测井技术教学课件.ppt

1、测井技术第五章剪切波速检层法原理及应用第五章剪切波速检层法原理及应用5.1 5.1 波速测试的原理波速测试的原理5.2 5.2 剪切波现场测试方法剪切波现场测试方法5.3 5.3 波速测试的软件操作波速测试的软件操作5.4 5.4 波速测井的应用波速测井的应用第五章剪切波速检层法原理及应用第五章剪切波速检层法原理及应用 5.1 波速测试的原理波速测试的原理 天然地基，常常不是单一的匀质土体，而是具有多层结构的非匀质土体，为了解地基土层的空间分变化情况，提供与波速有关的岩土动力学参数、计算土层的动剪模量、了解地基的软弱地层、分析地基土的类型和建筑物场地类别，以及进行地基土的地震反应计算等，必须使

2、用波速测井这种地球物理方法。为了能够设计出坚固的防震的为了能够设计出坚固的防震的建筑物地基建筑物地基，就必须使用土层剪切波的速度资料进行设计。因此对于重大建筑工程场地，必须进行土层波速测试。土层波速测试按使用井口的数量，可分简单的分为单孔和跨孔法两大类。5.1-1 单孔波速测试的基本原理单孔波速测试的基本原理 单孔波速测试：由震源产生压缩波（又称P波）和剪切波（又称SH波），经过土层的传播，由在孔中的三分量检波器接收地震波，根据波传播的距离和走时计算出场地土的波速，进而评价场地土的工程性质。因为单孔剪切波速具有，能够比较显著的反应介质弹性性质的特点，因此，单孔剪切波速测井被广泛应用到工程勘察和

3、建设的各个方面。1、单孔波速测井的各种要素：、单孔波速测井的各种要素：见图5-1。测井设备主要有四大部分：1）钻孔：用机械设备打出测试钻孔，在一些特殊地区使用套管护壁（套管必需与孔壁紧密接触）。2）震源部分：采用大锤敲击震源板的两端，震源板上压有500公斤以上重物，并与地面紧密接触，在震源板两端进行正反向激震，激发sH波信号时，通过地层传到测井传感器。3）井中三分量拾震器的探头（传感器、井下摆），把探头下至预定测试的土层位置，利用气囊或压板使探头触壁装置，使探头紧贴井壁，地震信号可通过拾震器的机电转换，把振动变成电讯号，经过电缆传送到地面的测井仪。4）工程测井仪：能够把电讯号记录并保存的数字测

4、井设备。1、钻孔、钻孔震源木板震源木板井孔井孔 地表地表 S震源板的长轴方向中心震源板的长轴方向中心到测井井孔中心的距离到测井井孔中心的距离井孔井孔地面地面 S震源板的长轴方向中心震源板的长轴方向中心到测井井孔中心的距离到测井井孔中心的距离2、基本原理：、基本原理：进行测井时，当地面震源激发振动讯号时，（振动讯号产生的时间被记录），地震仪器波便从震源发出穿过地层介质，到达井下三分量探头，探头中的检波器，经过机电转换把地震的振动信号转换成电信号，通过电缆传送到波速测井仪，由测井仪器记录并显示地震波形。(1)在测井工作中，井口、震源、测井探头三点构成了一个直角三角形在测井工作中，井口、震源、测井探

5、头三点构成了一个直角三角形。波传播的距离是直角三角形的斜边，Zii和Z i +1 是 两个井口中不同深度点Lii和 Zi+1的剪切波传播的路径，S是震源板的长轴中心到测井井孔中心的距离，L、S和Z 构成了直角三角形的三条边见图5-1、5-2.(2)在测井过程中只要知道了两个测点只要知道了两个测点Zi 和和 Zi+1的深度和剪切波传播的深度和剪切波传播的传播时间t1、t2，则Zi、Zi+1的深度之间地层介质的平均波速便可求出。现证明如下：假设有四层介质的模型，探头在深度Z1、Z2、Z3、Z4 进行测试，设最底层的射线路径为L4，剪切波传播这段路径需要的时间为t 4，Z3、Z4点的高差为h4。而t

6、 4 时间则是由剪切波在各种不同介质中传播所用时间组和而成。其中，从第一层传播到到第五层介质分界面所需要的时间，分别为：，在第四层分界面上，传播的时间、路径、剪切）（）（、44)3322)1(1tttt4)4(444)4(444)4(4)4(444444)4(4)4(444)4(4coscoscos;costVhthtLVVhVLthL可得波速度分别为：从图中还可以看出：我们再来求h3=？它是波从它是波从V3、V2的分界面传播到的分界面传播到V3、V4的的分界面的垂直方向传播的距离：)1(22)2(2)1(3)2(33)3(3)1(4)2(4)3(44)4(4)()(tttttttttttt4

