岩石波速的测量

实验一 岩石波速的测量

（一）实验目的：

室内岩石样品的测量是野外现场测定地质解释的基础。熟练使用声波仪，掌握波速测量的方法，学会正确识别纵波及横波。

（二）设备：

1. SYC-3型超声岩石参数测定仪或HF-D超声仪 2. 超声探头一对（发射、接收各一个） 3. 游标卡尺

4. 耦合剂（凡士林或黄油、真空脂） 5. 铝铂或聚碳酸脂（用于横波探头耦合） 6．标本测试架。

（三）原理及装置：

大多数岩石，都服从基于线性理论的虎克定律，即小的形变与所施加的载荷成正比。在岩石介质中，超声波的传播遵循弹性波动方程。从而可得到两部分，无旋波和等体积波即纵波（Ｐ波）和横波（Ｓ波）。超声波实质上就是质点振动在介质中传播的过程。如何产生振动，我们采用压电陶瓷，用声波仪产生高频电脉冲激发压电陶瓷片，使它产生机械波即振动，这振动经探头与样品间的耦合层后，在介质中传播，到达样品的另一端时，被

发射探头

接收探头

图一 波速测量实验装置框图 SYC—2发射机输出 同步发射探头样 输入 同步 接收探头SYC—2接收机

品SYC—3声波仪或HF-D超声仪

发 接 射 收 样 品 2

地球物理实验

接收探头接收，接收探头反之将此振动又转换为电脉冲信号送入声波仪中，这脉冲发射与接收间的时差由一高精度的时间测量装置测出，扣除波在探头于样品间的耦合层中的传播时间Ｔ０，即得到波在介质中的传播时间Ｔ，从而得到介质的波速。本实验的装置如上面图一所示。

（四）实验步骤：

1．选择合适的样品，将所要测量的岩石加工成园柱体，两端面加工光滑，且平行度小于３丝。

2．用游标卡尺精确测量标本的长度Ｌ。

3．选用合适的超声探头，为了满足无限空间的条件，所选择的超声波波长应小于岩石样品线度的十分之一；同时，若选择波长过小，以至可以与岩石中矿物颗粒的尺度相比较，则矿物颗粒的散射将突出，所以波长应同时比矿物颗粒的线度大五倍以上，即要考虑脉冲穿过岩石的距离应至少为平均粒径的十倍。 4．测量Ｔ０：

在探头上涂上一层耦合剂，然后将探头对合，按紧，这时在声波仪上即可看到发射波形，调整时标至波形的初动，这时的时间Ｔ０即为波在探头间的传播时间。 5．测量Ｔｐ：

将发射探头与接收探头分别置于样品的两端，如图二，在探头与样品之间涂上耦合剂，

图二 波速测量探头放置示意

然后压紧。调整声波仪的时标至波形的初动，即可在声波仪的时间窗内读出超声波的传播时间Ｔｐ。 6．测量Ｔｓ：

调整声波仪的频宽及衰减旋钮，使在示波器上能较好地辨认出横波，再将时标调至横波的起跳点上，即可在时间窗读出时间Ｔｓ。测量横波时也可将接收探头放置在样品的一侧，如图三（多用于方形样品），这样横波的信号可能要强一些，更便于识别，要注意这

图三 横波测量示意

F

S

F 样 品 S样 品 3

地球物理实验

时波通过的距离已不是样品的长Ｌ，而是样品一端至接收探头的中心的距离Ｌ′了。当然若使用横波探头测量时，横波更易识别，这时要注意发射及接收探头上的标记，要相对齐方可。横波测量也要改变耦合剂的使用，可用铝铂，聚碳酸脂等。 震相识别可参考实验二。

（五）实验结果处理：

计算纵波波速，将测量纵波时读出的时间Ｔｐ减去探头间的走时Ｔ０，才是真正的波在样品中的传播时间Ｔ，再根据波速公式，即可计算样品中的纵波波速： Ｔ=Ｔｐ﹣Ｔ０ Ｖｐ=Ｌ／Ｔ 同理我们可以计算出横波波速Ｖｓ。

Ｔ=ＴS﹣Ｔ０

编

岩 性

号

样品尺寸 Ｌ (cm)

T0 (μs)

ＶS=Ｌ／Ｔ TP (μs)

TS (μs)

Vp (km/s)

VS (km/s)

（六）思考题：

1．耦合的好坏对波速、振幅会有什么影响？ 2．对探头压力的变化对波速、振幅会有什么影响？ 3．波速的测量是否与样品的大小有关？

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