn)單。與一維桿件中沿軸向傳播的振動(dòng)的區(qū)別在于，一般認(rèn)為，在一維桿件中沿軸向傳播的振動(dòng)在相同的桿件橫截面上，振動(dòng)的能流密度處處相等。而管波傳播的等效一維桿件中，振動(dòng)的能流密度是不相等的，距鉆孔近的區(qū)域能流密度大，遠(yuǎn)離鉆