7、)3(433)3(333coscostVtVh（A）（B）从式中消除V3，可有：4)3(43)3(333coscosttVh式中式中h3/V3h3/V3它是地震波垂直地从它是地震波垂直地从Z2Z2传播到传播到Z3Z3所需的时间所需的时间，同理可有：4)2(43)2(32)2(222coscoscostttVh4)1(4)2(44)3(4444)4(4cos)(coscoscosttttt把 式两端乘以cos4 可得下式：把等号右边的第二项 换成 ，并把 4)3(4cost3)3(3cost)3(3t写成)()1(3)2(33)3(3tttt此时：)()1(4)2(4)3(44)4(4ttttt

8、4)1(4)2(43)1(3)2(333444)4(4cos)(cos)(coscoscosttttttt因为4)1(4)2(43)1(3)2(3cos)(cos)(tttt所以有33444)4(4coscoscosttt又因4)4(444costhV因此有：334444coscostthV换成通式：iiiiiiiiiihSarctgtthV111;coscos此为波速测井此为波速测井的理论公式的理论公式。简化后，公式变为简化后，公式变为：iiiithVthVthVcoscos;cos22221111i4321i321i321i321t,t,t,t,t,h,h,h,hV,V,V,V式中：各土层

9、的剪切波速；各测点间土层厚度；剪切波的入射线与孔壁轴线的夹角；由震源出发到达各个测点的剪切波旅行时间。使用波速测井记录的时间，表示的是地震波沿射线方向传播的时间，而计算波速要用波沿井口垂直传播的时间，这两者的差别和测井的深度和震源板到井口中心的距离有关系。比如 S=1 米，在不同井深位置，射线距离和垂直距离差别的一组比较数据：井口深度h(米）射线距离 L-h 误差%10 5cm 0.5%1515.03 3cm0.3%5050.01 1cm0.1%100100.005 5mm0.05%55.10 10cm 2%22hsL04987.1010110122 从表中可以看出，L=1m时当井深超过5m

10、时，L与h 的差别已经在1%以内。表表1 L与与h 的关系的关系 当 S =1米 时 井口深度h(米）射线距离 L-h 误差误差%56.40 1.4 211010.77 .77 .771515.52 .52 .0355050.16 .16 .0032100100.08 .08 表表1 L与与h 的关系的关系 当 S =4米 时22hsL5.1-2跨孔波速测井简介：跨孔波速测井简介：见下图：该系统包括井中部分和井上的数据采集部分。场地土层的平均剪切模量，可采用地面以下20米深度范围内土层的平均剪切模量。5）剪切波的 时间-深度分层图：利用波速值计算出来的弹性模量叫做动弹模量，它与室内利用应力与应

11、变计算出来的静弹模量还是不相同。作为估算值，土层的动力放大倍数可以利用土层剖面的剪切波速值求出。当出现转换波时，各种波的初动将无法准确辨认。（井深超过50米可加前置放大器）低通 800HZ（三）测点自动定位参数：砂土（粉、中、粗）此时第一点剪切波信号采集完成。SH 波的入射遵从斯涅尔定律：新近沉积的粘性土或软塑至流塑的粘性土；图5-9是一个有钢管钻孔进行剪切波速度测量的同相轴图。，在第四层分界面上，传播的时间、路径、剪切井中三分量检波器中水平检波器 接收剪切信号s=a+bh此时第一点剪切波信号采集完成。打印结果原始数据表、结果数据表此时第一点剪切波信号采集完成。注意当VP、VS 值读取不合理时

12、，程序将不会计算出它的值，显示仍然为零 跨孔法是一种异井激发接受方式，这类测量方式需要多口钻孔，在其中一口井内激发，在其它钻孔内接收。当孔距较小仅为数米时，可以利用直达波确定速度，称之为直达波法。当孔距较大时（例如几十米）时，接收的初至波有可能变成了折射波而不再是直达波，由这一传播时间和距离求得的速度将是钻孔间地层的某一平均速度，这种速度包含了地层内部和某一界面上不均匀介质的信息。因此，这种孔间测定速度的方法又叫做平均速度法。美国人把利用直达波在两个以上钻孔中测定P波和S波速度的方法叫做跨孔法跨孔法。这种方法可以获得钻孔间地层的纵波、横波的波速，也可以得到介质的弹性模量及衰减系数，这些结果可以

13、被用在确定岩石特性、检测裂隙和断裂带等等。跨孔法对钻孔的斜度和弯曲度要求较高，若两个钻孔间不平行，会影响钻孔间距离的明显的变化，直接导致计算速度的变化，因此测井以前，要求必须测定钻孔的弯曲和倾斜，正确量出接收点和震源之间的距离。跨孔法的探测深度一般在几十米一百米以内，为避免出现折射干扰波，孔间距不能太大，由此会导致增加钻孔数量，使勘察成本增加。我们已经知道波速测井的计算公式为：11coscosiiiiiitthV 这个公式，也适用敲板记录纵波的计算。如果井口附近垂直激发记录波形，计算纵波可直接使用VP=H/t。5.1-3不同土类的剪切波速不同土类的剪切波速 根据实测的资料表明，不同土类的剪切波

