1. 我要做岩石聲波測試，數據參數是什麼
PT（Rock parameter test）型岩石波速測試儀|岩石聲波參數測試儀
關鍵詞：岩石波速、岩石力學、彈性波速、時域、頻域
2. 三峽庫區地質體工程加固的動彈力參數測試法試驗研究
楊勤海
（中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所，河北保定，071051）
【摘要】對三峽庫區的鬆散地質體灌漿加固試驗進行聲波測試，即可獲得鬆散岩體的主要地球物理動力學參數，為庫區移民安置區的地基處理與合理開發提供科學依據，又可定量、全面評價三峽庫區的鬆散岩體的穩定性。本文結合以往的聲波測試成果，運用聲波測試技術和方法，論述聲波測試方法在研究庫區測試鬆散工程體灌漿加固的效果。
【關鍵詞】三峽庫區鬆散地質體聲波測試
1前言
在長江三峽庫區移民安置中，奉節、巫山等不少城鎮新址都遇到對復雜成因的第四系鬆散堆積層組成的滑坡、崩塌、岩溶等地質災害體土地資源的開發利用問題。這些地帶基本上是縣城新址就地後靠的主要部位，由於其成因復雜，工程地質條件特殊，在縣城遷建規劃中未能充分加以利用，嚴重地妨礙了城市的建設和發展。第四系鬆散堆積體的地質成因雖然復雜、特殊，但是作為建築地基，其工程地質條件並不很差，只要能進行充分論證，輔以必要的地質體改造工程，就可以為遷建城市所用，可增加遷建城鎮的土地資源，產生巨大的經濟效益和社會效益。近年來，對於這類復雜成因的第四系堆積體的研究成為工程地質界關注的焦點。本文介紹了聲波測試技術及其在三峽庫區工程地質體灌漿加固試驗研究情況，結合以往在庫區開展的一些有關岩土彈性參數與力學性質的關系方面的試驗和研究工作，通過聲波測試結果給出了工程地質體的力學指標，在一定程度上能夠反映試驗場地的動力學性質，可以定量、全面評價加固效果。
2試驗場地地質條件與地球物理特性
2.1試驗場地地質條件
試驗場地選擇在移民遷建急需且地質條件典型的地方，即奉節寶塔坪規劃小區的趙家梁子一帶和巫山二道溝四大家一帶。因位置不同，試驗場地的地質條件差別較大，反映了鬆散堆積體結構的不同性。各試驗場地的岩性特徵簡述如下：
奉節第一組上部3m左右為第四系坡積含碎塊石亞粘土，密實。下部為深灰色薄—中厚層泥灰岩，裂隙發育，岩層破碎，岩芯呈短柱狀、餅狀及碎塊狀。
奉節第二組上部為粉土含碎塊石角礫，稍密，透水性弱，下部為碎塊石，粘土充填，後經開挖驗證：2m以上為坡積亞粘土含塊石，密實；2m以下為黃褐色—灰色泥灰岩。岩層裂隙發育，強風化，在6m以上段裂隙被泥質充填緊密，6m以下段充填物較少。
巫山第一組上部13m以上段為綠灰色泥灰岩，中強風化，垂向裂隙發育，多被泥質充填，岩芯呈碎塊狀，鑽進過程中3～12m段易垮塌，一般不漏水。13m以下為鈣質粉砂質泥岩，暗紫紅色，裂隙發育，岩芯仍較破碎。
按設計要求，每組試驗均由7個鑽孔組成，中間1孔，周邊6孔，呈梅花狀分布，其中3個為灌漿試驗孔，4個為測試觀測孔，奉節試驗點孔深為20m，巫山試驗點為18m。各孔漿液配比、灌漿量均不同。
2.2試驗場地地球物理特性
根據以往在巴東黃土坡滑坡、萬州關塘口滑坡等地及實測資料，試驗場地完整岩體的聲波速度一般在3000m/s以上。由於庫區大部分地質條件較差，基岩上部的地層破碎、裂隙發育、完整性差。聲波速度變化區間較大，多在700～2600m/s之間。聲波在岩體中傳播時，其參數的變化直接反映岩體的地質構造和物理力學性質。
聲波測試岩體（石）的彈性力學參數是在快速瞬間載入情況下完成的，稱為動力法。所測得的參數稱為動彈性參數，如動彈性模量Ed、動泊松比μd、動剪切模量Gd等。只要測得岩體的縱波速度、橫波速度，密度，則可根據下列工程式計算出岩體（石）的動彈性參數。
動彈性模量計算公式：
地質災害調查與監測技術方法論文集
動剪切模量計算公式：
地質災害調查與監測技術方法論文集
動泊松比計算公式：
地質災害調查與監測技術方法論文集
式中：Vp——縱波速度（km/s）;
Vs——橫波速度（km/s）；
ρ——岩石密度（g/cm）;
Ed——動彈性模量；
Gd——動剪切模量；
μd——動泊松比。
因此諸如縱波速度、橫波速度、振幅、頻率等參數，可作為評價工程岩體的定量依據，並可校驗工程地質體灌漿加固的效果。聲波測試主要是為了評價灌漿質量，而灌漿質量主要依據聲波速度進行評價，根據聲波測試獲得的波速資料，結合地質資料，可准確定量評價灌漿效果，從而為試驗場地的穩定性評價提供科學依據。
3測試方法及技術
要了解第四系鬆散堆積體灌漿加固效果且要求所採用的方法快速、經濟，聲波測試技術是滿足上述條件的首選方法。經過反復比較研究，鬆散堆積體灌漿加固試驗檢測方法主要選擇岩心測試、單孔聲波測試及跨孔聲波測試方法。
傳播於固體中的聲波是機械波。由於其作用力的量級所引起的變形在線性范圍，符合虎克定律，也可稱其為彈性波。聲波測試與淺層地震、面波勘探同屬彈性波測試技術范疇。聲波測試所使用的波動頻率從幾十 Hz到50kHz（現場原位測試）和50kHz到500kHz（岩石及混凝土樣品測試），覆蓋了聲頻到超聲頻，在檢測聲學學科領域中仍稱其為「聲波測試」。由於採用的信號頻率要高於地震波和面波的頻率，因此有較高的解析度，適用於對岩體等地質目標進行較細致的研究。測試動力學參數具有設備輕巧、測試簡便、經濟迅速等優點，而且許多大型工程都要考慮岩土的動力學特徵，因此測量岩體的動彈性參數具有實際意義。
