1楼：中地数媒
面波存在的理论证明是英国瑞利首先发现的，故称瑞利面波。该波的质点位移不仅与传播距离、传播深度和频率有关，也与介质的性质有关。在理想的情况下（泊松比σ=0.
25），瑞利面波振动的水平分量dx和垂直位移分量dz之间的关系为
环境地球物理学概论
式（6.3.1）为椭圆方程，说明在介质表层附近瑞利波质点的位移轨迹是xz平面的逆时针旋转椭圆，其长短轴之比为3∶2。瑞利面波的传播速度
环境地球物理学概论
经分析和计算可知瑞利面波的主要能量集中在z/λr＜0.5的深度。当深度达z/λr＞1之后，瑞利面波迅速衰减。
说明瑞利面波在介质中传播深度不超过1个波长，其能量主要集中在1/2波长深度范围之内，dx和dz在介质中衰减呈指数规律，在表层其传播能量与距离的一次方成反比，衰减较慢，传播较远（体波在介质中是与距离平方成反比衰减），是面波用于表层勘查的优点所在。
图6.3.1 瑞利面波工作方法示意图
瑞利面波数据采集系统的排列如图6.3.1所示，激发震源与检波器在一条直线上，检波器p1，p2分别等距离置于测点o两侧，震源与两检波器之间距离相等为x（见图6.
3.1）。当完成一次激发观测之后，震源（锤击）移至另一侧等距离位置进行激发采集数据。
检波（器）距x通常以测点o为中心，成倍数递增。随检波（器）距增大，探测深度也相应增大，要求震源能量也要增大。
瑞利面波的资料处理也是自动完成的，处理流程如图6.3.2所示。
经过一系列分析处理，求出各种频率面波相对应的速度vr和波长λr，绘离散分布曲线，通过反演计算得出表层岩土介质的分层与结构。
近年日本提出一种利用具有固定系列振动频率的震源，用改变震源振动频率来调节探测深度。因此，接收仪器和资料处理都和上述方法有所不同。有人用gr-810浅层**仪，用改变激发频率的方法探测公路路面结构，可以明显分出路面沥青层、碎石层、砂砾层和粘土层。
瑞利面波的一个探测实例是防渗墙工程质量检测，如图6.3.3所示。
一般防渗墙的厚度为0.2 m，探测所得的瑞利波速度是在原背景值的基础上增加了防渗墙的影响，使测得速度值高于原背景值。由于防渗墙的厚度相对较小，所增加的速度值不是很大。
人工填土的波速一般为150 m/s左右，而在同一地段测得有防渗墙影响的堤段波速一般为200～250 m/s左右。因此，根据瑞利波测定的波速值判断防渗墙的强度较为困难。但是，瑞利波对高喷防渗墙出现的蜂窝、离析、胶结不良或空洞等则反映异常灵敏，一般可据频散曲线的特殊异常反映如离散性等来判断防渗墙存在的缺陷和异常部位。
对某大堤7+240～7+255堤段布置4个瑞利波探测点，比较分析4个频散曲线（图6.3.3）的形态不难看出，在7+245点处，频散曲线光滑连续。
反映出该点处高喷墙胶结良好、均匀连续。在7+240、7+250和7+255点处，频散曲线明显离散，波速急剧下降，表明此3点处的高喷墙体胶结质量欠佳，是可能存在松散带的位置。该处刚好是1994年6月喷砂冒水位置。
图6.3.2 瑞利面波资料处理流程图
图6.3.3 瑞利波探测频散曲线7+240～7+255测点
瑞利面波法的方法特点,可用来解决哪些地质问题?有什么优缺点?
2楼：匿名用户
瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波传播的频散特性，利用人工震源激发产生多种频率成分的瑞雷面波，寻找出波速随频率的变化关系，从而最终确定出地表岩土的瑞雷波速度随场点坐标(x，z)的变化关系，以解决浅层工程地质和地基岩土的**工程等问题.
可以解决的问题：（1）地层划分（2） 地基加固处理效果评价 (3) 岩土的物理力学参数原位测试
(4) 公路、机场跑道质量无损检测 (5) 地下空洞及掩埋物的探测 (6) 饱和砂土层的液化判别（7） 其他方面的应用：滑坡调查、堤坝危险性**、基岩的完整性评价和桩基入土深度探测等。
优缺点：瑞雷波的独特之处是它不受地层速度差异的影响，折射波法和反射波法对于波阻抗差异较小的地质体界面反映较弱，不易分辨，尤其是折射波法要求下伏层速度大于上覆层速度，否则为其勘探中的盲层，瑞雷波法则不存在这类问题。但瑞雷波法的勘探深度受方法本身的限制，明显不如前两者，而纵横向分辨率又高于前两者。
更多的知识请参考相关的专业教程，希望可以帮助到你。
瑞利面波
3楼：中地数媒
在一个弹性分界面上形成的反射波和折射波，从三维空间来说它们随着时间的增加向整个弹性空间的介质体积内传播，因此这些波又统称为体波，意指它传播时存在于整个空间体积内。相对于体波而言，在弹性分界面附近还存在着一类波动，从能量来说它们只分布在弹性分界面附近，因此统称为面波。其中分布在自由界面（地面）附近的面波由英国学者瑞利（rayleigh）首先于1887年在理论上确定，称为瑞利面波。
它在天然**中产生时对地面建筑物破坏性极大，在中深层**勘探中则作为“干扰”而经常出现，近来在浅层工程**勘探中又对它加以利用而形成了一种称之为“面波勘探”的新方法。在深部二个弹性介质分界面附近还存在一种类似于瑞利面波的面波，称为斯通利（stoneley）面波。它在地面观测不到，只在测井资料中出现。