14、速的范围是大不相同的，波速值的大致范围，见下表：土质 类型 填土（包括杂填土）粘性土（包括亚粘土等）砂土（粉、中、粗）砾石、卵石、碎石风化岩 岩石剪切波速范围（m/s)90270100450100450200500350500500 一般来说，剪切波速会随埋藏深度的增加而加大，但各地区剪切波速度沿深度的增大规律并不一样。通常内陆城市波速值相对较高，而沿海城市则偏低。如果将有关数据按 统计，系数变化列在下表。bSaHV 系数 均值 方差变异系数 a 118.993 42.758 0.359 b 0.308 0.086 0.279 从表中不难看出，a 值得变异系数比b 值大，这说明，地区间的差异要

15、比沿深度变化的数值大。图4-8给出了不同厚度覆盖层的剪切波速的变化。从图中可以看出，覆盖层越厚，剪切波速度值相对越低。5 5.1-4悬浮式P-S 波速测井系统 在水工建筑场地水深大于5米的时候，可以使用悬浮式P-S 波速测井系统。该系统包括井中部分和井上的数据采集部分。井中部分是由剪切波震源和拾震器组成一个探头，这个探头的接收部分，是由两个相距一米的三分量拾震器组成，根据剪切波到达两个拾震器的时间差，即可得到测点处S 波的速度值。该测量系统采用自下而上的连续测量，测点距相距2.0米。测井仪的采样间隔可以选在0.05ms，测井仪必须具备8位以上的A/D 的数模转换，全部速度分析都使用软件系统自动

16、完成，故精度较高。悬浮式P-S 波速测井，实际上是一种单孔测井方法。但由于震源和拾震器的距离不能太长，剪切波在从震源到拾震器的旅行路程中比较短，对于分辨小构造有利。因此，土层的局部变化，都会影响到所测得的数据。悬浮式P-S 波速测井的震源由载荷板及其贴壁装置、驱动器等部分组成。它是使不发生体积形变的刚体（电磁锤）在钻孔水中沿与孔轴方向垂直方向作瞬时运动，给水施加负压力，使电磁锤推拉井壁两侧，直接产生剪切波。测定S波速度时，震源必须从正反两个方向激发，测定时可以根据波形相位的反转来识别S波信号。日本人开发的悬浮式P-S 波速测井，自动化程度较高，但它离不开水，干孔不能进行测试。但涌水和漏水又会降

17、低信噪比。此外，在水流湍急的情况，由于套管的摆动，井下较长的电缆线和探头等检测装置经常出现卡孔的故障。改在水上进行，避免出现障，可以获得较佳的效果。一般测井的深度，从30米到100左右，更深得井使用悬浮式P-S 波速测井最合适，精度很高。作业与思考题：1、简述波速测井的原理公式的推导过程？2、悬浮式P-S 波速测井与普通测井有哪些区别？3、跨孔法有哪些优缺点？为波形和分层结果提供了一个极为方便灵活的联动界面：波速剖面分析窗体。3、冲填土：由水力冲填泥沙形成的沉积土。为了考虑不同场地土质条件对地震反映的影响，需要对场地土进行分类。但SH波的振幅和相位与P波有很大的差异外，最重要的是SH 波的初至

18、方向，与敲击震源板的方向有关。剪切波速是工程场地地震安全性评价和地震小区划中必备的参数之一，是土层地震反应分析中的一个重要参数。使用波速测井记录的时间，表示的是地震波沿射线方向传播的时间，而计算波速要用波沿井口垂直传播的时间，这两者的差别和测井的深度和震源板到井口中心的距离有关系。剪切波速度与传播介质的弹性模量有关，当近似的考虑和研究土层的弹性性质时，利用场地土实测的波速值，可以计算出土层的弹性模量。当出现转换波时，各种波的初动将无法准确辨认。d0 -计算深度（m），取覆盖层厚度和20米二者的较小值目前国内已有几种根据剪切波速度判断场地液化的经验公式。剪切波速是工程场地地震安全性评价和地震小区

19、划中必备的参数之一，是土层地震反应分析中的一个重要参数。场地土层的平均剪切模量，可采用地面以下20米深度范围内土层的平均剪切模量。将一块弹性好的木板（木板长约2米，宽约0.钻头：按钻进土层不同，可以使用更换各种钻头，如硬合金钻头、金刚石钻头、钢粒和金刚砂钻头。在进行单孔波速测井时，必须记录测点在井孔中的位置，钻井中的测点一般是等间距的布置，因此，只要通过输入钻孔孔口的位置、震源位置以及钻孔是否倾斜等与场地相关的参数，再输入实测时开始的测点位置以及测点间距等参数，从而实现测点位置的自动记录。用以指定所分析分层数据的来源和方向。1、场地第四纪地质与地貌的特征在使用填土地基修盖各种建筑物时，一定要进

