1. 我要做岩石声波测试，数据参数是什么
PT（Rock parameter test）型岩石波速测试仪|岩石声波参数测试仪
关键词：岩石波速、岩石力学、弹性波速、时域、频域
2. 三峡库区地质体工程加固的动弹力参数测试法试验研究
杨勤海
（中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）
【摘要】对三峡库区的松散地质体灌浆加固试验进行声波测试，即可获得松散岩体的主要地球物理动力学参数，为库区移民安置区的地基处理与合理开发提供科学依据，又可定量、全面评价三峡库区的松散岩体的稳定性。本文结合以往的声波测试成果，运用声波测试技术和方法，论述声波测试方法在研究库区测试松散工程体灌浆加固的效果。
【关键词】三峡库区松散地质体声波测试
1前言
在长江三峡库区移民安置中，奉节、巫山等不少城镇新址都遇到对复杂成因的第四系松散堆积层组成的滑坡、崩塌、岩溶等地质灾害体土地资源的开发利用问题。这些地带基本上是县城新址就地后靠的主要部位，由于其成因复杂，工程地质条件特殊，在县城迁建规划中未能充分加以利用，严重地妨碍了城市的建设和发展。第四系松散堆积体的地质成因虽然复杂、特殊，但是作为建筑地基，其工程地质条件并不很差，只要能进行充分论证，辅以必要的地质体改造工程，就可以为迁建城市所用，可增加迁建城镇的土地资源，产生巨大的经济效益和社会效益。近年来，对于这类复杂成因的第四系堆积体的研究成为工程地质界关注的焦点。本文介绍了声波测试技术及其在三峡库区工程地质体灌浆加固试验研究情况，结合以往在库区开展的一些有关岩土弹性参数与力学性质的关系方面的试验和研究工作，通过声波测试结果给出了工程地质体的力学指标，在一定程度上能够反映试验场地的动力学性质，可以定量、全面评价加固效果。
2试验场地地质条件与地球物理特性
2.1试验场地地质条件
试验场地选择在移民迁建急需且地质条件典型的地方，即奉节宝塔坪规划小区的赵家梁子一带和巫山二道沟四大家一带。因位置不同，试验场地的地质条件差别较大，反映了松散堆积体结构的不同性。各试验场地的岩性特征简述如下：
奉节第一组上部3m左右为第四系坡积含碎块石亚粘土，密实。下部为深灰色薄—中厚层泥灰岩，裂隙发育，岩层破碎，岩芯呈短柱状、饼状及碎块状。
奉节第二组上部为粉土含碎块石角砾，稍密，透水性弱，下部为碎块石，粘土充填，后经开挖验证：2m以上为坡积亚粘土含块石，密实；2m以下为黄褐色—灰色泥灰岩。岩层裂隙发育，强风化，在6m以上段裂隙被泥质充填紧密，6m以下段充填物较少。
巫山第一组上部13m以上段为绿灰色泥灰岩，中强风化，垂向裂隙发育，多被泥质充填，岩芯呈碎块状，钻进过程中3～12m段易垮塌，一般不漏水。13m以下为钙质粉砂质泥岩，暗紫红色，裂隙发育，岩芯仍较破碎。
按设计要求，每组试验均由7个钻孔组成，中间1孔，周边6孔，呈梅花状分布，其中3个为灌浆试验孔，4个为测试观测孔，奉节试验点孔深为20m，巫山试验点为18m。各孔浆液配比、灌浆量均不同。
2.2试验场地地球物理特性
根据以往在巴东黄土坡滑坡、万州关塘口滑坡等地及实测资料，试验场地完整岩体的声波速度一般在3000m/s以上。由于库区大部分地质条件较差，基岩上部的地层破碎、裂隙发育、完整性差。声波速度变化区间较大，多在700～2600m/s之间。声波在岩体中传播时，其参数的变化直接反映岩体的地质构造和物理力学性质。
声波测试岩体（石）的弹性力学参数是在快速瞬间加载情况下完成的，称为动力法。所测得的参数称为动弹性参数，如动弹性模量Ed、动泊松比μd、动剪切模量Gd等。只要测得岩体的纵波速度、横波速度，密度，则可根据下列工程式计算出岩体（石）的动弹性参数。
动弹性模量计算公式：
地质灾害调查与监测技术方法论文集
动剪切模量计算公式：
地质灾害调查与监测技术方法论文集
动泊松比计算公式：
地质灾害调查与监测技术方法论文集
式中：Vp——纵波速度（km/s）;
Vs——横波速度（km/s）；
ρ——岩石密度（g/cm）;
Ed——动弹性模量；
Gd——动剪切模量；
μd——动泊松比。
因此诸如纵波速度、横波速度、振幅、频率等参数，可作为评价工程岩体的定量依据，并可校验工程地质体灌浆加固的效果。声波测试主要是为了评价灌浆质量，而灌浆质量主要依据声波速度进行评价，根据声波测试获得的波速资料，结合地质资料，可准确定量评价灌浆效果，从而为试验场地的稳定性评价提供科学依据。
3测试方法及技术
要了解第四系松散堆积体灌浆加固效果且要求所采用的方法快速、经济，声波测试技术是满足上述条件的首选方法。经过反复比较研究，松散堆积体灌浆加固试验检测方法主要选择岩心测试、单孔声波测试及跨孔声波测试方法。
传播于固体中的声波是机械波。由于其作用力的量级所引起的变形在线性范围，符合虎克定律，也可称其为弹性波。声波测试与浅层地震、面波勘探同属弹性波测试技术范畴。声波测试所使用的波动频率从几十 Hz到50kHz（现场原位测试）和50kHz到500kHz（岩石及混凝土样品测试），覆盖了声频到超声频，在检测声学学科领域中仍称其为“声波测试”。由于采用的信号频率要高于地震波和面波的频率，因此有较高的分辨率，适用于对岩体等地质目标进行较细致的研究。测试动力学参数具有设备轻巧、测试简便、经济迅速等优点，而且许多大型工程都要考虑岩土的动力学特征，因此测量岩体的动弹性参数具有实际意义。