3.1岩心試件測試
先將所選柱狀岩心切齊、磨平做好測試准備，後用縱波換能器、凡士林和岩心耦合進行縱波波速測試；用橫波換能器、錫鉑紙與岩芯耦合進行橫波波速測試。
採用的儀器為CYC-4型超聲岩石測試儀，BPFT型和WT型縱波探頭頻率分別為100kHz 25kHz;HT型橫波探頭頻率為460kHz。表1列出了灌漿前鑽孔取芯的岩樣試件聲波速度及相關動力學參數實測資料。
表1岩心測試成果表
3.2單孔聲波測試
單孔聲波測試是採用長源距一發雙收探管，發射—接收間距50cm，接收—接收間距30cm。在鑽孔（賦存井液的裸孔）內沿井壁發射、接收聲波信息，測井時將探管下至井底，按測井點距（本次測試選用0.5m點距）向上測試，由筆記本計算機完成採集與存儲，室內通過回放和資料處理拾取縱波，在採集波形中根據波形干涉點、幅度、頻譜分析確定縱波初至走時，計算縱波波速。
測試使用的儀器為SSJ-4D全波列聲波測井儀，井下探頭：源距0.5m，間距0.3m，直徑78mm；電纜長度300m。表2列出了此次試驗場地灌漿加固試驗中的不同期單孔波速實測資料。
表2奉節、巫山單孔波速表
3.3跨孔聲波測試
跨孔聲波測試法採用的是同步提升法：在其中一個鑽孔（裸孔）內激發，另一個鑽孔（裸孔）內接收，由孔底起始同步上升至上部，按測試要求點距向上測試，在一鑽孔內由電火花（或剪切錘）發射信號、另一鑽孔內由換能器接收聲波信息，由儀器完成採集與存儲，室內通過回放和資料處理拾取波形，在採集波形中根據波形干涉點、幅度、頻譜分析確定縱波或橫波初至走時，計算波速。
儀器採用SWS-1型多功能儀（北京水電物探研究所研製），測試激發源一般採用電火花（湘潭市無線電廠生產）或剪切錘兩種激振方法。貼壁式三份量檢波器接收。表3列出了此次試驗場地灌漿加固試驗中的不同期跨孔波速實測資料。
表3奉節、巫山跨孔波速表
4 試驗場地力學參數及方法分析
4.1 力學參數明顯提高
通過採用聲波測井方法對灌漿效果的檢測，工程地質體改性加固灌漿後力學參數明顯提高。
（1）聲波參數
①灌漿前：
a.含粘土鬆散岩土體（巫山），縱波速度1320m/s～1480m/s。
b.裂隙基岩破碎岩體（奉節），縱波速度810m/s～1100m/s。
②灌漿後：
a.含粘土鬆散岩土體（巫山），單孔波速平均提高11%，跨孔波速平均提高25%。
b.裂隙基岩碎裂岩體（奉節），單孔波速平均提高14.6%，跨孔波速平均提高65%。
（2）場地力學參數
①灌漿前：
a.含粘土鬆散岩土體（巫山），地基承載力[R]=557(kPa），凝聚力[c]=151(kPa），壓縮量[Es]=8.9(MPa），摩擦角[φ]=36（°）。
b.裂隙基岩松動岩體（奉節），地基承載力[R]=388-438(kPa），凝聚力[c]=92～110(kPa），壓縮量[Es]=6.9～7.3(MPa），摩擦角[φ]=25.6～29（°）。
②灌漿後：
a.含粘土鬆散岩土體（巫山），地基承載力[R]=636(kPa），凝聚力[c]=181(kPa），壓縮量[Es]=10.3(MPa），摩擦角[φ]=41（°）。
b.裂隙基岩松動岩體（奉節），地基承載力[R]=504～568(kPa），凝聚力[c]=134～157(kPa），壓縮量[Es]=8.1～8.9(MPa），摩擦角[φ]=31～37.1（°）。
4.2 測試方法的分析
由上述中可以看出岩心試件、單孔及跨孔的縱波速度存在明顯的變化，這是因為岩心試件、單孔聲波、跨孔聲波3種方法的測試結果之間具有可對比性，每種方法所呈現的波速變化與岩石、岩質之間的關系是互相對應的，趨勢是一致的。只是由於測試方法的不同，其結果亦表現出不同的特點。
岩心試件的測試一般是在規定尺寸上進行的。相對而言可以視為岩體一個點上的測試，測試頻率范圍為超高頻率；單孔聲波測試的間距是30cm，其所測的只是井壁圓柱體一個波長附近有限范圍內的岩體聲學特性，相對而言可以視為一段一維桿狀岩體的測試，頻率范圍為高頻；跨孔法在小孔距的范圍內進行，與上述兩種方法比較，測量范圍要大的多，在較大的范圍中，彈性波傳播不但受岩質的制約，而且更重要的是受岩體結構面的控制。也可以視為二維平板狀岩體上的測試，頻率范圍相對為低頻。由於上述的差別，表現在波速參數上的關系是岩心試件測得的聲速大於單孔聲速，而單孔聲速又大於跨孔聲速（V岩芯＞V單孔＞V跨孔）。以上是符合客觀規律的。岩心測試反映的是岩體點上的聲學特性，單孔反映局部岩體的縱向聲學特性，而跨孔卻代表岩體的橫向變化。
5結論與討論
採用聲波測試技術對三峽庫區鬆散堆積體灌漿加固試驗進行測試，取得了良好的效果，奉節、巫山兩地的灌漿加固試驗結果表明上述方法是可行的、有效的；聲波測試不僅具有快速、簡便、准確的特點之外，還是一種無損的測試方法，能夠從整體上、全方位地評價灌漿質量。
