工程地球物理探测练习题.doc

《工程地球物理探测》总复习题
1. 试述瑞雷波法的基本原理
答：瑞雷波沿地面表层传播，其穿透深度约等于一个波长，通过改变频率
可以改变波长，因此，同一频率的瑞雷波的传播特性反映了岩土介质沿水平方
向的变化情况，不同频率的瑞雷波传播特性反映了岩土介质沿不同深度的变化
情况。

2. 填空：瑞雷波是存在于介质与大气接触的自由面附近的面波，其质点振动轨迹是沿垂直面相对传播方向做逆进转动的椭圆。
3. 纵测线是炮点和接收排列在一条直线上的地震勘探测线。

4. 名词解释：
跨孔法：答：在两个以上钻孔中测定P 波和S 波速度的方法。
观测系统：答：炮点与接收排列间的相对位置关系
临界角：答：与透射角为90度时相对应的入射角。
透射波垂直时距曲线：答：表示透射波传播时间与观测深度间关系的曲线。

5. 什么叫地震波的振动图？什么叫地震波的波剖面？
答： 振动图：在某一确定的距离，质点位移随时间的变化规律图形。
波剖面：在某一确定的时刻，沿波传播方向各质点的位移状态图形。

6. 简述惠更斯-菲涅尔原理？
答：惠更斯认为任意时刻波前面上的每一个点都可以看作是一个新的点源，由它产生二次扰动，形成元波前，而以后（下一个时刻的）新波前的位置可以认为是该时刻各元波前的包络；菲涅尔对惠更斯原理进行了补充，认为由波前面各点所形成的新扰动（二次扰动）都可以传播到空间任一点，形成互相干涉的叠加振动。

7. 何谓真速度，何谓视速度？二者的关系如何？
答：沿射线传播的速度是真速度，沿测线方向传播的速度是视速度。视速度与真速度之间的关系称视速度定理，如下式：v*=v/cosa 其中v*是视速度，v 是真速度，a 是射线与地面法线间的夹角。

8. 影响地震波振幅有哪些因素？分别讨论之？
答：
（1）几何扩散：地震波能量（振幅）随传播距离而衰减；
（2）吸收衰减：吸收衰减即大地滤波作用，滤去较高频率成分，保留较低频率成分，滤波后的子波延续时间加长，频率降低，振幅减小；
（3）地震波的透射损失：入射波每穿过一个弹性界面，能量要损失一部分，地震波透过n-1个界面后的由第n 个界面反射回到地面的振幅An 为：

表示入射波振幅。

9. 影响地震波传播速度的因素有哪些？
答：除具有不同岩石成分和结构的岩性外，主要还与岩石的密度、孔隙度、孔隙充填物、地质年代、埋藏深度等因素有关。

10. 工程地震勘探的地震地质条件指的是哪几个方面？
答：疏松覆盖层、潜水面和含水层、地质剖面的均匀性、地震界面和地质界面的差异、“地震标志层”的确定。

11. 界面的波阻抗不相等时一定能产生折射波吗？为什么？
答：不一定。因为产生折射波的是：(1)下覆地层速度要大于上覆地层速度；（2）入射角必须大于等于临界角。

12. 什么叫正常时差？
答：任一观测点P 的反射波旅行时t和同一反射界面的双程垂直时间t0的差，定义为正常时差Dt。正常时差是由于非零炮检距而引起的时间延迟。

13. 反射波中的干扰波有哪几种？
答：1．规则干扰波
规则干扰波主要有：声波、面波、工业电干扰、多次反射波、侧面波以及绕射波等。其主要特点为在时间或空间上表现出一定的规律性，能量一般较强。与有效波的差异主要表现在频率、视速度和到达时间三个方面，并且大部分干扰主要表现出视速度和到达时间二个方面与有效波存在差异
2．不规则干扰波
它主要包括微震（即与激发震源无关的地面扰动），低频和高频背景等。其主要特点是在时间和空间上表现出无规律性，即是一种随机的能量较强、频率不定的干扰

14. 什么叫动校正？它有什么用途？
答：对正常时差的校正称为动校正，它的作用是消除因为非零炮检距而引起的时间延迟（正常时差）及表层不均匀引起的时间差异，因为这些差异会影响反射同相轴的形状与地下构造形态的一致性。