20、行处理。测试有套管的钻孔的剪切波速度时，可以适当加大源孔距离。此时第一点剪切波信号采集完成。5.2-1 剪切波的测试设备 5.2-2 剪切波的测试方法 5.2-3 现场测试注意事项 本节就波速测井使用的设备，现场工作各个环节、方法，以及工作中需要注意哪些事项分别介绍如下：5.2 剪切波现场测试技术剪切波现场测试技术 5.2-1 剪切波的测试设备剪切波的测试设备 波速测井使用的设备包括四大部分：钻孔、震源、探头、测井仪。现分别介绍如下：一、测井钻孔部分一、测井钻孔部分：1）与钻孔有关的内容介绍：波速测井在钻孔中进行，因此，能够完成波速测井的钻孔是有一定条件和要求的。比如对井壁的稳定和光滑程度、井

21、孔直径、井斜程度、土质条件都有一定要求。钻探是岩土工程勘察中最常用的手段之一。按地质条件和勘察目的地不同，完成钻孔的钻探常用的有三种方法：冲击钻探、回转钻探、震冲钻探法。用于桥梁、路基、建筑物地基的勘探、施工灌浆经常使用机械动力钻机。利用汽车的发动机为动力，钻孔能力较强，兼有慢速大扭矩和高速小扭矩的回转能力，能适应不同钻进工艺要求，可谓一机“多用”。波速测井的钻孔多使用车载钻机。当孔较浅时有时使用交流电为动力的电机进行钻孔。钻机：目前使用最多的是全液压工程地质钻机，使用大马力柴油机为动力源，实现钻进、停钻、升降钻具、拧卸等操作自动化。钻头：按钻进土层不同，可以使用更换各种钻头，如硬合金钻头、金

22、刚石钻头、钢粒和金刚砂钻头。2）对测井钻孔的要求：）对测井钻孔的要求：a)孔径的要求孔径的要求:按测井探头口径的需要，钻头一般经常使用5060mm、90105mm、110130mm，根据测井需要，钻孔直径应该比测井探头直径大35cm.。b)钻孔井壁要求：钻孔井壁要求：井壁要求光滑，井径变化较小，上下一致。在松散和结构复杂的地层钻井，除了更换钻具外，钻进的速度也要适当控制以保证钻孔质量。井孔的倾斜要求不能超过5，否则测井资料的可靠程度大大降低。尤其跨孔法，对钻孔的要求更严，否则误差较大。c)测井对钻孔时间的要求：测井对钻孔时间的要求：一般测井的时间要求比较特殊，受到终孔时间的限制。一般来说，在钻

23、机打完井后，马上对钻井进行扩孔、泥浆护壁等工作，这些工作完成后立刻开始进行测井。打钻工作一般在白昼进行，在完工后24小时以内，应该完成波速测井的工作。为了防止周围环境和人文干扰，测井有时要在夜深人静时进行，尤其受人文、交通干扰较大的地区，选择合适的时间测井也是一种很好的防干扰的措施。应该完成波速测井的工作。为了防止周围环境和人文干扰，测井有时要在夜深人静时进行，尤其受人文、交通干扰较大的地区，选择合适的时间测井也是一种很好的防干扰的措施。如果测井是在第四纪的覆盖层的松散土层中进行，钻孔打成后，在地下水的作用下，容易产生塌孔或扩孔等现象，尤其塌孔会造成较大的事故。因此波速测井现场施工的时间要求比

24、较严格，尽量和钻进保持同步，有利测试工作顺利完成。d)钻孔附近地面应尽可能平整钻孔附近地面应尽可能平整:钻孔时应尽量减少孔壁土层扰动，待测孔钻到预定深度时，如地层软弱应立即下套管护壁，套管与孔壁间应灌浆和填砂法处理，以保持套管与孔壁间的紧密接触。E）关于使用各种套管的问题）关于使用各种套管的问题 测量有套管钻孔的剪切波速度，实践证明还是比较不容易的。尽管有的文献曾给出有套管钻孔的剪切波速度与无套管测量结果是一致的，但并没有指出是如何测量，如何处理才能得到与没有套管时，测井的一致的结果。套管有用钢管，也有用PVC各种工程塑料管。套管方式也有各式各样，有变孔径的，有单层套管，也有多层套管。在套管和

25、井壁间还有充填沙石等方式。因此在测量时应该考虑各个方面的构造因素。图5-9是一个有钢管钻孔进行剪切波速度测量的同相轴图。其套管和井壁间充填了沙石。从图中可以看出，深度从2米23米，剪切波速度测量的震相清楚特点明显，比较容易辨认。23米37米剪切波尚可辨认。当深度大于40米时一组明显的震相波列是沿钢管传播的剪切波，其速度是钢管和砂的混合速度。此时真正的剪切波已经被屏蔽，其到达时间比较难以确认。测试有套管的钻孔的剪切波速度时，可以适当加大源孔距离。当孔源距离为34米时，测试深度1520米的剪切波速震相最突出。有钢管护壁的波速钻孔记录波形图有钢管护壁的波速钻孔记录波形图 单孔法波速测试采用的振源很多