應當指出，由於動力法是在瞬間載入情況下進行測試的，且對岩體施加的應力較小，因此，動、靜彈性參數間存在一定的差異。為了滿足當前工程技術界仍需將動彈性參數換算成荷載條件相近的靜彈性參數的要求，有必要進一步研究二者之間的關系。但這個問題比較復雜，一般其對應關系因不同岩性和不同地區而異。實際工作中，往往要進行一定數量的動靜彈性參數的對比測試，才能找出其中的對應規律。
參考文獻
[1]郭建強等.地質災害勘查地球物理技術手冊.北京：地質出版社，2003
[2]林宗元.岩土工程試驗手冊.沈陽：遼寧科學技術出版社，1994
[3]陳仲候等.工程與環境物探教程.北京：地質出版社，1999
3. 岩石超聲波測試和動態參數
9.2.1 影響超聲波傳播的主要因素
岩石的彈性波速度受到其礦物成分、結構、孔隙、含水、壓力和溫度等許多因素的影響。文獻［4］對有關研究成果進行了詳細介紹。
9.2.1.1 岩石構成對超聲波傳播的影響
火成岩中礦物緊密結合在一起，孔隙空間很小，彈性波速主要由礦物成分決定。縱波速度隨石英含量增大而降低。而酸性火成岩的密度比基性岩小，因而火成岩的縱波速度與密度具有明顯的正相關性，可以用線性關系進行回歸。不過，不同研究者測試的岩石不同，給出的經驗公式差別很大。如Birch給出的關系［10］是
υP=2.76ρ-0.98
而Volarovich和Bajuk給出的關系［11］是
υP=3.25ρ-3.46
式中，波速單位為km/s；密度單位為103kg/m3。火成岩的橫波速度與密度也大致呈線性關系。
沉積岩不僅含有更多的孔隙，而且組成成分遠比火成岩豐富、復雜。因此，沉積岩中波速與密度的關系遠不如火成岩那樣清楚。圖9-1給出幾類主要火成岩、變質岩和沉積岩的彈性波的平均值及變化范圍，從中可以清楚地看出，沉積岩波速低於火成岩，且同類岩石的波速變化范圍也較大。
圖9-1 幾類主要火成岩、變質岩和沉積岩的彈性波的平均值及變化范圍［4］
9.2.1.2 孔隙對超聲波傳播的影響
沉積岩中有許多孔隙，孔隙內的空氣對縱波的衰減極大，即使被水飽和，水中縱波速度也低於岩石骨架（matrix）中的速度；而橫波只能在固體中傳播。因而可以預期岩石中孔隙的增加將導致波速的降低。這對火成岩同樣成立。文獻［12］給出的水飽和砂岩試樣的測試結果表明，縱波和橫波的速度都大致以線性規律隨孔隙率而降低。
9.2.1.3 溫度和壓力對超聲波傳播的影響
在壓力作用下，岩石內部裂隙閉合，隨著壓力的增大孔隙也將逐步減小。因而在壓力增加初期，聲波速度增加很快，而高壓力下速度則增加較慢。隨著溫度增加，岩石內的波速則有降低的趨勢。對於隨著深度增加，地殼岩石承受的壓力和溫度都將同步增加，因而波速隨深度的變化比較復雜。淺部受壓力影響較大，波速隨深度增加；深部受溫度影響較大，波速隨深度增加而減小；其間也有波速保持不變的情況。在大陸地區的地殼底部，縱波速度都歸化為8km/s左右。對於沉積岩中含泥質成分多、孔隙率大的岩石，波速受溫度和壓力的影響大；反之則較小。
9.2.2 岩樣尺寸與超聲波參數的選取
波速υ是岩石的特性參數，波長λ是波速υ與頻率f的比值，λ=υ/f。因而在進行岩石試樣的超聲波測試時，為了能利用公式（9.1）和（9.2）計算彈性波的速度，必須選擇合適的試樣尺寸和換能器的頻率。具體地說，就是波長必須大到可以忽略顆粒界面等的影響，能將岩石視為均勻彈性介質；同時波長必須小到可以將試樣視為無限介質；而試樣的直徑與長度相比要大到可以忽視試樣邊界的影響。不過對試樣尺度和波長的具體選取要求各個規程並不完全相同。
國際岩石力學學會標准化委員會（ISRM）規定：D≥10λ，λ＞d，L≥10d。美國實驗和材料學會（ASTM）規定：D≥5λ，λ＞3d，5D≥L≥10d。D為試樣最小橫向尺寸；L為試樣長度；d為岩石顆粒的平均尺度［2］。
水利水電工程岩石試驗規程要求，測試所用換能器的頻率應根據試件直徑與材料性質在50 kHz至1 MHz選用，並滿足D≥2λ［9］。其對試件尺度的要求是，圓柱體直徑或方柱體邊長宜為48～54mm，直徑或邊長應大於最大顆粒尺寸的10倍；試件高度與直徑或邊長之比宜為2.0～2.5。
9.2.3 岩石動靜態參數的區別
楊氏模量、泊松比系數是岩石的重要參數，其確定方法在試驗規程和教科書中均有詳細說明，一般需要對圓柱試樣進行單軸壓縮試驗。另一方面，由於超聲波測試非常方便，且對岩石材料沒有任何的損傷，通常在壓縮試驗之前都會對岩樣進行超聲波測試。基於彈性波理論，在測量岩石中縱波（P波）速度υP、和橫波（S波）速度υS後，可以確定岩石的動態彈性模量和動態泊松比系數。
記 R=υP/υS，由公式（9.1）、（9.2），求得泊松比系數
νd=（R2-2）/2（R2-1） （9.4）
由波速比值R唯一確定，且隨之增大而增大；繼而求得彈性模量
岩石的力學性質
又由公式（9.1）得到
岩石的力學性質
通常將由超聲波速度確定的參數稱為動態參數，而壓縮試驗得到的稱為靜態參數。大量試驗證明，岩石材料的動態參數與靜態參數並不相同［3，4］，因而尋求二者之間的換算關系成為研究的目標。不過岩石種類繁多，內部存在不同的空隙、裂紋等微觀結構，動態和靜態參數之間的統一關系可能是不存在的。而超聲波通過試樣時岩石的變形極小，與實際工程中岩體的變形也完全不同。