15. 名词解释
1）横波
答：质点振动方向与波传播的方向垂直的波，是剪切形变在介质中的传递。
2）瑞雷波
答：沿地面传播的面波，传播中质点振动在一个与界面垂直的平面内，且相对于波的传播方向做椭圆递进。
3）波阻抗
答：地震波速度V 与介质密度r 的乘积。
4）时距曲线
答：表示炮检距与地震波旅行时间关系的曲线。

16. 请分别就两层及多层地震剖面情况，说明某一地震界面上形成折射波的
条件是什么？
答：对两层地震剖面，地震界面下岩的地震波速度应大于界面上层岩石的波速，对每层地震剖面，某地震界面下岩石的地震波速度应大于界面上所有各层岩石的波速。

17. 名词解释
1） 地球物理异常：组成地壳的不同岩土介质往往在密度、弹性、电性、磁性、放射性及导热性等方面存在差异，这些差异将会引起相应的地球物理场在空间(或时间)上的局部变化，这种变化称为地球物理异常。
2）地震子波：具有确定起始时间和有限能量、在很短时间内衰减的一个信号。
3）有效波与干扰波：有效波：在地震仪接收到的所有振动中，能解决某一特定地质问题的波称为有效波或信号；干扰波：一切妨碍分辨有效波的其他波称为干扰波。
4）地震测井：井口附近激发，井中不同深度上接收透射波或反之的地震工作称为地震测井。

18. 应用物探方法解决地质问题的前提条件是什么？
【答案】
（1）探测对象与周围岩石间必须具有明显的、可以探测到的物理性质上的差异；
（2）探测对象要有一定的规模，且埋藏不太深，足以产生仪器可以发现和圈定的的地球物理异常；
（3）各种干扰因素产生的干扰场相对于异常应足够微弱，或具有不同的特征，以便能够予以分辨或消除。
（3）测线布置应尽可能远离非地震干扰源。

19. 反射波法测桩的基本原理是什么？
(一)反射系数与透射系数
假定桩身材料是均质各向同性的，并遵循虎克定律，桩的截面积保持为平面，而每个截面上应力的分布是均匀的，由于桩波阻抗远大于桩周土的波阻抗，可忽略桩周土的约束。当在柱头上激震时，桩头产生应力波，应力波沿桩身向下传播，在波阻抗分界处产生反射与透射。根据弹性波在弹性分界面处位移和应力连续的平衡条件，可以导出位移波和应力波在基桩性质突变处 (波阻抗分界面处)的反射和透射关系。设A1、r1、v1及A2、r2、v2分别代表桩身及基桩性质突变面处的截面积，弹性体密度及波速，并设突变面上的人射波为ua，反射波为ub，透射波为uc，则位移波的反射系数为

上式中Arv的乘积称为广义波阻抗。
(二)桩身缺陷判别的主要依据
由式 (6.1.1)可看出，有波阻抗差异的界面处或桩截面变化地方将会产生波的反射现象。利用波阻抗差异，可判断桩身的缺陷。 当桩身截面积不变 (A1=A2)，有波阻抗界面。若r2v2 <r1v1，为摩擦桩或离析段的上界面，这时Ru>0，即反射波与人射波相位相同。如r2v2>r1v1为端承桩或离析段下界面，这时Ru<0，即反射波与人射波相位相反。
如果仅是桩身截面积发生变化，这时r2v2=r1v1,当A2>A1时为扩径桩，则Ru<0,反射波与人射波相位相反。当A2<A1时，为缩径桩，则Ru>0，反射波与人射波相位相同。
利用反射波的历时、波形和相位，即可判断桩身缺陷部位和性质。

20. 画图并说明折射波相遇时距曲线的t0解释方法。
如下图所示，设由爆炸点01和02激发，得到两支折射波时距曲线S1和S2。对应于点S可得到折射波旅行时间t1 和t2

则互换时间T为：
（6.11）

图折射波资料解释图
当折射界面的曲率半径比埋深大很多时，可以把三角形DSBC近似看成是等腰三角形。自接收点S作BC的垂直平分线SM，得SM=h。为求取h值：令
（6.12）
由于：
（6.13）
式中i是临界角，v1是覆盖层速度，v2是折射界面的界面速度，将 (6.13)式代入(6.12)中得：
（6.14）
（6.15）
（6.16）