3.1岩心试件测试
先将所选柱状岩心切齐、磨平做好测试准备，后用纵波换能器、凡士林和岩心耦合进行纵波波速测试；用横波换能器、锡铂纸与岩芯耦合进行横波波速测试。
采用的仪器为CYC-4型超声岩石测试仪，BPFT型和WT型纵波探头频率分别为100kHz 25kHz;HT型横波探头频率为460kHz。表1列出了灌浆前钻孔取芯的岩样试件声波速度及相关动力学参数实测资料。
表1岩心测试成果表
3.2单孔声波测试
单孔声波测试是采用长源距一发双收探管，发射—接收间距50cm，接收—接收间距30cm。在钻孔（赋存井液的裸孔）内沿井壁发射、接收声波信息，测井时将探管下至井底，按测井点距（本次测试选用0.5m点距）向上测试，由笔记本计算机完成采集与存储，室内通过回放和资料处理拾取纵波，在采集波形中根据波形干涉点、幅度、频谱分析确定纵波初至走时，计算纵波波速。
测试使用的仪器为SSJ-4D全波列声波测井仪，井下探头：源距0.5m，间距0.3m，直径78mm；电缆长度300m。表2列出了此次试验场地灌浆加固试验中的不同期单孔波速实测资料。
表2奉节、巫山单孔波速表
3.3跨孔声波测试
跨孔声波测试法采用的是同步提升法：在其中一个钻孔（裸孔）内激发，另一个钻孔（裸孔）内接收，由孔底起始同步上升至上部，按测试要求点距向上测试，在一钻孔内由电火花（或剪切锤）发射信号、另一钻孔内由换能器接收声波信息，由仪器完成采集与存储，室内通过回放和资料处理拾取波形，在采集波形中根据波形干涉点、幅度、频谱分析确定纵波或横波初至走时，计算波速。
仪器采用SWS-1型多功能仪（北京水电物探研究所研制），测试激发源一般采用电火花（湘潭市无线电厂生产）或剪切锤两种激振方法。贴壁式三份量检波器接收。表3列出了此次试验场地灌浆加固试验中的不同期跨孔波速实测资料。
表3奉节、巫山跨孔波速表
4 试验场地力学参数及方法分析
4.1 力学参数明显提高
通过采用声波测井方法对灌浆效果的检测，工程地质体改性加固灌浆后力学参数明显提高。
（1）声波参数
①灌浆前：
a.含粘土松散岩土体（巫山），纵波速度1320m/s～1480m/s。
b.裂隙基岩破碎岩体（奉节），纵波速度810m/s～1100m/s。
②灌浆后：
a.含粘土松散岩土体（巫山），单孔波速平均提高11%，跨孔波速平均提高25%。
b.裂隙基岩碎裂岩体（奉节），单孔波速平均提高14.6%，跨孔波速平均提高65%。
（2）场地力学参数
①灌浆前：
a.含粘土松散岩土体（巫山），地基承载力[R]=557(kPa），凝聚力[c]=151(kPa），压缩量[Es]=8.9(MPa），摩擦角[φ]=36（°）。
b.裂隙基岩松动岩体（奉节），地基承载力[R]=388-438(kPa），凝聚力[c]=92～110(kPa），压缩量[Es]=6.9～7.3(MPa），摩擦角[φ]=25.6～29（°）。
②灌浆后：
a.含粘土松散岩土体（巫山），地基承载力[R]=636(kPa），凝聚力[c]=181(kPa），压缩量[Es]=10.3(MPa），摩擦角[φ]=41（°）。
b.裂隙基岩松动岩体（奉节），地基承载力[R]=504～568(kPa），凝聚力[c]=134～157(kPa），压缩量[Es]=8.1～8.9(MPa），摩擦角[φ]=31～37.1（°）。
4.2 测试方法的分析
由上述中可以看出岩心试件、单孔及跨孔的纵波速度存在明显的变化，这是因为岩心试件、单孔声波、跨孔声波3种方法的测试结果之间具有可对比性，每种方法所呈现的波速变化与岩石、岩质之间的关系是互相对应的，趋势是一致的。只是由于测试方法的不同，其结果亦表现出不同的特点。
岩心试件的测试一般是在规定尺寸上进行的。相对而言可以视为岩体一个点上的测试，测试频率范围为超高频率；单孔声波测试的间距是30cm，其所测的只是井壁圆柱体一个波长附近有限范围内的岩体声学特性，相对而言可以视为一段一维杆状岩体的测试，频率范围为高频；跨孔法在小孔距的范围内进行，与上述两种方法比较，测量范围要大的多，在较大的范围中，弹性波传播不但受岩质的制约，而且更重要的是受岩体结构面的控制。也可以视为二维平板状岩体上的测试，频率范围相对为低频。由于上述的差别，表现在波速参数上的关系是岩心试件测得的声速大于单孔声速，而单孔声速又大于跨孔声速（V岩芯＞V单孔＞V跨孔）。以上是符合客观规律的。岩心测试反映的是岩体点上的声学特性，单孔反映局部岩体的纵向声学特性，而跨孔却代表岩体的横向变化。
5结论与讨论
采用声波测试技术对三峡库区松散堆积体灌浆加固试验进行测试，取得了良好的效果，奉节、巫山两地的灌浆加固试验结果表明上述方法是可行的、有效的；声波测试不仅具有快速、简便、准确的特点之外，还是一种无损的测试方法，能够从整体上、全方位地评价灌浆质量。