如果試樣內存在具有一定粘聚力、貫通整個試樣的大傾角弱面，則單軸壓縮強度和楊氏模量都會很低，但超聲波速度仍可以很高。超聲波測量時探頭與試樣端面之間的耦合，即潤滑脂（縱波）或錫箔（橫波），就是一個顯著的弱面，但它們並不影響超聲波的傳播。另一方面，類似的張開裂隙可以阻止超聲波的傳播，而軸向壓縮時裂隙能閉合承載，對平均模量和強度的影響並不顯著。
9.2.4 動態泊松比
從式（9.4）可以看到，縱橫波速比值R較小時不僅νd較小，而且其變動對νd的影響也較大（圖9-2）。R小於 2時，得到的動態泊松比成為負值。由於岩石不是完全線彈性材料，負值泊松比完全可能的。但這並不意味著岩石在縱向發生壓縮時橫向也同樣發生壓縮。
文獻［13］通過大量試驗數據的比較，得到動態與靜態泊松比系數沒有關系的結論。毫無疑問，由於岩石的非均質性，以及橫波速度存在測量偏差，動態泊松比的適用程度需要研究。
文獻［2］對縱橫波速比值R 小於 2的片岩和粉砂岩等七段岩心進行了單軸壓縮試驗，在軸向壓縮初期側向變形減小，並依據泊松比與體積模量K、剪切模量G的關系
ν=（3K-2G）/（6K+2G）（9.7）
從而認為泊松比的取值范圍是-1≤ν≤0.5，出現負值是可以理解的。
圖9-2 縱波、橫波速度之比與動態泊松比
不過岩石並非均勻、各向同性和線彈性，並不能完全用上述公式描述，且實際測得的側向變形都很小。因而負值的泊松比是否表示了岩石的真實行為，值得懷疑。下面僅就作者所得到負值泊松比的幾種情形作一說明。
9.2.4.1 動態泊松比系數為負值
動態泊松比系數完全由縱波與橫波的速度之比確定，而影響超聲波速度的因素眾多。岩樣初期的非線性變形表明其內部存在裂隙，而裂隙使縱波速度降低。而測試橫波時需要施加相當的接觸荷載，有時可以減少裂隙等的影響。這也是某些岩石試樣的動態模量低於其靜態模量的根本原因［5］。
9.2.4.2 利用應變片測量變形
在岩樣側面粘貼應變片測量軸向和側向變形是傳統的方法。由於岩石結構的非均質性和屈服破壞的局部性，因此應變片測量的結果通常會隨粘貼位置而不同。特別是，在試驗機球形壓頭與岩樣二者的軸線不一致，則載入初期岩樣內變形將隨位置顯著變化。即岩樣在受到壓應力的同時，還承載一定的彎矩，某一局部產生軸向拉伸、側向收縮變形是完全可能的，即結構力學上所稱的大偏心受壓。因而最好能在岩樣外側相隔120°粘貼三組應變片，而不是兩組［9］，以檢查載入是否均勻。
9.2.4.3 利用位移計測量
作者使用的RMT-150 B試驗機，利用兩個位移計測量岩樣側向變形。岩樣端面加工質量、感測器的安裝等原因，軸向載入時岩樣位置可能發生宏觀移動。而位移計沒有與岩樣固定為一體，其讀數並不完全是岩樣的側向變形。這在前面第1章1.7.1節已經進行了討論。
顯然動態泊松比系數不能作為一個力學參數來表示岩石材料的變形特性。
4. 聲波檢測的應用
(1)在地質災害勘察中的應用
聲波測試技術在地質災害勘察中的應用主要可以分為以下兩個方面:一是工程場地及災害地質體的勘察，包括:第一，斷層、破碎帶、滑坡體滑床等勘查;第二，探測地下岩溶、古洞、空洞、埋設物、礦區采空區等的空間位置及規模;第三，查明地下構造、滲漏帶、水流通道和方位，圈定破碎帶位置和范圍;第四，建築物地基、鐵路、公路路基等不良地質體檢測，水電站、核電站及大型橋梁橋墩選址勘查。二是對地質災害防治工程施工過程中的監測及檢測，包括:第一，岩體灌漿補強施工質量檢測;第二，混凝土灌注樁完整性檢測;第三，地面混凝土構築物強度檢測與評價;第四，地面混凝土構築物缺陷(裂縫、空洞、不密實區等)檢測;第五，邊坡、洞室岩體爆破後松動范圍檢測;第六，噴錨支護法噴射混凝土厚度檢測。
在關塘口滑坡勘察中的應用。關塘口滑坡位於重慶市萬州區，滑坡區第四系地層廣泛分布，有人工填土、滑坡堆積、坡積、崩積。上部岩性為第四系人工填土(以粉質粘土為主，夾砂、泥岩碎塊石);崩滑堆積(為太白岩老崩滑體，分布整個滑坡區，為粉質粘土為主，夾砂、泥岩碎塊石及砂岩孤石)。下部岩性為侏羅系中統上沙溪廟組，主要由紫紅色泥岩和灰色砂岩組成，岩體完整，分布穩定。測試採用全波列單孔聲波測井，使用的儀器是SSJ－4D全波列聲波測井儀。工作主要是在設計勘察范圍的上、中、下部的控制性勘探孔內進行的，覆蓋了整個工區范圍的各條剖面線。通過對各鑽孔的聲波測井曲線分析、對比、歸納，表5.5列出了根據所測聲波曲線、鑽孔資料，綜合該區域地質情況得出的關塘口滑坡各地層岩性縱波波速結果。
表5.5關塘口滑坡主要地層岩性波速值
(2)在測井中的應用
圖5.34是聲波測試成果圖與鑽孔柱狀圖(ZK3鑽孔)的對比圖。該圖包括鑽孔柱狀圖、時差曲線、波速曲線、地質波速分層四部分。
圖5.34聲波測井成果圖與鑽孔柱狀圖的對比圖
時差曲線是經原始數據計算處理的時差數據曲線。波速曲線是聲波測井原始數據經過專業計算機軟體處理後的重要成果，是判斷、劃分岩層和滑帶的主要依據。波速曲線圖較直觀地反映了所測鑽孔的波速變化情況，即地層、岩性變化情況。同時結合時差曲線和波速曲線給出了最終劃分岩層的成果。孔聲速變化特徵表明波速大致可分為兩部分，上部波速普遍較低(平均速度為1850m/s)，曲線變化幅度較大，曲線形態呈鋸齒狀，反映為鬆散粘土夾碎塊石地層。下部波速普遍較高(平均為3100m/s)且變化幅度不大，曲線較平直，判斷為完整的砂岩層。20.5～24m鑽孔資料表明完整岩體內部存在裂隙破碎帶。
