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本文重点先容瑞雷面波的勘探要领及应用领域。。。。。文中首先先容了面波勘探的基本流程、几种常见的面波勘探要领，，以及在差别领域的应用，，最后先容了美国Seismic Source公司的Sigma4+地动仪，，该产品在面波勘探领域具有优异的普适性。。。。。
随着工程建设园地庞洪水平以及施工难度的提高，，岩土工程的施工与设计对地下层位的厚度、横波速率、岩石物理学参数提出了更高的精度要求。。。。。
面波勘探手艺具有探测精度高、土层划分较细腻、滋扰小、本钱低等特点，，近几十年生长迅速，，并普遍应用于浅地表勘查。。。。。
面波勘探的研究始于上世纪60年月。。。。。经由几十年的生长，，面波勘探手艺和处置惩罚要领已经相当成熟。。。。。自动源面波勘探由稳态生长到瞬态，，再由瞬态的外貌波谱要领生长到多道瞬态面波勘探要领，，勘探精度及勘探效率也在逐渐提高，，应用的领域也越来越普遍。。。。。
与自动源差别，，被动源要领在工程应用方面起步较晚，，但生长速率较快，，要领也越来越成熟，，包括空间自相关法、频率波数法、HV谱比法等。。。。。
01 稳态面波法
稳态面波的应用相对较早，，它主要是通过激振器发出某一频率的正弦波，，然后使吸收点的距离即是引发频率对应的波长，，此时示波器将显示相同相位的波形。。。。。将检波器移动到n倍波长时，，n个测点连成的时距曲线的斜率就是对应频率的面波速率。。。。。通过引发差别频率的信号，，然后将这一系列频散点毗连起来即为频散曲线 。。。。。在获得频散曲线后，，凭证瑞雷波与剪切波的速率关系，，以及面波反演中的半波长法，，就可以获得二维横波速率剖面。。。。。该要领由于接纳的是履历法获得的横波速率结构，，因此保存一定的误差。。。。。由于稳态面波法装备粗笨，，在地形重大地区很难操作，，给施工带来一定的贫困，，厥后这种要领的应用逐渐镌汰。。。。。
02 外貌波谱剖析要领(SASW)
外貌波谱剖析法通过震源引发地动波信号以后，，将会爆发一较宽频带的信号，，然后使用两个检波器举行吸收，，并凭证两个检波器的距离以及简单频率的相位差，，可求得此频率的相速率，，进而获得频散曲线。。。。。SASW要领可以同时检测多层介质中各层的厚度及速率，，丈量速率快，，精度相对较高。。。。。但由于工区噪声、信号衰减、以及空间假频和近场效应的影响，，一样平常测得的数据频带规模广。。。。。为了提高频带的区分率，，现实数据收罗历程中，，要调解近源检波器与源的距离，，使其和道间距相等 。。。。。外貌波谱法相关于稳态法而言，，施工轻盈，，更能顺应地形的重大多变，，可是由于一直沿用2个笔直分量检波器吸收，，道数较少，，在滋扰波重大的地区很难抵达较好的勘探效果。。。。。
03 频率波数法(F-K)
频率波数法是通过二维傅里叶变换将频率空间域的信号转化成频率波数域，，然后获得一个炮集纪录的能量漫衍情形，，再凭证振幅能量最大的特点提取频散曲线 。。。。。但古板的频率波数法保存一定的缺陷，，对高阶的能量分比率较差，，进入21世纪以后，，在古板要领的基础上对其举行了刷新优化：将古板的频率–波数域波数形式刷新成频率–速率域形式，，然后引入多重信号分类算法将空间谱相关矩阵剖析为信号子空间和噪声子空间两个部分，，最后使用噪声子空间部分天生最终的面波频散图像，，大大提高了精度。。。。。经由刷新后的频率波束法，，可以提高高阶面波的区分率，，可是由于关于检波器的要求较量高，，收罗历程中检波器沿着测线等间距漫衍，，中心不可有空道，，不然就会影响其成像精度。。。。。
04 τ-p法
τ-p法是一种离散化的线性拉东变换。。。。。它将时间和空间域的地动数据凭证差别的截距时间 τ 和斜率p作切割线，，然后倾斜叠加投影到 τ-p 域，，接着举行一维傅里叶变换，，将 τ-p 域效果映射到 f-p 域，，再凭证速率与慢度的关系，，将 f-p 域的效果映射到f-v域，，就可以看到面波能量的频散征象，，并凭证能量团最大的特点提取频散曲线 。。。。。