1）求t0(x)曲线
对于t0 随x变化，可作t0(x)曲线。
根据（6.12）式可知 t0=t1-Dt (6.17)
用卡规在时距曲线S2 上量出Dt线段的长度，然后再从S1曲线上向下量取Dt值，即可确定出对应S点的t0值。对其它点同样可求出t0值，连接这些点，得t0(x)曲线。
2）求k值
在t0 、v1 已知情况下，作差数时距曲线q(x)，令
（6.18）
对于S点，只要在S1曲线上向上量取Dt值，则得该点的q值，同理求取其他测点的q值，连接这些点，得q(x)曲线。q(x)曲线是一条斜直线。在q(x)公式中，T为常量，q(x)曲线只与t1和t2的时差有关，所以称q(x)曲线为差数时距曲线。
差数时距曲线的斜率为：
（6.19）
因为
（6.20）
分别为上倾方向和下倾方向的视速度
由于S2是反向接收的时距曲线，应取负值, 所以式中的为负值。将（6.20）式其代入（6.19）式有，
（6.21）
根据界面速度和视速度之间的关系,

式中为界面的倾角，则
（6.22）
最后可得计算界面速度的公式
（6.23）
当折射界面倾角不大时，cosj»1，这时界面速度为
（6.24）
求得值后，就可求取k值。
3)折射界面的绘制
对测线上任一点求出t0与k值，就可求得h值，然后以S点为圆心，以h为半径作圆弧。对多个测点作出一系列圆弧，它们的公切线就是折射界面的位置。

21. 填空题
（1） 地震勘探主要是研究人工激发的地震波在浅层岩、土介质中的传播规律。其传播的动态特征集中反映在两个方面，一是波传播的时间与空间的关系，称为 特征；另一是波传播中其振幅、频率、相位等的变化规律，称为 特征。
（2） 地震子波的延续时间长度同它的频谱的频带宽度成 （填正比或反比）。它与地震勘探的分辨率有关，延续时间长度越短，分辨率越 （填高或低）。
（3） 费马原理是指： 。
（4） 常见的基桩质量缺陷有： 、 、 和 。
（5） 折射波产生条件是指 。
（6） 跨孔法可以用来测量钻孔之间岩体纵、横波传播速度、 及 等。
（7） 按照介质质点运动的特点和波的传播规律，地震波常可分为两类，即 和 。他们又可以分为纵波、横波、瑞雷面波等，根据他们在介质中传播的速度来看，在离震源较远的观测点处应该接收到一地震波列，三者到达的先后次序是 、 、 和 。
（8） 地震勘探中的规则干扰波主要有 、 、工业电干扰、 、侧面波以及 等。
【答案】
（1） 运动学、动力学
（2） 反比、高
（3） 地震波沿射线传播的旅行时和沿其他任何路径传播的旅行时相比为最小
（4） 断桩、离析、扩径、缩径
（5） 下伏介质速度大于上覆介质速度
（6） 弹性模量、衰减系数
（7） 体波、面波、纵波、横波、瑞雷面波
（8） 声波、面波、多次反射波、绕射波

22. 简述地震子波的概念，其基本属性是什么？
【答案】由震源出发、经地下传播并被人们在地面或井中接收的地震波通常是一个短的脉冲振动，应用信号分析领域中的广义术语，称该振动为地震子波。它可以被理解为有确定起始时间和有限能量、在很短时间内衰减的一个信号。地震子波振动的一个基本属性是振动的非周期性；另一属性是它具有确定的起始时间和有限的能量。

23. 简述单一界面反射波时距曲线的特点。
【答案】
（1） 反射波时距曲线在x-t 坐标系是双曲线，其极小点在炮点正上方；
（2）在x2-t2坐标系是直线，直线的斜率为1/v2, 利用直线的 斜率可求界面上方介质的速度v1；
（3）反射波时距曲线以直达波时距曲线为其渐近线。
（4）当2h>>x时，正常时差可近似表示为：