由於場地條件復雜，地層破碎較嚴重，塌孔較多，大部分鑽孔上部有套管護壁無法取得記錄，故上部覆蓋層中的滑帶無法確定。依據聲波測試成果推斷解釋的滑帶，為上部覆蓋層與下伏基岩的岩性分界部位。圖中ZK3號鑽孔的滑帶位置在18.5m處。可以明顯地看出此井段的聲波速度、幅度及頻率都發生了變化。可以看出聲波測井記錄與鑽探所描述的情況相吻合，測試效果較好。
5. 工程岩體聲波探測與淺震波速測試相比，有哪些共同點和不同點
聲波探測技術是一種岩石（體）測試技術。它根據彈性波在岩體中傳播的原理，用儀器的發射系統向岩石（體）中發射聲（超聲）波，由接受系統接收。由於岩體的岩性、結構面情況、風化程度、應力狀態、含水情況等地質因素都能直接引起聲（超聲）波波速、振幅和頻率發生變化，因此可通過接收器所接受的聲（超聲）波波速、頻率和振幅了解岩石（體）地質情況並求得岩石（體）某些力學參數（如泊松比、動彈性模量、抗壓強度、彈性抗力系數等）和其他一些工程地質性質指標（如風化系數、裂隙系數、各向異性系數等）。
6. 全國哪些單位做岩石聲波縱橫波檢測工作 或者院校!急!謝!
在南方這邊，做那個的比較實惠，且效果不錯的你找江西理工大學大學的趙奎老師吧，他這些年一直在哪方面研究....
7. 超聲波測試在岩石力學中有哪些應用
聲波技術主要用來估算表岩石力學參數，比如泊松比，楊氏模量等，在石油工業中主要為後期的儲層壓裂做准備。正交偶極橫波在評價岩石各向異性方面有不可取代的優勢，此外縱波時差可以估算岩石孔隙度，國內外學者普遍認為斯通利波可以估算岩石的滲透率，但其准確性還有待完善，望採納。
8. 如何採用聲波測試技術進行圍岩松動圈測定
正確答案為：C選項 答案解析： 松動圈的大小和分布，對於確定圍岩破裂狀態具有直接的意義。通過對松動圈的了解，可以確定圍岩壓力分布的一些基本情況，為確定支護參數，尤其是錨噴支護，提供重要依據。所以在礦山巷道中，進行松動圈測定是一項比較普遍的圍岩檢測工作內容。無論採用哪種測定方法，松動圈測定的實質就是圍岩的裂隙發育狀況測定，所以松動圈的測定不能反映出圍岩的岩性種類和性質，不能獲得巷道圍岩的變形和位移狀況，也不能計算圍岩的其他力學參數。
9. 岩石聲波速度的測量方法
岩石聲波速度測量是研究岩石聲學的一項基礎性工作。由於目前地球物理觀測所用的頻率在10-1Hz（天然地震）到106Hz（實驗室測量）之間，所以在考慮頻散和孔隙流體對聲波速度的影響時，要分別在實驗室和野外對速度進行測量。
1.實驗室內測量
在實驗室內進行岩石聲速測量需要特殊的測量系統和特殊的標本形狀，所用頻率一般在106Hz以上。因此，實驗室內測量得到的實際上是超聲波在岩石中的速度。
實驗室內觀測的主要方法是行波法。通過特殊的換能器（一般是壓電晶體），首先將電磁振盪能量轉換為聲波能量，然後測量聲波通過標本的時間。如果標本的長度是L，而實際測得的時間是t′，則速度為vp=L/t′。
2.野外現場測量
在野外，常用的速度測量方法是常規的地震測井、VSP和常規及全波列聲波測井。
地震測井是利用一條電纜將檢波器（或水聽器）放入到井中，然後在井口附近放炮，激發地震波。通過記錄從炮點到檢波器的傳播時間，可以根據公式vp=Δz/Δt計算出地震波的速度。
VSP是垂直地震剖面的英文縮寫，是由常規地震測井發展起來的一種地震勘探方法。通過對VSP資料的處理和解釋，可以計算出vp和vs。
在聲波測井中，聲脈沖發生器和接收器被固定在下井儀器內。通過測量兩個或多個接收器之間的時間差，可以實現沿井軸的連續速度測量。
除了上述幾種方法以外，還可以根據幾何地震學中的有關公式直接從反射地震資料中提取速度信息。
10. 研究概況及主要進展
自從人類進行煤炭開采伊始，就存在煤炭頂板安全問題。多年來，國內外學者對煤礦頂板穩定性研究進行了不懈的探索，取得了大量的研究成果。特別是近 30 多年來， 「塊體理論」、「模糊評判法」、「灰色理論法」、「模糊聚類法」、「人工神經網路法」、「沉積學方法」、「層次分析法」、「地震屬性法」、「地應力分布法」等多種方法，從不同角度分析了頂板穩定性，對煤礦的安全生產起到了指導性作用。
1.2.1 國外研究歷史
1.2.1.1 引入沉積作用分析