τ-p法扑面波高阶的区分率较高，，并且经由刷新之后，，关于提取瞬态瑞雷波频散曲线具有失真小、可靠性高、压制假频和端点效应好等优点。。。。。
05 相移法
该要领可以说是频率波数法的刷新，，它的差别在于未变换到波数域而直接使用了空间相位信息来盘算相速率。。。。。详细做法是把变换到频率域后的面波纪录体现成振幅与相位的乘积，，然后将振幅项举行归一化处置惩罚，，此时会形成单炮的频散能量图，，依据能谱提取频散曲线。。。。。相移法对基阶面波频散曲线的提取效果较好，，并且经由伍敦仕刷新之后的相互关相移法，，提高了通例相移法在面波频散成像方面的品质，，越发能顺应对基阶面波的区分。。。。。
06 倾斜叠加法
倾斜叠加法只和偏移距有关，，与检波器的排列方法无关，，该要领使用频率扫描函数与炮集纪录举行卷积将频率剖析，，把时间变为频率，，接着用倾斜叠加的方法获得每个速率的叠加能量值，，使瑞雷波频散曲线的精度获得较大幅度的提高。。。。。倾斜叠加法为三维面波勘探的理论打下了基础，，未来越发能够顺应三维面波勘探使命。。。。。
01 空间自相关法(SPAC)
空间自相关法要害在于盘算自相关系数，，然后凭证系数盘算相速率，，现在主要分为时域盘算和频域盘算两种方法。。。。。时域盘算首先是将一连纪录的数据举行截取，，分成若干的道集纪录；；；然后对每一道数据举行窄带滤波，，盘算差别频率时圆心与圆周上各点的空间自相关系数，，并且举行方位平均；；；最后使用差别视察半径的自相关系数盘算相速率。。。。。频率域的盘算历程是去掉了窄带滤波这个历程，，只举行一次傅里叶变换就可以在时域里举行盘算，，大大提高了盘算效率。。。。。SPAC要领只需较少的吸收点就能反应较宽的频率规模，，特殊是对低频段的信息区分率较高，，但很难区分高阶面波。。。。。
02 频率波数法(F-K)
F-K法相关于古板SPAC法，，台阵布设较量无邪，，十字型、L型、圆形等都可以。。。。。古板的频率波数法是使用中心频率差别的窄带滤波器，，提取相似性较好的各数据段中差别频率的F-K功率谱，，凭证功率谱上最大的峰值坐标，，盘算获得差别频率的相速率值。。。。。由于被动源波场一样平常都较量重大，，F-K频谱上经；；；岱浩鸲喔龇逯，，使得区分率降低，，给提取频散曲线带来一定的难题。。。。。厥后在此基础上对古板的要领举行了刷新，，主要是将各个偏向上的F-K频散谱叠加，，然后在叠加后的频散谱上提取频散曲线。。。。。详细的做法是将一连纪录的数据截取成纪录长度一样的道集纪录，，然后经由二维波场变换天生频散谱，，再将所有偏向上的频散谱叠加合成新的频散谱。。。。。F-K法能区分高阶面波，，但收罗历程中需要较多的吸收点，，并且当信号源来自各个偏向时，，区分率会显著降低。。。。。
03 HV谱比法(HVSR)
HVSR法主要是在自相关剖析的基础上，，盘算统一视察点水中分量和笔直分量的谱比，，并依据谱比估算地下横波速率特征，，同时可以凭证谱比峰值对应的频率推测地层地下结构，，是一有用的半定量的地动园地评价要领。。。。。HV谱比法相关于其他要领，，收罗相对利便，，能顺应种种的地形，，可是不可完全定量的反演地下横波速率结构，，现在海内外的应用还较量少，，大多用在区域地质结构视察中。。。。。
面波勘探主要是应用其频散特征，，即在匀称水平层状介质中，，其速率会随着频率转变，，频率越低，，撒播的速率就会受到越深的地层介质的影响。。。。。其基本流程包括三方面(如图1)：通过野外视察获得差别频率的面波数据；；；再使用一定的处置惩罚要领提取频散曲线；；；最后经由反演要领获得二维横波速率结构，，从而获得差别深度的介质属性。。。。。
01 面波数据收罗
