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瑞雷波在岩溶勘查中的应用研究

杨威  
【摘要】:岩溶发育地区广泛存在的洞穴溶洞可以造成许多工程地质问题:如岩溶水的侵袭、影响地面构造物的稳定性、覆盖型土洞塌陷等,这些危害严重影响着工程的质量和施工安全,给人们带来巨大的经济损失,而我国又是一个岩溶非常发育的国家,像广西,云南,贵州等地都是以岩溶地貌为主,随着经济的发展,越来越多的工程项目建设在岩溶地区,为了避免因岩溶造成的损失,施工前的勘察工作就非常重要。 瑞雷波勘探是一种高效率,经济快速的地球物理勘探方法,已经在工程检测领域得到广泛的应用。但前人在对瑞雷波进行研究时,多采用的水平层状介质,这是一种理想化得模型,但岩溶地形显然不适合这种情况,这大大的限制了瑞雷波勘探的应用范围。因此对瑞雷波在岩溶地区的应用进行研究就十分的必要。 本文首先采用交错网格有限差分方法对瑞雷波进行正演模拟,在推导差分方程时,采用的是一阶速度-应力弹性波方程,并将应力对时间的导数用应力对空间的导数来代替,推导了在时间和空间上均可达到任意阶的差分格式。在频散曲线计算时,将S变换时频分析技术应用到面波谱分析中,大大提高了频散曲线的精度。 文章首先从瑞雷波在岩溶洞穴中传播的波场特征入手,主要考虑了溶洞的埋深和大小对面波传播的影响,从而设计了大小相同,埋深为8米和25米的模型,对其地震记录进行对比分析;然后又设计了相同埋深,宽度为5米和10米的两个模型,进行模拟,并分析波场快照及地震记录。 文章还对面波谱分析方法推断溶洞位置和埋深的方法进行了尝试,在确定溶洞水平位置时采用面波谱分析技术来增加面波勘察的横向分辨率,将一条测线上频散曲线异常出现和异常消失的位置作为溶洞在水平方向的位置;而溶洞埋深则采用相同频率在水平方向上速度趋于一致时频率的穿透深度来预测,达到了预期的效果。


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