據郭德勇等 ( 2002，2003) 資料，20 世紀 60 年代，Zienkwicz ( 1977) ，Goodman( 1968) ，Desai 等就將有限元引入地質研究中。20 世紀 70 年代，Elliott ( 1974) ，Ferm 等( 1978) ，Horne 等 ( 1978) ，Hylbert ( 1977) 等學者注意到沉積作用與頂板穩定性的聯系，將沉積學理論引入到頂板穩定性的研究中，著重分析了河道作用和決口扇沉積對頂板穩定性的影響。20 世紀 80 年代初，Petranoff ( 1980) ，Bunnell ( 1982) 等嘗試從沉積學角度對頂板條件進行了分類，Houseknecht 等 ( 1982) 則進一步將沉積條件與煤和瓦斯突出、煤層變化相聯系，Truman 和 Horne ( 1982) 已開始嘗試將此類研究成果用於指導生產: 查明了影響煤礦頂板岩層穩定性的主要沉積地質因素有沖刷與凸頂、滑面、擦痕、夾薄頂煤層的砂頁岩互層等; 發現煤礦頂板岩層在垂向上和側向上厚度和岩性變化很大，在礦井煤炭開采過程中頂板冒落、老頂來壓和岩煤層突出往往發生在老頂砂岩與頁岩的過渡部位。T.V.Petranoff ( 1980) 和 H.H.Damberger ( 1980) 指出，井下回採時，煤層頂板的質量取決於各種岩石類型的內在聯系、同沉積構造、沉積早期的壓實強度和後期構造特徵諸因素。其中頂板的大部分特徵可能與沉積作用或早期壓實過程有關，後期的構造運動起著強化這些早期特徵的作用。1982 年，美國學者 C.D.Elifrits 將地理信息系統 ( GIS) 技術應用於房柱式開採煤礦地面塌陷，開拓了 GIS 在煤礦災害方面應用之先河。
20 世紀 90 年代，V.R.Shear-Albin ( 1993) 總結認為煤礦井下遇到的大多數控制問題可歸因於開採煤層圍岩的沉積作用或早期壓實強度和後期構造特徵諸因素。其中頂板的大部分特徵表現在沉積特徵和構造特徵兩方面。與此同時，在地質構造復雜的礦區多採用儀器探測技術，如利用地質雷達探測工作面前方地質構造和地質異常體等技術。前蘇聯地質學家更重視利用各類地質參數預測開采前方地質變化，如研究煤的物理化學特徵來預測斷層，統計地質數據進行構造變形分析; 前聯邦德國在魯爾區採用構造成因解析法、槽波地震等方法對工作面前方構造及頂板穩定性進行分析預測，均取得了良好的效果。
1.2.1.2 引入地震分析技術
20 世紀 70 年代與 80 年代期間，在石油地震勘探中用得最多的地震屬性研究是基於振幅的瞬時屬性。90 年代，地震屬性技術取得了重大突破，其范圍從計算單道瞬時同相軸屬性到提取復雜的多道分時窗的地震同相軸屬性以及到生成地震體屬性。地震屬性技術的應用范圍也從簡單檢測振幅異常發展到檢測流體前緣隨時間的變化。
1994 年，Amoco 石油公司開發了可用於描繪斷層和地層特徵的三維相干演算法，在1995 年的第 65 屆 SEG 年會上，Amoco 石油公司公布了一項用於描述斷層和地層特徵的解釋性處理技術，即相干體 ( Coherence Cube) 技術。相干體技術的出現在地球物理界引起很大的反響，被視為三維地震領域尤其是資料處理解釋方面的革命，加深了人們對三維數據體的地質理解。
1995～ 1996 年，Bahorich 和 Farmer 把地震相乾性技術從其他地震數據處理技術中分離出來，將相乾性作為一種獨立的地震屬性展示在物探工作者面前，並指出，對應於該項技術的相干演算法在地質構造檢測方面特別有效，可突出地下地層的細微變化。
在此期間，Mikes S.Bahorich 發表了關於相干數據體的論文，藉助三維相干數據體解釋地震資料不連續性成像的斷層和岩性變化區帶。Kenneth A.Ortmann 應用三維相干數據體研究大地構造的扭曲運動，延伸了相干數據體的應用領域。Schlumberger-GeoQuest 地震解釋軟體公司也把與相干體技術對應的軟體推向市場，加速了相干體技術的應用和普及。
Marfurt 等在 1998 年和 1999 年分別提出了他們的研究成果 ( 李增學，1994) ，討論了用基於相似的相干演算法計算三維地震屬性和存在構造傾角的相干計算方法。Marfurt 等人在原有的 C1、C2和 C3相干演算法的基礎上，對相干演算法進行了一定程度的改進。
1.2.2 國內研究進展
1.2.2.1 傳統地質學分析
國內一些學者從含煤地層沉積環境入手，在分析煤層及其頂板形成沉積條件的基礎上，按不同沉積模式分別建立了區域性沉積模式與頂板穩定性關系，對頂板穩定性進行了成功預測。葛道凱 ( 1994) 、彭蘇萍 ( 2000) 、孟召平 ( 2002) 等就沉積層序和頂板砂體厚度變化諸方面對頂板冒落性影響進行相似模擬試驗研究的基礎上，提出了頂板穩定性地質模型，並指出煤層頂板性質基本上取決於沉積建造亞相特徵，頂、底板原始沉積環境的空間分布控制了采場頂板整體質量。提出從影響頂板穩定性的地質因素入手，結合岩石力學和采礦工程學的研究方法對煤層頂板穩定性進行了較詳細的研究。
於雙忠 ( 1994) 和彭向峰 ( 1997) 等從工程地質分析方法入手提出了煤礦巷道圍岩穩定性評價新方法: 首先選定 4 個主要的影響因素，即岩石強度、結構面、水對岩體的影響及原岩地應力狀態，然後把這 4 個指標綜合到一張分類圖表中。丁述理 ( 1998) 等建立了單因素分析、綜合評判的研究方法: 根據能獨立反映某地區某段岩石 ( 體) 工程穩定性的一些獨立的因素或變數，如岩石的單向抗壓強度、分層厚度、裂隙發育程度、岩性、岩石的形成環境、岩心完整性、岩心採取率等鑽孔資料獲得的信息，分析這些單因素的評價結果，去粗取精、去偽存真、綜合評判，從而有效地削弱各種技術因素、自然因素和人為因素的影響，使最終分析結果能更准確地反映頂板岩石工程穩定性的實際情況。孟召平、程浪洪 ( 2007) 等分析了淮南礦區地應力條件，通過現場地應力測量和理論分析以及數值模擬計算，探討了圓形硐室圍岩應力分布和不同側壓下回採工作面頂板穩定性分布，得出了回採工作面頂、底板穩定性與側壓系數大小密切相關的結論。