原始数据收罗时要凭证勘探深度及目的来设定，，自动源面波勘探主要以线型为主(如图2)，，道间距要小于最小勘探深度；；；偏移距一样平常凭证地层波速来设定；；；最大源检距收罗到的面波要包管能被纪录到；；；激振方法(锤击、炸药)要凭证勘探深度和薄层厚度来确定。。。。。而被动源数据收罗一样平常要布设台阵(如图3)，，台间距的1~5倍为有用探测深度（此处差别文献形貌各不相同，，仅做参考）。。。。。同时，，台阵有偏向选择性，，关于平行于排列偏向的波的区分力好，，因此现在圆形台阵与三角形台阵在现实应用中较量常见。。。。。
02 频散曲线提取
频散曲线的提取是面波勘探要害的一步，，其精度的崎岖将直接影响后面的反演。。。。。现在自动源面波频散曲线提取的要领较量多，，但每一种要领有自己的优弱点，，好比τ-p法对高阶模态的提取效果较好，，而相移法对基阶模态的提取效果较好，，现实应用中两者可以优势互补。。。。。F-K法对高阶面波敏感水平更高。。。。。倾斜叠加法可为三维面波勘探提供要领手艺支持。。。。。高区分率线性拉东变换可以降低噪声模子的数据限制，，提高能量谱的区分率。。。。。被动源面波中SPAC法应用的较多，，这主要是由于它对低频段信息区分率高，，并且频率规模宽；；；F-K法能够区分高阶面波，，但要求的吸收点较多，，并且当信号源来自各个偏向时，，区分率会显著降低。。。。。HV谱比法收罗相对利便，，能顺应种种的地形，，但不可完全定量的反演地下横波速率结构。。。。。
03 横波速率反演
最早面波反演用的是半波长履历法，，这种要领算出的效果一样平常误差较大，，厥后生长为通过建设正演模子一直举行拟合，，调解与现实频散曲线的误差，，得出反演效果的方法。。。。。随着近些年最优化理论的生长，，现在反演要领主要分为最小二程法和全局搜索算法，，前者对初始模子要求较量高，，后者较低，，但收敛速率会变慢 。。。。。现实应用时应凭证工区的地质情形和勘探目的，，合理的选择反演要领。。。。。
03 Sigma 4+ 地动仪
Sigma系列地动仪是Seismic Source公司出品的性能优越的无线一连纪录地动系统，，该系列最新型号Sigma4+可在无需任何数字传输电缆的情形下，，可很好地实现古板装备所有功效，，包括震源控制系统、无邪的数据收罗系统、GPS时间同步系统、远程控制系统、数据纪录质量检查系统、以及地动数据网络功效。。。。。
———Sigma 4+地动仪———
Sigma4+地动仪包括3通道和4通道两种型号，，可选外接恣意主频检波器或内置2Hz主频检波器，，多台装备可组合扩展至数百个通道，，该装备轻盈小巧，，结实，，通过毗连差别主频检波器，，可兼容所有的面波勘探要领，，其无线装备特征可不受地形约束睁开阵列，，无邪开展丈量。。。。。
应用领域
油气勘探
诱发地动监测
地质岩土工程
振动/声学监测
地动监测
解决计划
油气勘探用户：反射波法
诱发地动监测用户：恒久/短期监测、地面丈量-井中监测、地面丈量-注入监测（水力压裂、废液注入/处置惩罚）
地面丈量：矿井挖掘监测
工程地动用户：反射波法、折射波法、MASW、RiMi、SPAC、HVSR
振动/声学监测用户：有人值守/无人值守监测、速率/加速率监测、强震惊监测
地动监测用户：宽频带地动仪
Sigma 4+已经险些被用于所有类型的纪录事情：连系多种震源，，从简朴的2D测线到重大的3D成像应用。。。。。Sigma可以较好地应用于三分量丈量、单点吸收、地质手艺、被动源勘探、微震、以及监测。。。。。Sigma可以在多种震源下单独应用或与有线装备联合安排使用。。。。。
本文主要参考文献：
[1] 夏江海, 高玲利, 潘雨迪, 等. 高频面波要领的若干新希望[J]. 地球物理学报, 2015, 58(8): 2591-2605.
[2] 尹晓菲, 胥鸿睿, 夏江海, 等. 一种基于层析成像手艺提高浅地外貌波勘探水中区分率的要领[J]. 地球物理学报, 2018, 61(6): 2380-2395.
[3] 杨成林. 瑞雷面波勘探原理及其应用[J]. 物探与化探, 1989, 13(6): 465-468.
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