应当指出，由于动力法是在瞬间加载情况下进行测试的，且对岩体施加的应力较小，因此，动、静弹性参数间存在一定的差异。为了满足当前工程技术界仍需将动弹性参数换算成荷载条件相近的静弹性参数的要求，有必要进一步研究二者之间的关系。但这个问题比较复杂，一般其对应关系因不同岩性和不同地区而异。实际工作中，往往要进行一定数量的动静弹性参数的对比测试，才能找出其中的对应规律。
参考文献
[1]郭建强等.地质灾害勘查地球物理技术手册.北京：地质出版社，2003
[2]林宗元.岩土工程试验手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1994
[3]陈仲候等.工程与环境物探教程.北京：地质出版社，1999
3. 岩石超声波测试和动态参数
9.2.1 影响超声波传播的主要因素
岩石的弹性波速度受到其矿物成分、结构、孔隙、含水、压力和温度等许多因素的影响。文献［4］对有关研究成果进行了详细介绍。
9.2.1.1 岩石构成对超声波传播的影响
火成岩中矿物紧密结合在一起，孔隙空间很小，弹性波速主要由矿物成分决定。纵波速度随石英含量增大而降低。而酸性火成岩的密度比基性岩小，因而火成岩的纵波速度与密度具有明显的正相关性，可以用线性关系进行回归。不过，不同研究者测试的岩石不同，给出的经验公式差别很大。如Birch给出的关系［10］是
υP=2.76ρ-0.98
而Volarovich和Bajuk给出的关系［11］是
υP=3.25ρ-3.46
式中，波速单位为km/s；密度单位为103kg/m3。火成岩的横波速度与密度也大致呈线性关系。
沉积岩不仅含有更多的孔隙，而且组成成分远比火成岩丰富、复杂。因此，沉积岩中波速与密度的关系远不如火成岩那样清楚。图9-1给出几类主要火成岩、变质岩和沉积岩的弹性波的平均值及变化范围，从中可以清楚地看出，沉积岩波速低于火成岩，且同类岩石的波速变化范围也较大。
图9-1 几类主要火成岩、变质岩和沉积岩的弹性波的平均值及变化范围［4］
9.2.1.2 孔隙对超声波传播的影响
沉积岩中有许多孔隙，孔隙内的空气对纵波的衰减极大，即使被水饱和，水中纵波速度也低于岩石骨架（matrix）中的速度；而横波只能在固体中传播。因而可以预期岩石中孔隙的增加将导致波速的降低。这对火成岩同样成立。文献［12］给出的水饱和砂岩试样的测试结果表明，纵波和横波的速度都大致以线性规律随孔隙率而降低。
9.2.1.3 温度和压力对超声波传播的影响
在压力作用下，岩石内部裂隙闭合，随着压力的增大孔隙也将逐步减小。因而在压力增加初期，声波速度增加很快，而高压力下速度则增加较慢。随着温度增加，岩石内的波速则有降低的趋势。对于随着深度增加，地壳岩石承受的压力和温度都将同步增加，因而波速随深度的变化比较复杂。浅部受压力影响较大，波速随深度增加；深部受温度影响较大，波速随深度增加而减小；其间也有波速保持不变的情况。在大陆地区的地壳底部，纵波速度都归化为8km/s左右。对于沉积岩中含泥质成分多、孔隙率大的岩石，波速受温度和压力的影响大；反之则较小。
9.2.2 岩样尺寸与超声波参数的选取
波速υ是岩石的特性参数，波长λ是波速υ与频率f的比值，λ=υ/f。因而在进行岩石试样的超声波测试时，为了能利用公式（9.1）和（9.2）计算弹性波的速度，必须选择合适的试样尺寸和换能器的频率。具体地说，就是波长必须大到可以忽略颗粒界面等的影响，能将岩石视为均匀弹性介质；同时波长必须小到可以将试样视为无限介质；而试样的直径与长度相比要大到可以忽视试样边界的影响。不过对试样尺度和波长的具体选取要求各个规程并不完全相同。
国际岩石力学学会标准化委员会（ISRM）规定：D≥10λ，λ＞d，L≥10d。美国实验和材料学会（ASTM）规定：D≥5λ，λ＞3d，5D≥L≥10d。D为试样最小横向尺寸；L为试样长度；d为岩石颗粒的平均尺度［2］。
水利水电工程岩石试验规程要求，测试所用换能器的频率应根据试件直径与材料性质在50 kHz至1 MHz选用，并满足D≥2λ［9］。其对试件尺度的要求是，圆柱体直径或方柱体边长宜为48～54mm，直径或边长应大于最大颗粒尺寸的10倍；试件高度与直径或边长之比宜为2.0～2.5。
9.2.3 岩石动静态参数的区别
杨氏模量、泊松比系数是岩石的重要参数，其确定方法在试验规程和教科书中均有详细说明，一般需要对圆柱试样进行单轴压缩试验。另一方面，由于超声波测试非常方便，且对岩石材料没有任何的损伤，通常在压缩试验之前都会对岩样进行超声波测试。基于弹性波理论，在测量岩石中纵波（P波）速度υP、和横波（S波）速度υS后，可以确定岩石的动态弹性模量和动态泊松比系数。
记 R=υP/υS，由公式（9.1）、（9.2），求得泊松比系数
νd=（R2-2）/2（R2-1） （9.4）
由波速比值R唯一确定，且随之增大而增大；继而求得弹性模量
岩石的力学性质
又由公式（9.1）得到
岩石的力学性质
通常将由超声波速度确定的参数称为动态参数，而压缩试验得到的称为静态参数。大量试验证明，岩石材料的动态参数与静态参数并不相同［3，4］，因而寻求二者之间的换算关系成为研究的目标。不过岩石种类繁多，内部存在不同的空隙、裂纹等微观结构，动态和静态参数之间的统一关系可能是不存在的。而超声波通过试样时岩石的变形极小，与实际工程中岩体的变形也完全不同。