26、，如：敲击板激震振源、爆破振源、空气压缩枪振源、弹簧式S波激发装置振源、火箭筒振源等等。但在一般的场地剪切波速测试中最常用的是敲击板激震振源。一）震源的分类：按照激震产生波的指点振动特点，这些激震振源可以分为两大类，第一类：压缩“P”波震源。第二类剪切波“SH”振源。第一类 压缩“P”波震源：与工程勘察相同，只是不需要较大能量。可采用1015磅大锤敲击震源板，也可以使用钻机吊起63.5Kg 的标贯锤，落地冲击。如果是深井（超过100米）可用雷管或者少量炸药。二、震源部分：二、震源部分：第二类第二类 横波横波SH 震源：震源：横波震源简单的基本分类：人工简易机械震源、炸药横波源、悬浮式PS测井横

27、波源、敲板横波源等等。其中敲板横波源是最常用的。使用使用SH 波震源是因为这种波有一些特点：波震源是因为这种波有一些特点：其一其一：SH波在介质中传播有一个最大特点，即在遇到分界面时，因为它只有水平分量，不发生波型转换，比较容易识别。当出现转换波时，各种波的初动将无法准确辨认。其二其二：SH 是续至波，受P 波和其它干扰的影响，很难准确地判断、确定其初动位置，也就不能准确的确定它的到时。但SH波的振幅和相位与P波有很大的差异外，最重要的是SH 波的初至方向，与敲击震源板的方向有关。使用大锤正、反向敲击震源板，地震记录的SH 波的初至方向正好相差180，利用这一点，就能够较准确的确定SH 波的到

28、时。SH 的初至方向，与敲击震源板的方向有关。其三其三：SH波的震源装置激发方法比较简单，装备轻便、适合工程勘察流动性较大的特点。SH 波的入射遵从斯涅尔定律：pssssss2 11sinsinsin 一）一）敲板激振源：敲板激振源：将一块弹性好的木板（木板长约2米，宽约0.40.5米，厚约0.20.3米）受锤击的两头包上铁板，或者用粗铁丝把两头缠牢，放在平整的地面上，上面压上重物，使木板与地面紧密接触，然后敲击木板两侧，这样木板就给地面一个水平冲击力，激起土层的剪切振动，产生初动方向不同的SH波。激发的振动主要为SH波。当SH 波到达时，虽然是续至波，但由于正反向敲板产生的SH 波初方向正好

29、相反，利用这点，可以准确确定SH 的到时。见图：ts 横波走时横波走时触发触发信号信号零时零时刻刻S波初至时刻波初至时刻我们已经知道波速测井的计算公式为：这种方法目前被广泛采用兴建大型人工港口、码头。8）当板中心的高程与孔口相差较大时，应量测并记录下来以便做修正之用。打印结果原始数据表、结果数据表其中，从第一层传播到到第五层介质分界面所需要的时间，分别为：10、建筑抗震规范对场地类别划分的标准是什么？（井深超过50米可加前置放大器）低通 800HZ 气囊式井中三分量检波器与仪器的安装连接比较简单，只要把相应的三个方向通道和触发开关接好，接通电源就可以工作。输入孔口高度、孔深、始测孔深、每次测点

30、之间的移动距离视接收传感器与发射点距离的远近，调整延迟以减少无效信号的记录。孔源距应是井孔到木板中心的垂直距离。4-3 估算场地固有周期：这种方法可以获得钻孔间地层的纵波、横波的波速，也可以得到介质的弹性模量及衰减系数，这些结果可以被用在确定岩石特性、检测裂隙和断裂带等等。这时在地表面的最大值可以记为：6、简述测井仪工作模式参数和测点自动定位参数的内容？点击“退出”，返回分析界面如果从上往下测量则表示为（-1-50）反之为（-50-1）。（1）分析波形（2）测试数据与最终分层结果时。3）微电机触壁：使用微电机，在井中使探头贴壁。输入一个比剪切波到达最深测点时间稍长的时间。在敲击冲量一定的条件下

31、，激发的SH波振幅随木板上重物重量的增大而增大，但超过一定值后影响会有所减少；长板效果比短板好；板与地面的接触条件对激振效果影响较明显，板底钉有钉齿、地面上泼水或水泥浆以增大木板与地面接触的紧密程度可改善激振效果。在木板的长轴方向敲击，在垂直于木板的长轴的方向上，就能激发出SH波。木板与井口的垂直距离为24米。一般来说，测井深度在4050米以内距离可选4米左右，当测井深度超过50米时，距离可以适当增加。二）使用横波二）使用横波SH震源时，应该注意下面几点事项震源时，应该注意下面几点事项：1）为了记录激发时间，须要在木板上装置加速度计或者检波器，以记录激发开始时间。工作时，触发检波器应置于木板边

32、中心（勿压木板下），如条件不准许，也可以在激发的大锤上安置锤击开关代替。2）作为振源的木板应选用弹性和韧性均好的木板，不宜用铁板或水泥板。木板锤击的两头可包上铁皮，或在两边缠上铁丝，以增加大锤敲击的次数。3）井孔应与木板长轴线垂直，即井孔到木板两头的距离应相等，这是保证木板两面敲击后，剪切波正好反向的一个基础。孔源距应是井孔到木板中心的垂直距离。孔源距可以根据测井深度来选择。4）木板与表土层藕合的好坏直接关系波形采集的好坏。摆放震源板的地面要求比较平坦，现场可在选定放木板的地方，撒一层砂子，放上木板来回磨动，然后拿开木板，藕合好坏一目了然，在接触不好之处，再撒一些砂子，反复数次处理后，可达接触