徐東強 ( 1999，2000) 等提出運用塊體理論法進行礦體頂板穩定性分析，通過詳細的現場結構面調查，採用赤平極射投影或矢量分析方法，確定采場中的優勢結構面產狀，判斷由優勢結構面所切割塊體的穩定性。
1.2.2.2 頂板穩定性的定量分析進展
從 20 世紀 70 年代起，我國的一些科研工作者開始了針對頂板穩定性的岩體工程力學數學方法及結合計算機進行的模擬運算，以期對煤層頂板穩定性進行定量評價和預測。塗敏 ( 1995) 利用模糊類聚法分析了煤層頂板穩定性; 楊雙鎖等 ( 1997) 利用有限元法對采場頂板穩定性進行了定量分析及分類研究; 張樹光等 ( 2000) 應用離散元法對頂板穩定性進行了分析，如通過採用水平層狀、正交節理模型頂板建立模型，檢測整個頂板的變形來實現其穩定性預測和分析; 曹慶奎、蔡振禹 ( 2004) 利用加權灰色模型評價了煤層頂板穩定性，經過實例分析提出了主觀賦權法和客觀賦權法相結合的灰色加權關聯度綜合評價法，該方法可較好地反映出煤層頂板地質條件的灰色性特徵，使評價結果客觀合理; 文曉紅、楊曉東 ( 2004) 提出了將單因素分析、模糊二級評判法相結合的方法來研究煤層頂板穩定性，合理選擇能反映煤層穩定性的單因素地質因素，可以極大限度地利用現有勘探成果資料，合理地考慮各種因素來評判頂板綜合質量，該方法簡單、靈活，評判結果較為准確; 夏玉成、樊懷仁 ( 1998) ，朱寶龍、夏玉成 ( 2001) ，凌標燦等 ( 2003) 針對模糊綜合評判模型需要確定因素權重集和隸屬函數的人為性等缺點，提出運用人工神經網路定量評價礦井構造，通過構造網路，進行學習訓練，得到評價模型，然後進一步計算和預測，該方法可避免偶然性引起的誤差，在條件比較復雜或應用單因素難以判斷時，獲得了明顯效果; 李增學、劉海燕等 ( 2004) 提出了應用層次分析法評價煤層頂板穩定性，在確定影響因素權值後，對研究區進行綜合分區，依據沉積條件、構造發育特點和岩石力學特徵，按照基本因素權重大小進行復合疊加，最終完成定量評價。
1.2.2.3 地球物理探測技術研究
( 1) 地球物理勘探方法的應用
從 20 世紀 60 年代以來，礦井地球物理勘探方法受到人們的普遍重視。如岩體原位應力測量、高精度重磁探測、各種波法、直流電場層析成像、放射性紅外測量、孔中電視與防爆測井、磁偶源頻率探測與地電法等。近幾年，隨著計算機技術水平的提高，各種測試儀器的現代化水平也不斷提高，體積小、靈敏度高、存儲信息量大、操作簡單而功能強大的聲波測試儀的應用，給煤層頂板穩定性監測帶來了很大的方便。
對地質構造探測有顯著優勢的煤田地震勘探在我國起步較晚。在 20 世紀 80 年代中期以後，蓬勃發展並臻成熟的高解析度數字二維地震勘探技術在煤田勘探中得到廣泛應用。魏樹滿 ( 1998) 利用鑽孔聲波測試數據，提出了對岩體進行較精確的速度分層的一種數據處理方法，並通過理論模型及實際聲波測試資料對層析技術進行了分析論證。王宏圖等( 1989) 利用岩體地應力聲波測試方法確定了四川某礦岩體內松動圈范圍。徐東強等( 1999) 利用聲波測試技術在金廠峪金礦難采礦體頂板穩定性研究中成功預測出了頂板松動圈厚度以及破碎帶位置和厚度。郭學彬等 ( l999) 應用聲波探測技術探測爆破作用對礦柱損傷的程度和影響范圍，為研究礦柱的穩定性提供了依據。王輝、黃鼎成 ( 2000) 利用地震層析成像技術，根據岩體結構理論和地震波在軟弱結構面的傳播特性，利用地震層析成像技術，實現了岩體穩定性的准確探測與軟弱結構面的空間定位。吳文金等 ( 2000)運用岩體聲波探測技術測定了淮北蘆嶺煤礦巷邁圍岩松動圈，進行了圍岩穩定性分類，為蘆嶺煤礦今後的巷道支護設計提供了依據。
( 2) 地震信息解釋技術的應用
進入 20 世紀 90 年代中期，有效探測小構造的三維地震技術得到應用，近年來基於三維地震信息精細解釋構造的地震屬性技術和相干/方差體技術得到重視和發展。
相干/方差體技術利用相鄰道地震信號之間的相似性來描述地層、岩性等的橫向非均勻性，特別是在識別斷層以及了解與儲集層特徵密切相關的砂體展布等方面非常有效。利用相干/方差演算法對三維地震數據體進行相干處理後就可得到對應的三維相干/方差數據體。應用三維相干/方差時間切片進行構造解釋和岩性解釋，可以幫助解釋人員迅速認識整個工區斷層等構造及岩性的整體空間展布特徵，從而達到加快解釋速度及提高解釋精度、縮短勘探周期的目的。
國內對相干技術的討論相對較晚，基本上是借鑒、吸收消化國外的先進成果。石油行業於 1996 年開始使用相干體技術並取得了較好的效果。佘德平、曹輝 ( 1998) 等發表了相干數據體研究成果，提出了相干數據體的製作方法並論述了三維相干數據體在實際資料解釋中的應用，證明了相干體技術有效、快速和無需人工干預等特點; 杜文鳳 ( 1998)的研究表明，在斷層解釋、采空區圈定、巷道檢測等方面應用相干體技術能解釋落差為3m 左右的小斷層，並且比常規解釋方法更直觀、快捷。