如果试样内存在具有一定粘聚力、贯通整个试样的大倾角弱面，则单轴压缩强度和杨氏模量都会很低，但超声波速度仍可以很高。超声波测量时探头与试样端面之间的耦合，即润滑脂（纵波）或锡箔（横波），就是一个显著的弱面，但它们并不影响超声波的传播。另一方面，类似的张开裂隙可以阻止超声波的传播，而轴向压缩时裂隙能闭合承载，对平均模量和强度的影响并不显著。
9.2.4 动态泊松比
从式（9.4）可以看到，纵横波速比值R较小时不仅νd较小，而且其变动对νd的影响也较大（图9-2）。R小于 2时，得到的动态泊松比成为负值。由于岩石不是完全线弹性材料，负值泊松比完全可能的。但这并不意味着岩石在纵向发生压缩时横向也同样发生压缩。
文献［13］通过大量试验数据的比较，得到动态与静态泊松比系数没有关系的结论。毫无疑问，由于岩石的非均质性，以及横波速度存在测量偏差，动态泊松比的适用程度需要研究。
文献［2］对纵横波速比值R 小于 2的片岩和粉砂岩等七段岩心进行了单轴压缩试验，在轴向压缩初期侧向变形减小，并依据泊松比与体积模量K、剪切模量G的关系
ν=（3K-2G）/（6K+2G）（9.7）
从而认为泊松比的取值范围是-1≤ν≤0.5，出现负值是可以理解的。
图9-2 纵波、横波速度之比与动态泊松比
不过岩石并非均匀、各向同性和线弹性，并不能完全用上述公式描述，且实际测得的侧向变形都很小。因而负值的泊松比是否表示了岩石的真实行为，值得怀疑。下面仅就作者所得到负值泊松比的几种情形作一说明。
9.2.4.1 动态泊松比系数为负值
动态泊松比系数完全由纵波与横波的速度之比确定，而影响超声波速度的因素众多。岩样初期的非线性变形表明其内部存在裂隙，而裂隙使纵波速度降低。而测试横波时需要施加相当的接触荷载，有时可以减少裂隙等的影响。这也是某些岩石试样的动态模量低于其静态模量的根本原因［5］。
9.2.4.2 利用应变片测量变形
在岩样侧面粘贴应变片测量轴向和侧向变形是传统的方法。由于岩石结构的非均质性和屈服破坏的局部性，因此应变片测量的结果通常会随粘贴位置而不同。特别是，在试验机球形压头与岩样二者的轴线不一致，则加载初期岩样内变形将随位置显著变化。即岩样在受到压应力的同时，还承载一定的弯矩，某一局部产生轴向拉伸、侧向收缩变形是完全可能的，即结构力学上所称的大偏心受压。因而最好能在岩样外侧相隔120°粘贴三组应变片，而不是两组［9］，以检查加载是否均匀。
9.2.4.3 利用位移计测量
作者使用的RMT-150 B试验机，利用两个位移计测量岩样侧向变形。岩样端面加工质量、传感器的安装等原因，轴向加载时岩样位置可能发生宏观移动。而位移计没有与岩样固定为一体，其读数并不完全是岩样的侧向变形。这在前面第1章1.7.1节已经进行了讨论。
显然动态泊松比系数不能作为一个力学参数来表示岩石材料的变形特性。
4. 声波检测的应用
(1)在地质灾害勘察中的应用
声波测试技术在地质灾害勘察中的应用主要可以分为以下两个方面:一是工程场地及灾害地质体的勘察，包括:第一，断层、破碎带、滑坡体滑床等勘查;第二，探测地下岩溶、古洞、空洞、埋设物、矿区采空区等的空间位置及规模;第三，查明地下构造、渗漏带、水流通道和方位，圈定破碎带位置和范围;第四，建筑物地基、铁路、公路路基等不良地质体检测，水电站、核电站及大型桥梁桥墩选址勘查。二是对地质灾害防治工程施工过程中的监测及检测，包括:第一，岩体灌浆补强施工质量检测;第二，混凝土灌注桩完整性检测;第三，地面混凝土构筑物强度检测与评价;第四，地面混凝土构筑物缺陷(裂缝、空洞、不密实区等)检测;第五，边坡、洞室岩体爆破后松动范围检测;第六，喷锚支护法喷射混凝土厚度检测。
在关塘口滑坡勘察中的应用。关塘口滑坡位于重庆市万州区，滑坡区第四系地层广泛分布，有人工填土、滑坡堆积、坡积、崩积。上部岩性为第四系人工填土(以粉质粘土为主，夹砂、泥岩碎块石);崩滑堆积(为太白岩老崩滑体，分布整个滑坡区，为粉质粘土为主，夹砂、泥岩碎块石及砂岩孤石)。下部岩性为侏罗系中统上沙溪庙组，主要由紫红色泥岩和灰色砂岩组成，岩体完整，分布稳定。测试采用全波列单孔声波测井，使用的仪器是SSJ－4D全波列声波测井仪。工作主要是在设计勘察范围的上、中、下部的控制性勘探孔内进行的，覆盖了整个工区范围的各条剖面线。通过对各钻孔的声波测井曲线分析、对比、归纳，表5.5列出了根据所测声波曲线、钻孔资料，综合该区域地质情况得出的关塘口滑坡各地层岩性纵波波速结果。
表5.5关塘口滑坡主要地层岩性波速值
(2)在测井中的应用
图5.34是声波测试成果图与钻孔柱状图(ZK3钻孔)的对比图。该图包括钻孔柱状图、时差曲线、波速曲线、地质波速分层四部分。
图5.34声波测井成果图与钻孔柱状图的对比图
时差曲线是经原始数据计算处理的时差数据曲线。波速曲线是声波测井原始数据经过专业计算机软件处理后的重要成果，是判断、划分岩层和滑带的主要依据。波速曲线图较直观地反映了所测钻孔的波速变化情况，即地层、岩性变化情况。同时结合时差曲线和波速曲线给出了最终划分岩层的成果。孔声速变化特征表明波速大致可分为两部分，上部波速普遍较低(平均速度为1850m/s)，曲线变化幅度较大，曲线形态呈锯齿状，反映为松散粘土夹碎块石地层。下部波速普遍较高(平均为3100m/s)且变化幅度不大，曲线较平直，判断为完整的砂岩层。20.5～24m钻孔资料表明完整岩体内部存在裂隙破碎带。