33、的最佳效果。5）为了达到震源板上的压重，在工作现场，可将汽车轮胎直接压在木板上。若无汽车，可用重物。重物的重量应保证锤击时没有大的位移，另外重物应尽可能在木板上均匀分配。6）测剪切波时，锤击力要尽量保持水平。锤击要干净利索，避免二次或多次击打。7）用敲板法做振源时，在距孔口放置的震源板，木板的中垂线应通过孔口，用锤沿板纵轴从两个相反方向（正、反）水平敲击板端，产生水平剪切波。8）当板中心的高程与孔口相差较大时，应量测并记录下来以便做修正之用。9）钻孔附近地面应尽可能平整，钻孔时应尽量减少孔壁土扰动，待测孔钻到预定深度时，如地层软弱应下套管护壁，套管与孔壁间应用灌浆和填砂法处理。10）测有泥浆护

34、壁的钻孔，最好从孔底测起，避免因泥浆沉淀引起卡换能器和测量深度不够情况。图5-10是一口15米，没有下套管的钻孔的剪切波速度测井波形图。从图中可以清楚地看出SH波速度的不同。VH在2米以内，在24米，在48米，在89米，在915米的不同深度具有不同的速度值。SH波到时很清晰，有两个特征：波到时很清晰，有两个特征：1、SH波的振幅比波的振幅比P波明显大，周期也比较波明显大，周期也比较大，很好识别。大，很好识别。2、S 波的正反向敲击，其初动方向是相反波的正反向敲击，其初动方向是相反的，两个方向相反并且同时到达的起始点时的，两个方向相反并且同时到达的起始点时间即位间即位SH波的到达时间。波的到达时

35、间。这张图，由于没有任何干扰，钻孔也没有下套管，因此剪切波速度测井波形非常清晰，比较容易识别。当干扰比较严重，而且无法排除时，剪切波速度测井波形是很难辨认的。因此，测量波速经常在外界干扰最小的时段，有时经常在深夜进行工作，才能够达到比较好的效果。三三、波速测井探头：、波速测井探头：(1)探头结构、构造：探头结构、构造：这类探头使用的检波器，基本都是速度型检波器，使用三个分量，一个垂直，两个水平。三个分量互相垂直，其中两个水平分量在一个平面内相互夹角为90。这样的夹角可以保证检波器放在孔中任意地方，总有一个检波器与剪切波信号的方向小于或等于45，以达到采集波形良好的效果。（2）工作原理）工作原理

36、 检波器是动圈式的自振频率为10HZ左右 的。用环氧树脂密封，装上外壳，用钢丝连接并保护电缆，使检波器接受到的信号能够完整的送达地面的测井仪。钢丝上有米尺刻度，以确定检波器所在的钻井中的位置。当地震波到达测点时，检波器的线圈在波动的作用下，开始振动利用检波器的电磁效应把地震讯号变成了电讯号，通过电缆，传送到地表面的测井仪，完成了地震波的接收。（3）测井的贴壁装置：测井的贴壁装置：为了测井时探头能够紧贴井壁，采用了很多手段。大致分为三类1）气囊贴壁装置。见图。它是把一个特制的橡皮胶囊固定在探头上，并用塑胶管联到地面，与打气筒相连，当检波器在测量深度的位置时，用气筒打气，胶囊膨胀，使探头紧紧贴在井

37、壁上。这种方法似乎20米以内的浅井，可以补测。但速度较慢，胶囊易破裂。2）杠杆触壁装置。见图。这种装置使用比较方便，适合较深的井孔但只能从下往上测井，不能补测。3）微电机触壁：使用微电机，在井中使探头贴壁。方法很好，但价格过高，一般人不能接受。现把气囊贴壁装置、杠杆触壁装置介绍如下：。气囊贴壁装置微电机触壁 气囊式井中三分量检波器：通过充气管给气囊充气使检波器与钻孔壁紧密接触藕合，藕合情况的好坏，对采集波形的影响很大。采用这种检波器可以任意选择是从钻孔底往钻孔口测试还是从钻孔口往钻孔底测试。中间数据若要出现问题，还可以补测。杠杆式井中三分量检波器：通过电池给电磁铁通电吸合杠杆，将检波器放入钻孔

38、中，断开电池使杠杆弹开与钻孔壁紧密接触藕合。由于断开电池后无法将杠杆再次吸合，因此采用这种检波器只能选择从钻孔底往钻孔口测试。使用井下探头进行波速测井时，应该注意以下几点：1、每次放下或提升换能器到一个新深度应保留十几秒钟后再测，这样可避免泥浆扰动干扰。2、在换能器上要配接吃力拉绳。根据经验，最好是细钢丝绳，细钢丝绳伸缩性小，抗拉性强，不宜缠绕。3、测有泥浆护壁的钻孔，最好从孔底测起，避免因泥浆沉淀引起卡换能器和测量深度不够情况。4、剪切波不能在水中传播，但根据实测经验，在有浓泥浆护壁的钻孔中，可以在换能器不与钻孔壁紧密接触的情况下测得很好的SH波震相，为测量提供了方便。另外泥浆浓可以减少塌孔