以下各题见大家的作业
24. 平面波法线入射时波的传播具有那些特点？
25. 瑞雷面波的传播特点是什么？
26. 解释地震分辨率的概念。
27. 解释偏移距和炮检距的概念。
28. 阐述第一菲涅耳带的特性。
29. 阐述折射波形成的条件及形成过程。
30. 什么叫静校正？它有哪几种？
31. 直达波时距曲线具有那些特点？
32. 设地下有任一水平折射层，其深度为h ，下伏介质速度V2大于上覆介质波速V1（如下图所示），
①试推导出单一水平层反射波和折射波时距曲线方程；
②在图上画出其时距曲线
③阐述两种时距曲线的特点。

答：（1）A.单一水平层反射波时距曲线方程：
设地面上的任意反射点距激发点的距离为x，则有

上式即反射波时距方程，是一个关于X的二次方程，化简得

其中表示波沿界面法线传播的双程旅行时间，也叫回声时间或自激自收时间。
B. 单一水平折射层的时距曲线方程：
地下有任一水平折射层，其深度为h ，下伏介质速度V2大于上覆介质波速V1，波以临界角i投射到界面A点，滑行距离AB后，在B点以i角出射到S点，路程为OA+AB+BS

从图中几何关系得

所以

由于

因此
（2-3）
上式即二层介质的折射波时距曲线方程。

（2）

3）反射波时距曲线特点：
a) 反射波时距曲线在x-t 坐标系是双曲线，其极小点在炮点正上方；
b) 在x2-t2坐标系是直线，直线的斜率为1/v2, 利用直线的 斜率可求界面上方介质的速度v1；
c) 反射波时距曲线以直达波时距曲线为其渐近线。
折射波时距曲线特点：
a) 折射波总是以临界角i从界面出射
b) 折射波法勘探存在盲区，盲区半径OG2=2htgi
单一界面的折射波时距曲线是斜率为1/v2的直线。

33. 填空：炸药震源激发出的波以（ ）为主；扣板法可以激发（ ）。 （提示:填纵波或横波）

34. 已知：施工排列道数24道，道间距为5米，偏移距道数sx=6，单边4次覆盖观测，试问：
（1）偏移距是多少？排列长度是多少？
（2）每放一炮排列前移移动的距离？
（3）设每道记录长度1秒，采样间隔0.5毫秒，每道数据共记录多少个离散振幅值 ？
（4）计算第一炮点到满4次覆盖炮点之间的距离？
（答案见PPT）

35. 画出单边激发24道采集，6次覆盖，偏移距为1个道间距时的反射波法观测系统图。
答：每次向前移动的道数

36. 按照激发方式的不同，瑞雷面波可以分为那两类？
37. 瑞雷面波勘探方法可以解决那些方面的浅层工程地质问题？
38. 瑞雷波法用于公路质量无损检测可以解决哪几方面的问题？
39. 请简要说明为什么瑞雷波法勘探可以用来评价软土地基的处理效果。
40. 何为标准贯入击数？
利用钻具钻至试验土层标高以上15cm处，放入标准贯入器，用重量为63.5kg的穿心锤，提升高度76cm，自由下落将贯入器竖直打入土层中15cm，以后再打入30cm 的锤击数即是实测标准贯入击数的值。标准贯入击数值的大小主要用来判定土层的软硬程度。

41. 阐述并解释基桩常见的缺陷
42. 简答题：
（1）阐述常时微动的性质及其变化规律。
答：
（2）列举常时微动的主要应用。
答：
（1）利用卓越周期划分地基土类别
由于常时微动与地基的固有振动特性密切相关，因此在土木工程建筑和地震小区划中，经常利用常时微动的观测结果进行地基分类。
（2）地震小区域的划分
震害与常时微动周期频度谱形状有一定关系，频谱宽的震害一般较重。
（3）判断砂土液化。
43. 阐述反射波法地震勘探中测线设计原则？
【答案】
① 最好为直线；
② 主测线应与岩层或构造走向相垂直；
③ 尽可能与钻探线或其他物探测线相一致。
④ 测线疏密度应根据地质任务、探测对象勘探精度等因素确定。
⑤ 测线布置应尽可能避开地形起伏较大和地物障碍等线路。
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