由于场地条件复杂，地层破碎较严重，塌孔较多，大部分钻孔上部有套管护壁无法取得记录，故上部覆盖层中的滑带无法确定。依据声波测试成果推断解释的滑带，为上部覆盖层与下伏基岩的岩性分界部位。图中ZK3号钻孔的滑带位置在18.5m处。可以明显地看出此井段的声波速度、幅度及频率都发生了变化。可以看出声波测井记录与钻探所描述的情况相吻合，测试效果较好。
5. 工程岩体声波探测与浅震波速测试相比，有哪些共同点和不同点
声波探测技术是一种岩石（体）测试技术。它根据弹性波在岩体中传播的原理，用仪器的发射系统向岩石（体）中发射声（超声）波，由接受系统接收。由于岩体的岩性、结构面情况、风化程度、应力状态、含水情况等地质因素都能直接引起声（超声）波波速、振幅和频率发生变化，因此可通过接收器所接受的声（超声）波波速、频率和振幅了解岩石（体）地质情况并求得岩石（体）某些力学参数（如泊松比、动弹性模量、抗压强度、弹性抗力系数等）和其他一些工程地质性质指标（如风化系数、裂隙系数、各向异性系数等）。
6. 全国哪些单位做岩石声波纵横波检测工作 或者院校!急!谢!
在南方这边，做那个的比较实惠，且效果不错的你找江西理工大学大学的赵奎老师吧，他这些年一直在哪方面研究....
7. 超声波测试在岩石力学中有哪些应用
声波技术主要用来估算表岩石力学参数，比如泊松比，杨氏模量等，在石油工业中主要为后期的储层压裂做准备。正交偶极横波在评价岩石各向异性方面有不可取代的优势，此外纵波时差可以估算岩石孔隙度，国内外学者普遍认为斯通利波可以估算岩石的渗透率，但其准确性还有待完善，望采纳。
8. 如何采用声波测试技术进行围岩松动圈测定
正确答案为：C选项 答案解析： 松动圈的大小和分布，对于确定围岩破裂状态具有直接的意义。通过对松动圈的了解，可以确定围岩压力分布的一些基本情况，为确定支护参数，尤其是锚喷支护，提供重要依据。所以在矿山巷道中，进行松动圈测定是一项比较普遍的围岩检测工作内容。无论采用哪种测定方法，松动圈测定的实质就是围岩的裂隙发育状况测定，所以松动圈的测定不能反映出围岩的岩性种类和性质，不能获得巷道围岩的变形和位移状况，也不能计算围岩的其他力学参数。
9. 岩石声波速度的测量方法
岩石声波速度测量是研究岩石声学的一项基础性工作。由于目前地球物理观测所用的频率在10-1Hz（天然地震）到106Hz（实验室测量）之间，所以在考虑频散和孔隙流体对声波速度的影响时，要分别在实验室和野外对速度进行测量。
1.实验室内测量
在实验室内进行岩石声速测量需要特殊的测量系统和特殊的标本形状，所用频率一般在106Hz以上。因此，实验室内测量得到的实际上是超声波在岩石中的速度。
实验室内观测的主要方法是行波法。通过特殊的换能器（一般是压电晶体），首先将电磁振荡能量转换为声波能量，然后测量声波通过标本的时间。如果标本的长度是L，而实际测得的时间是t′，则速度为vp=L/t′。
2.野外现场测量
在野外，常用的速度测量方法是常规的地震测井、VSP和常规及全波列声波测井。
地震测井是利用一条电缆将检波器（或水听器）放入到井中，然后在井口附近放炮，激发地震波。通过记录从炮点到检波器的传播时间，可以根据公式vp=Δz/Δt计算出地震波的速度。
VSP是垂直地震剖面的英文缩写，是由常规地震测井发展起来的一种地震勘探方法。通过对VSP资料的处理和解释，可以计算出vp和vs。
在声波测井中，声脉冲发生器和接收器被固定在下井仪器内。通过测量两个或多个接收器之间的时间差，可以实现沿井轴的连续速度测量。
除了上述几种方法以外，还可以根据几何地震学中的有关公式直接从反射地震资料中提取速度信息。
10. 研究概况及主要进展
自从人类进行煤炭开采伊始，就存在煤炭顶板安全问题。多年来，国内外学者对煤矿顶板稳定性研究进行了不懈的探索，取得了大量的研究成果。特别是近 30 多年来， “块体理论”、“模糊评判法”、“灰色理论法”、“模糊聚类法”、“人工神经网络法”、“沉积学方法”、“层次分析法”、“地震属性法”、“地应力分布法”等多种方法，从不同角度分析了顶板稳定性，对煤矿的安全生产起到了指导性作用。
1.2.1 国外研究历史
1.2.1.1 引入沉积作用分析