39、的可能性。若在清水的钻孔中进行测井，探头与井壁接触一定要比较牢靠。目前国内已有几种根据剪切波速度判断场地液化的经验公式。一）关于场地土类型和场地类别工作时，触发检波器应置于木板边中心（勿压木板下），如条件不准许，也可以在激发的大锤上安置锤击开关代替。（1）一般情况，按地面至剪切波速大于500 m/s 的土层顶面的距离来确定。11、场地类别划分中为什么对填土特别关注？填土怎样分类？指定传感器连接的仪器通道序号、传感器类型、方向。重物的重量应保证锤击时没有大的位移，另外重物应尽可能在木板上均匀分配。L-h在波形数据分析界面中，对各个深度测点的横波到时，验证和修改后，点击“存储”则以.2、悬浮式P-

40、S 波速测井与普通测井有哪些区别？此时第一点剪切波信号采集完成。13、确定场地地震地质灾害类型孔口高程 0 米 井底高程：（井深50米为-50）测点间距 1 米。钻探是岩土工程勘察中最常用的手段之一。孔源距应是井孔到木板中心的垂直距离。此时第一点剪切波信号采集完成。3-5 波形整理、分析界面5、场地饱和沙土层和软土层成因、岩性分布1）为了记录激发时间，须要在木板上装置加速度计或者检波器，以记录激发开始时间。3、波速测井对钻孔有什么要求？5、测有套管的钻孔，要避免钢丝绳与套管直接接触。防止地震波沿着钢丝绳短路。6、测量时如遇塌孔卡换能器，在人力拉不动的情况下，最好将钻机用不带钻头的钻杆放到合适深

41、度，用冲洗的方法慢慢的提升，这样可保住换能器。7、在用气囊式换能器时，有时气压表失灵，在使用高压气筒慢慢打气时，要打一下停一下，看是否已藕合，如提不动，则藕合好。切忌连续打气，将气囊胀破。8、要轻拿轻放，没有经过准许，不准私自安装、拆卸井下摆。使用过后，一定要将探头和电缆和测绳上的泥浆清洗干净，以备下次使用。四）RSM24FD浮点工程动测仪1、剪切波的测试设备：RSM-24FD产品指标:（1）4道独立瞬时浮点24位A/D。（2）采样间隔：1065536微秒。（3）最大增益为25600倍。（4）全数字化采集、资料处理，多用一体机。（5）体积小、交直流两用，耗能低。2、使用RSM-24FD进行剪切

42、波的测试，使用设备应该注意下列事项：1）井下摆与测井仪连接：气囊式井中三分量检波器与仪器的安装连接比较简单，只要把相应的三个方向通道和触发开关接好，接通电源就可以工作。杠杆式井中三分量检波器与仪器，连接就比较复杂。见图：杠杆式井中三分量检波器与仪器，连接就比较复杂。见图：将井中三分量检波器的连接电缆连接好（不要接仪器），将适配将井中三分量检波器的连接电缆连接好（不要接仪器），将适配线上的夹子分别接线上的夹子分别接12V12V电池的两级借助外力吸合杠杆，把井中三分量检电池的两级借助外力吸合杠杆，把井中三分量检波器放进钻孔底，松开夹子弹开杠杆支撑孔壁。然后将适配线上的相波器放进钻孔底，松开夹子弹开

43、杠杆支撑孔壁。然后将适配线上的相应接头与仪器后面的六合一连线连接，将有红标签的接头接到六合一应接头与仪器后面的六合一连线连接，将有红标签的接头接到六合一连线中长线标号为连线中长线标号为4 4的接头上，将另两个接头分别接到六合一连线中长的接头上，将另两个接头分别接到六合一连线中长线标号为线标号为2 2、3 3的接头上，然后把地面上用做触发的检波器接到六合一的接头上，然后把地面上用做触发的检波器接到六合一连线中长线标号为连线中长线标号为1 1的接头上。的接头上。2）测点间距的选择：测试时，应使相邻两测点间的时差大于记录上的可读精度。对于土层一般以每隔12米布置一个测点为宜，并宜自下而上按预定深度进

44、行测试。当有较薄夹层时，应适当调整，使得薄夹层中至少布置两个测点。3）为获得高质量的波形记录，测试前应调整好仪器设备，保证各设备可靠连接。4）测试时，应将井中三分量检波器固定在预定深度，并且提拉钢丝绳，判断井下摆贴壁是否良好。然后，摆沿木板纵轴方向分别敲击其两端，记录极性相反的两组剪切波波形。5）测井过程要保证电源的稳定，应避免断电发生。检检波波器器与与仪仪器器连连接接通通电电吸吸合合杠杠杆杆检检波波器器与与仪仪器器连连接接作业与思考题：1、波速测井对钻孔有什么要求？2、SH波是怎样产生的？工作时要注意哪些事项？3、波速测井中为什么使用SH波？简述RSM-24FD的技术指标？4、当前人们为什么