此外在近地表覆盖层中还可能出现一种称为勒夫（love）面波的sh型波。它虽然称为面波，实际上并不是严格意义上的面波，只是一种导波，在目前实际工作中用途也不是很大。因此，本节主要研究瑞利面波及其传播特点。
为简便起见，只讨论在xz平面内的二维问题。瑞利面波存在的物理模型是半无限弹性空间，空间内充满弹性常数为λ、μ密度为ρ的介质，其上为空气。令x轴与自由表面重合，z轴垂直自由表面向下。
由于瑞利面波的能量只集中于自由表面附近且沿x轴方向传播，故**它的解应该是沿x轴方向传播且振幅沿z轴方向迅速衰减的一种振动，位移位形式为
**波场与**勘探
式中：a、b、k、ε、是常数，且k＞0，ε＞0；f是频率，vr是瑞利面波传播速度。
将解（1-4-24）式分别代入波动方程（1-2-10）式、（1-2-11）式中，可得到k，ε值分别为
**波场与**勘探
式中：。以位移表示的自由边界条件是（1-4-14）式，将位移与位移位的关系
**波场与**勘探
代入（1-4-14）式，得到由位移位表示的自由边界条件
**波场与**勘探
将位移位（1-4-24）代入自由边界条件（1-4-27）式中，可得求解a、b的方程组：
**波场与**勘探
欲使方程组（1-4-28）式有非零解，需要其系数行列式为零，即
**波场与**勘探
将ξs、ξp的表达式代入，即可得到瑞利方程：
**波场与**勘探
平方，去根号，化简整理后得：
**波场与**勘探
这实际上是关于
的一元三次方程。如果面波存在，则vr必须有大于零的实数根才有意义。分析（1-4-30）式可以看出，当vr＝0时，
，因vs＜vp，故f（vr）＜0；当vr＝vs时，f （vr）＝1＞0。由此可见，在0＜vr ＜vs 间隔内至少有一个实数解，因此可以证明瑞利面波在自由表面总是可以存在的。
当介质为绝对刚体（不可压缩的固体）时，vp∞，则（1-4-30）式变为
**波场与**勘探
解此三次方程，可求得一个实根
，其他二个均为复数根，无意义。因此在这种介质中面波速度vr＝0.95vs，说明面波传播得比横波还要慢。
瑞利方程（1-4-29）中没有周期、频率等参数，说明瑞利面波的速度与波的周期、频率等无关。这是在完全弹性半空间条件下的结果。在实际介质中，近地表处总会有一层疏松的覆盖层，它可能是近地表风化带。
在这种条件下瑞利面波的速度与波的周期、频率等有关。近年来发展的面波勘探主要利用这一性质。
将位移位表达式（1-4-24）代入位移与位移位的关系式（1-4-26），可以得到瑞利面波的质点位移，考虑到（1-4-25）式和（1-4-28）式，并只取实数部分，可得：
**波场与**勘探
式中，a为任意常数，
**波场与**勘探
图1-4-9 瑞利面波的传播示意图
由此可见，瑞利面波的质点位移由x轴方向上的振动u和z轴方向上的振动w所组成，这两个方向的振动在相位上相差90°，而且它们的振幅大小也是不同的。由此得出结论：瑞利面波使介质质点沿椭圆轨道运动，因此它是在面上的椭圆极化波（图1-4-9）。
为了使问题有数量的概念，假设介质为特殊的泊松体，即λ＝μ，则
，由瑞利方程（1-4-30）可求出vr≈0.92vs，代入（1-4-32）式可得：
**波场与**勘探
分析上式可以看出，介质质点振动的振幅随深度z迅速地衰减，而且衰减系数与瑞利波波长λr成反比。因此，面波波长越大，波随离开自由表面的深度衰减得越慢，即面波在介质中穿透得越深。在面波勘探中，一般认为瑞雷波波长λr即为其穿透深度。
现以 为参数，按公式（1-4-34）计算位移u和w，其图形示于图1-4-10。
图1-4-10 瑞利面波质量点位移图
从图中可以看出，位移垂直分量w恒为正值，且在
附近有极大值，位移水平分量u在
为0.1～0.2之间其数值改变符号。
因此，在地面附近z＝0处（u＝0.42，w＝0.62），从式（1-4-34）看出，由于u是正弦函数，w是余弦函数，且u和w同号，两者合成之后形成一个长轴垂直地面的、质点向逆时针方向转动的椭圆轨迹，椭圆的长短轴之比
，如图1-4-10所示。随深度z增加，位移水平分量u变号，质点向反方向作顺时针方向的椭圆运动，且由于w值总是大于u值，它仍是一个长轴垂直地面的椭圆，仅仅是幅度变小了。
可以同样地研究三维空间中瑞利面波的传播问题，其结论同二维空间是一样的。在三维空间中，由于面波的能量差不多只集中在大约等于一个波长λr 的范围内，因此瑞利面波从震源o出发传播时，其波前是一个高度为h＝λr 的圆柱面，如图1-4-11所示。如果震源的作用时间为δt，则与面波有关的振动将发生在厚度为
δr＝vrδt
的圆柱层界限内，圆柱层外围为其波前，内周为波尾。该圆柱层的体积为
**波场与**勘探
图1-4-11 瑞利面波波前示意图
其中 是面波波前波尾中间圆的半径。由于震源的能量是一定的，所以能量密度随波的传播半径r增大而减少，其振幅将随
而衰减，这比体波按1/r的球面扩散的衰减要慢得多。这样，在远离震源处，面波有可能强于体波。这就是为什么在中深层**勘探中把面波看成干扰而必须有效地消除其影响的原因之一，也是为什么在工程**勘探中发展了面波勘探的原因之一。