据郭德勇等 ( 2002，2003) 资料，20 世纪 60 年代，Zienkwicz ( 1977) ，Goodman( 1968) ，Desai 等就将有限元引入地质研究中。20 世纪 70 年代，Elliott ( 1974) ，Ferm 等( 1978) ，Horne 等 ( 1978) ，Hylbert ( 1977) 等学者注意到沉积作用与顶板稳定性的联系，将沉积学理论引入到顶板稳定性的研究中，着重分析了河道作用和决口扇沉积对顶板稳定性的影响。20 世纪 80 年代初，Petranoff ( 1980) ，Bunnell ( 1982) 等尝试从沉积学角度对顶板条件进行了分类，Houseknecht 等 ( 1982) 则进一步将沉积条件与煤和瓦斯突出、煤层变化相联系，Truman 和 Horne ( 1982) 已开始尝试将此类研究成果用于指导生产: 查明了影响煤矿顶板岩层稳定性的主要沉积地质因素有冲刷与凸顶、滑面、擦痕、夹薄顶煤层的砂页岩互层等; 发现煤矿顶板岩层在垂向上和侧向上厚度和岩性变化很大，在矿井煤炭开采过程中顶板冒落、老顶来压和岩煤层突出往往发生在老顶砂岩与页岩的过渡部位。T.V.Petranoff ( 1980) 和 H.H.Damberger ( 1980) 指出，井下回采时，煤层顶板的质量取决于各种岩石类型的内在联系、同沉积构造、沉积早期的压实强度和后期构造特征诸因素。其中顶板的大部分特征可能与沉积作用或早期压实过程有关，后期的构造运动起着强化这些早期特征的作用。1982 年，美国学者 C.D.Elifrits 将地理信息系统 ( GIS) 技术应用于房柱式开采煤矿地面塌陷，开拓了 GIS 在煤矿灾害方面应用之先河。
20 世纪 90 年代，V.R.Shear-Albin ( 1993) 总结认为煤矿井下遇到的大多数控制问题可归因于开采煤层围岩的沉积作用或早期压实强度和后期构造特征诸因素。其中顶板的大部分特征表现在沉积特征和构造特征两方面。与此同时，在地质构造复杂的矿区多采用仪器探测技术，如利用地质雷达探测工作面前方地质构造和地质异常体等技术。前苏联地质学家更重视利用各类地质参数预测开采前方地质变化，如研究煤的物理化学特征来预测断层，统计地质数据进行构造变形分析; 前联邦德国在鲁尔区采用构造成因解析法、槽波地震等方法对工作面前方构造及顶板稳定性进行分析预测，均取得了良好的效果。
1.2.1.2 引入地震分析技术
20 世纪 70 年代与 80 年代期间，在石油地震勘探中用得最多的地震属性研究是基于振幅的瞬时属性。90 年代，地震属性技术取得了重大突破，其范围从计算单道瞬时同相轴属性到提取复杂的多道分时窗的地震同相轴属性以及到生成地震体属性。地震属性技术的应用范围也从简单检测振幅异常发展到检测流体前缘随时间的变化。
1994 年，Amoco 石油公司开发了可用于描绘断层和地层特征的三维相干算法，在1995 年的第 65 届 SEG 年会上，Amoco 石油公司公布了一项用于描述断层和地层特征的解释性处理技术，即相干体 ( Coherence Cube) 技术。相干体技术的出现在地球物理界引起很大的反响，被视为三维地震领域尤其是资料处理解释方面的革命，加深了人们对三维数据体的地质理解。
1995～ 1996 年，Bahorich 和 Farmer 把地震相干性技术从其他地震数据处理技术中分离出来，将相干性作为一种独立的地震属性展示在物探工作者面前，并指出，对应于该项技术的相干算法在地质构造检测方面特别有效，可突出地下地层的细微变化。
在此期间，Mikes S.Bahorich 发表了关于相干数据体的论文，借助三维相干数据体解释地震资料不连续性成像的断层和岩性变化区带。Kenneth A.Ortmann 应用三维相干数据体研究大地构造的扭曲运动，延伸了相干数据体的应用领域。Schlumberger-GeoQuest 地震解释软件公司也把与相干体技术对应的软件推向市场，加速了相干体技术的应用和普及。
Marfurt 等在 1998 年和 1999 年分别提出了他们的研究成果 ( 李增学，1994) ，讨论了用基于相似的相干算法计算三维地震属性和存在构造倾角的相干计算方法。Marfurt 等人在原有的 C1、C2和 C3相干算法的基础上，对相干算法进行了一定程度的改进。
1.2.2 国内研究进展
1.2.2.1 传统地质学分析
国内一些学者从含煤地层沉积环境入手，在分析煤层及其顶板形成沉积条件的基础上，按不同沉积模式分别建立了区域性沉积模式与顶板稳定性关系，对顶板稳定性进行了成功预测。葛道凯 ( 1994) 、彭苏萍 ( 2000) 、孟召平 ( 2002) 等就沉积层序和顶板砂体厚度变化诸方面对顶板冒落性影响进行相似模拟试验研究的基础上，提出了顶板稳定性地质模型，并指出煤层顶板性质基本上取决于沉积建造亚相特征，顶、底板原始沉积环境的空间分布控制了采场顶板整体质量。提出从影响顶板稳定性的地质因素入手，结合岩石力学和采矿工程学的研究方法对煤层顶板稳定性进行了较详细的研究。
于双忠 ( 1994) 和彭向峰 ( 1997) 等从工程地质分析方法入手提出了煤矿巷道围岩稳定性评价新方法: 首先选定 4 个主要的影响因素，即岩石强度、结构面、水对岩体的影响及原岩地应力状态，然后把这 4 个指标综合到一张分类图表中。丁述理 ( 1998) 等建立了单因素分析、综合评判的研究方法: 根据能独立反映某地区某段岩石 ( 体) 工程稳定性的一些独立的因素或变数，如岩石的单向抗压强度、分层厚度、裂隙发育程度、岩性、岩石的形成环境、岩心完整性、岩心采取率等钻孔资料获得的信息，分析这些单因素的评价结果，去粗取精、去伪存真、综合评判，从而有效地削弱各种技术因素、自然因素和人为因素的影响，使最终分析结果能更准确地反映顶板岩石工程稳定性的实际情况。孟召平、程浪洪 ( 2007) 等分析了淮南矿区地应力条件，通过现场地应力测量和理论分析以及数值模拟计算，探讨了圆形硐室围岩应力分布和不同侧压下回采工作面顶板稳定性分布，得出了回采工作面顶、底板稳定性与侧压系数大小密切相关的结论。