45、放弃气囊式而使用杠杆式井中三分量检波器？5.3 仪器的操作与使用：仪器的操作与使用：包括以下几方面的内容 5.3-1 主操作界面主操作界面 5.3-2 参数设置界面参数设置界面 5.3-3 数据采集数据采集 5.3-4 波形存储波形存储 5.3-5 波形整理、分析界面波形整理、分析界面 5.3-6 波列显示、打印界面波列显示、打印界面 我们分别加以介绍：5.3-1 主操作界面主操作界面 主操作窗体由以下几块组成：左上角左上角的波形显示区；右上角右上角的时间深度测点显示区；下方的操作命令区；操作信息框操作信息框。四大部分组成。5.3-1 主操作界面：主操作界面：其中敲板横波源是最常用的。若仅作剪

46、切波的测试，可省略“压缩”的信号采集。8）当板中心的高程与孔口相差较大时，应量测并记录下来以便做修正之用。（或者剪切模量大于500MPa）（2）采样间隔：1065536微秒。地球物理前提下，能够有效地解决许多地质方面的问题。SH 的初至方向，与敲击震源板的方向有关。井孔的倾斜要求不能超过5，否则测井资料的可靠程度大大降低。场地岩土层的分布应该基本均匀水平。第五章剪切波速检层法原理及应用这时在地表面的最大值可以记为：砂土（粉、中、粗）美国人把利用直达波在两个以上钻孔中测定P波和S波速度的方法叫做跨孔法。SH 波的入射遵从斯涅尔定律：5、场地饱和沙土层和软土层成因、岩性分布在进行波速分层检测时，原

47、始波形是求取测试数据额度依据，但最终结果，往往并不需要所有的原始波形，而是以曲线的形式给出测线位置测试分析层图。这里特别指出的是，由于各地土层沉积环境的不同，由各种土类构成的层状场地土的性状差异很大，即使是同一类型的土层，其饱和度、密度、有效应力等物理力学性质也有明显的变化。在进行单孔波速测井时，必须记录测点在井孔中的位置，钻井中的测点一般是等间距的布置，因此，只要通过输入钻孔孔口的位置、震源位置以及钻孔是否倾斜等与场地相关的参数，再输入实测时开始的测点位置以及测点间距等参数，从而实现测点位置的自动记录。输入一个比剪切波到达最深测点时间稍长的时间。4）测试时，应将井中三分量检波器固定在预定深度

48、，并且提拉钢丝绳，判断井下摆贴壁是否良好。运行程序进入主操作界面后，首先点击“设置”按钮，进入参数设置界面：单单击击设设置，置，进进入入参参数数设设置置界界面面 5.3-2 参数设置界面：参数设置界面：共有两类参数，包括下列几方面工作 内容：一、工作模式参数：一、工作模式参数：共七项内容共七项内容1）工程名称与测试单位：）工程名称与测试单位：分别填 工程名称、测试单位名称、测试人员、钻孔编号名称，在参数界面的左上角，“共四个文本框”，打印时文件能够显示出来。2）通讯口与波特率）通讯口与波特率：按用户计算机与仪器联接时使用的通讯端口，确定的相应选项，如用计算机的一号串行口，则应选择“comm1”

49、选项。按用户仪器，RS-232 的通讯波特率，确定相应的选项按钮“5760”。3）颜色：）颜色：指定波形、图片框的背景、网格、波形曲线的颜色用“windows”的标准调色板指定颜色，使用确定按钮确定。4）波形显示：）波形显示：三个传感器，三种激发方式，共九个波形，若同时显示会杂乱无章对判断到时并不一定合适。设置程序允许自己选择所需波形，如X、Y显示剪切波，Z选择压缩波。并且X、Y 和Z 不同时显示。触发方式使用 CH2 放大 100 X CH3 放大 100 Y 传感器：速度计 CH4 放大 100 Z（井深超过50米可加前置放大器）低通 800HZ 5）仪器记录参数：）仪器记录参数：设置仪器

50、的采样间隔（100mS0.2mS）、延迟时间0ms、记录长度（1K、2K 等等）。6）仪器状态参数：）仪器状态参数：确定触发通道（CH1）和触发传感器类型（速度型）、仪器信号采集低通截至频率。7）地质分层资料：）地质分层资料：如果有资料，在下方表中可以输入每一层的名称、起始深度、厚度及容重，可选择适当的名称填入表中。当土层的整个深度有所偏差时在修正框内输入修正值，按执行键（ENTER）分层资料中起始深度和厚度操作相应的修正，按下消零键，将原来的资料全部消除。二、测点自动定位参数：二、测点自动定位参数：4种参数种参数 在进行单孔波速测井时，必须记录测点在井孔中的位置，钻井中的测点一般是等间距的布