對於方差數據體，目前研究成果較少。林建東 ( 2000) 的研究表明，方差技術能夠更好地滿足礦井建設的要求，准確解釋含煤地層中落差更小的斷層，而且可以更加准確地給出斷裂帶的產狀和延伸方向，也可探明更小的地質異常體。常鎖亮 ( 2003) 等則在方差體技術應用小斷層、陷落柱等地質異常體良好的自動識別能力方面進行了有效的探索。地球物理技術已經成為高產高效煤礦生產中必不可少的手段。近幾年來，地震屬性技術受到地球物理界的極大關注。地震屬性研究已經成為地震數據處理和解釋中重要的研究內容之一。地震屬性技術在我國的發展，起步於 20 世紀 80 年代中後期，主要的目的是將地震屬性應用於油藏描述。郭彥省、孟召平 ( 2006) 等介紹了應用地震屬性技術預測煤層頂板岩性的方法，通過應用交會圖、相關分析方法，對鑽孔處地震屬性與煤層岩性關系進行分析，優選地震屬性，將得到的地震屬性用神經網路來識別，進而進行應用和預測，取得了較好的應用效果。
地震屬性 ( seismic attribute) 指的是那些由疊前或疊後的地震數據，經過數學變換而導出的有關地震波的幾何形態、運動學特徵和統計特徵，它是地震資料中可描述的定量化特徵，代表了原始地震資料中所包含的總信息的子集。現在廣泛應用的地震屬性有 20 多種，並且新的地震屬性還不斷地從地震數據中被挖掘出來。單一的地震屬性所提供的信息往往是片面的，需要對眾多復雜而又相互關聯的地震屬性進行更深入、更貼近本質的認識。
地震屬性的分類至今沒有統一的標准，不同的學者分別提出過不同的屬性分類。結合煤田地震勘探的特點，可以根據運動學/動力學特徵把地震屬性分成 8 個類別: 時間、振幅、頻率、相位、波形、相關、吸收衰減、速度。地震屬性的類型很多，要根據解決的地質問題來選擇相應的地震屬性。
( 3) 地震反演技術
自 20 世紀 70 年代以來，地球物理學家提出了多種地震反演方法。地震反演具有明確的物理意義，是預測岩性的確定性方法，在實際應用中取得了顯著的地質效果。
地震反演是利用地表觀測地震資料，以已知地質規律和鑽井、測井資料為約束，對地下岩層空間結構和物理性質進行成像 ( 求解) 的過程，是反演地層波阻抗 ( 或速度) 的地震特殊處理解釋技術。
地震反演通常指波阻抗反演。波阻抗反演技術是岩性地震勘探的重要手段之一，根據鑽孔測井數據縱向解析度很高的有利條件，對井旁地震資料進行約束反演，並在此基礎上對孔間地震資料進行反演，推斷煤系地層岩性在平面上的變化情況，這樣就把具有高縱向解析度的已知測井資料與連續觀測的地震資料聯系起來了，實行優勢互補，大大提高了三維地震資料的縱、橫向解析度和對地下地質情況的勘探研究程度 ( 李慶忠，1993) 。
地震反演方法基於介質模型的假設條件不同，有直接離散反演方法和波動方程連續估計反演方法; 基於研究域的不同，有時域反演方法和頻率域反演方法; 從實現方法上可分為 3 類，即遞推反演、基於模型反演和地震屬性反演; 基於求解方式的不同，有直接反演方法、迭代反演方法和搜索類反演方法。
近年來，隨著勘探地球物理學的發展，非線性反演方法突飛猛進。除一些傳統的非線性反演方法，如梯度法 ( Gradient method) 、牛頓法 ( Newton method) 和蒙特卡洛法( MonteCarlo method) 外，一些啟發式的反演方法，如模擬退火法 ( Simulated Annealing) 、遺傳演算法 ( Genetic Algorithm) 、人工神經網路法 ( Artificial Neural Networks) 、小波分析法( Wavelet Analysis) 等應運而生。隨著並行計算機的出現，需要大量計算時間的非線性的反演方法有了發展的前提。
波阻抗反演是利用實際地震資料，以地質鑽井和測井信息為約束條件，對地質構造和儲層物性進行求解的過程，是進行儲層預測和描述的必要手段。普通的高解析度地震剖面不能分辨薄儲層，而測井約束波阻抗反演技術以測井資料豐富的高頻信息和完整的低頻成分補充地震有限帶寬的不足，綜合地質、測井信息作為約束條件，得到高精度的波阻抗資料。
目前地震反演軟體主要有: 俄羅斯地礦部的 PARM，法國 CGG 公司的 ROVIM，中國石油大學的 ANNLOG，加拿大 Hampson-Russell 公司的 STRATA，荷蘭 JASON 公司的 JA-SON，丹麥的 ISIS。這些軟體各有特色，使用最多的反演軟體是 STRATA，它使用起來相當方便，無論是地質人員還是物探人員都可以直接做反演工作。
1.2.2.4 多源信息預測方法
1982 年，美國學者 C.D.Elifrits 將地理信息系統 ( GIS) 技術應用於房柱式開採煤礦地面塌陷，開拓了 GIS 在煤礦災害防治方面應用之先河。從 80 年代後期起，我國學者也引進了 GIS 技術，並且不斷拓展它的應用范圍，主要包括煤層頂板穩定性預測、煤礦突水預測、岩溶陷落柱的探測等，取得了一定的效果。GIS 技術的引入，為煤層頂板穩定性預測提供了新的思路和手段。