徐东强 ( 1999，2000) 等提出运用块体理论法进行矿体顶板稳定性分析，通过详细的现场结构面调查，采用赤平极射投影或矢量分析方法，确定采场中的优势结构面产状，判断由优势结构面所切割块体的稳定性。
1.2.2.2 顶板稳定性的定量分析进展
从 20 世纪 70 年代起，我国的一些科研工作者开始了针对顶板稳定性的岩体工程力学数学方法及结合计算机进行的模拟运算，以期对煤层顶板稳定性进行定量评价和预测。涂敏 ( 1995) 利用模糊类聚法分析了煤层顶板稳定性; 杨双锁等 ( 1997) 利用有限元法对采场顶板稳定性进行了定量分析及分类研究; 张树光等 ( 2000) 应用离散元法对顶板稳定性进行了分析，如通过采用水平层状、正交节理模型顶板建立模型，检测整个顶板的变形来实现其稳定性预测和分析; 曹庆奎、蔡振禹 ( 2004) 利用加权灰色模型评价了煤层顶板稳定性，经过实例分析提出了主观赋权法和客观赋权法相结合的灰色加权关联度综合评价法，该方法可较好地反映出煤层顶板地质条件的灰色性特征，使评价结果客观合理; 文晓红、杨晓东 ( 2004) 提出了将单因素分析、模糊二级评判法相结合的方法来研究煤层顶板稳定性，合理选择能反映煤层稳定性的单因素地质因素，可以极大限度地利用现有勘探成果资料，合理地考虑各种因素来评判顶板综合质量，该方法简单、灵活，评判结果较为准确; 夏玉成、樊怀仁 ( 1998) ，朱宝龙、夏玉成 ( 2001) ，凌标灿等 ( 2003) 针对模糊综合评判模型需要确定因素权重集和隶属函数的人为性等缺点，提出运用人工神经网络定量评价矿井构造，通过构造网络，进行学习训练，得到评价模型，然后进一步计算和预测，该方法可避免偶然性引起的误差，在条件比较复杂或应用单因素难以判断时，获得了明显效果; 李增学、刘海燕等 ( 2004) 提出了应用层次分析法评价煤层顶板稳定性，在确定影响因素权值后，对研究区进行综合分区，依据沉积条件、构造发育特点和岩石力学特征，按照基本因素权重大小进行复合叠加，最终完成定量评价。
1.2.2.3 地球物理探测技术研究
( 1) 地球物理勘探方法的应用
从 20 世纪 60 年代以来，矿井地球物理勘探方法受到人们的普遍重视。如岩体原位应力测量、高精度重磁探测、各种波法、直流电场层析成像、放射性红外测量、孔中电视与防爆测井、磁偶源频率探测与地电法等。近几年，随着计算机技术水平的提高，各种测试仪器的现代化水平也不断提高，体积小、灵敏度高、存储信息量大、操作简单而功能强大的声波测试仪的应用，给煤层顶板稳定性监测带来了很大的方便。
对地质构造探测有显著优势的煤田地震勘探在我国起步较晚。在 20 世纪 80 年代中期以后，蓬勃发展并臻成熟的高分辨率数字二维地震勘探技术在煤田勘探中得到广泛应用。魏树满 ( 1998) 利用钻孔声波测试数据，提出了对岩体进行较精确的速度分层的一种数据处理方法，并通过理论模型及实际声波测试资料对层析技术进行了分析论证。王宏图等( 1989) 利用岩体地应力声波测试方法确定了四川某矿岩体内松动圈范围。徐东强等( 1999) 利用声波测试技术在金厂峪金矿难采矿体顶板稳定性研究中成功预测出了顶板松动圈厚度以及破碎带位置和厚度。郭学彬等 ( l999) 应用声波探测技术探测爆破作用对矿柱损伤的程度和影响范围，为研究矿柱的稳定性提供了依据。王辉、黄鼎成 ( 2000) 利用地震层析成像技术，根据岩体结构理论和地震波在软弱结构面的传播特性，利用地震层析成像技术，实现了岩体稳定性的准确探测与软弱结构面的空间定位。吴文金等 ( 2000)运用岩体声波探测技术测定了淮北芦岭煤矿巷迈围岩松动圈，进行了围岩稳定性分类，为芦岭煤矿今后的巷道支护设计提供了依据。
( 2) 地震信息解释技术的应用
进入 20 世纪 90 年代中期，有效探测小构造的三维地震技术得到应用，近年来基于三维地震信息精细解释构造的地震属性技术和相干/方差体技术得到重视和发展。
相干/方差体技术利用相邻道地震信号之间的相似性来描述地层、岩性等的横向非均匀性，特别是在识别断层以及了解与储集层特征密切相关的砂体展布等方面非常有效。利用相干/方差算法对三维地震数据体进行相干处理后就可得到对应的三维相干/方差数据体。应用三维相干/方差时间切片进行构造解释和岩性解释，可以帮助解释人员迅速认识整个工区断层等构造及岩性的整体空间展布特征，从而达到加快解释速度及提高解释精度、缩短勘探周期的目的。
国内对相干技术的讨论相对较晚，基本上是借鉴、吸收消化国外的先进成果。石油行业于 1996 年开始使用相干体技术并取得了较好的效果。佘德平、曹辉 ( 1998) 等发表了相干数据体研究成果，提出了相干数据体的制作方法并论述了三维相干数据体在实际资料解释中的应用，证明了相干体技术有效、快速和无需人工干预等特点; 杜文凤 ( 1998)的研究表明，在断层解释、采空区圈定、巷道检测等方面应用相干体技术能解释落差为3m 左右的小断层，并且比常规解释方法更直观、快捷。
对于方差数据体，目前研究成果较少。林建东 ( 2000) 的研究表明，方差技术能够更好地满足矿井建设的要求，准确解释含煤地层中落差更小的断层，而且可以更加准确地给出断裂带的产状和延伸方向，也可探明更小的地质异常体。常锁亮 ( 2003) 等则在方差体技术应用小断层、陷落柱等地质异常体良好的自动识别能力方面进行了有效的探索。地球物理技术已经成为高产高效煤矿生产中必不可少的手段。近几年来，地震属性技术受到地球物理界的极大关注。地震属性研究已经成为地震数据处理和解释中重要的研究内容之一。地震属性技术在我国的发展，起步于 20 世纪 80 年代中后期，主要的目的是将地震属性应用于油藏描述。郭彦省、孟召平 ( 2006) 等介绍了应用地震属性技术预测煤层顶板岩性的方法，通过应用交会图、相关分析方法，对钻孔处地震属性与煤层岩性关系进行分析，优选地震属性，将得到的地震属性用神经网络来识别，进而进行应用和预测，取得了较好的应用效果。
地震属性 ( seismic attribute) 指的是那些由叠前或叠后的地震数据，经过数学变换而导出的有关地震波的几何形态、运动学特征和统计特征，它是地震资料中可描述的定量化特征，代表了原始地震资料中所包含的总信息的子集。现在广泛应用的地震属性有 20 多种，并且新的地震属性还不断地从地震数据中被挖掘出来。单一的地震属性所提供的信息往往是片面的，需要对众多复杂而又相互关联的地震属性进行更深入、更贴近本质的认识。
地震属性的分类至今没有统一的标准，不同的学者分别提出过不同的属性分类。结合煤田地震勘探的特点，可以根据运动学/动力学特征把地震属性分成 8 个类别: 时间、振幅、频率、相位、波形、相关、吸收衰减、速度。地震属性的类型很多，要根据解决的地质问题来选择相应的地震属性。
( 3) 地震反演技术
自 20 世纪 70 年代以来，地球物理学家提出了多种地震反演方法。地震反演具有明确的物理意义，是预测岩性的确定性方法，在实际应用中取得了显著的地质效果。
地震反演是利用地表观测地震资料，以已知地质规律和钻井、测井资料为约束，对地下岩层空间结构和物理性质进行成像 ( 求解) 的过程，是反演地层波阻抗 ( 或速度) 的地震特殊处理解释技术。
地震反演通常指波阻抗反演。波阻抗反演技术是岩性地震勘探的重要手段之一，根据钻孔测井数据纵向分辨率很高的有利条件，对井旁地震资料进行约束反演，并在此基础上对孔间地震资料进行反演，推断煤系地层岩性在平面上的变化情况，这样就把具有高纵向分辨率的已知测井资料与连续观测的地震资料联系起来了，实行优势互补，大大提高了三维地震资料的纵、横向分辨率和对地下地质情况的勘探研究程度 ( 李庆忠，1993) 。
地震反演方法基于介质模型的假设条件不同，有直接离散反演方法和波动方程连续估计反演方法; 基于研究域的不同，有时域反演方法和频率域反演方法; 从实现方法上可分为 3 类，即递推反演、基于模型反演和地震属性反演; 基于求解方式的不同，有直接反演方法、迭代反演方法和搜索类反演方法。
近年来，随着勘探地球物理学的发展，非线性反演方法突飞猛进。除一些传统的非线性反演方法，如梯度法 ( Gradient method) 、牛顿法 ( Newton method) 和蒙特卡洛法( MonteCarlo method) 外，一些启发式的反演方法，如模拟退火法 ( Simulated Annealing) 、遗传算法 ( Genetic Algorithm) 、人工神经网络法 ( Artificial Neural Networks) 、小波分析法( Wavelet Analysis) 等应运而生。随着并行计算机的出现，需要大量计算时间的非线性的反演方法有了发展的前提。
波阻抗反演是利用实际地震资料，以地质钻井和测井信息为约束条件，对地质构造和储层物性进行求解的过程，是进行储层预测和描述的必要手段。普通的高分辨率地震剖面不能分辨薄储层，而测井约束波阻抗反演技术以测井资料丰富的高频信息和完整的低频成分补充地震有限带宽的不足，综合地质、测井信息作为约束条件，得到高精度的波阻抗资料。
目前地震反演软件主要有: 俄罗斯地矿部的 PARM，法国 CGG 公司的 ROVIM，中国石油大学的 ANNLOG，加拿大 Hampson-Russell 公司的 STRATA，荷兰 JASON 公司的 JA-SON，丹麦的 ISIS。这些软件各有特色，使用最多的反演软件是 STRATA，它使用起来相当方便，无论是地质人员还是物探人员都可以直接做反演工作。
1.2.2.4 多源信息预测方法
1982 年，美国学者 C.D.Elifrits 将地理信息系统 ( GIS) 技术应用于房柱式开采煤矿地面塌陷，开拓了 GIS 在煤矿灾害防治方面应用之先河。从 80 年代后期起，我国学者也引进了 GIS 技术，并且不断拓展它的应用范围，主要包括煤层顶板稳定性预测、煤矿突水预测、岩溶陷落柱的探测等，取得了一定的效果。GIS 技术的引入，为煤层顶板稳定性预测提供了新的思路和手段。