岩石波速的测量

地球物理实验2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，被图一波速测量实验装置框图输出同步样品输入同步样品发接射收SYC—2发射机SYC—3声波仪或HF-D超声仪发射探头发射探头接收探头接收探头SYC—2接收机地球物理实验3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样品FS样品FS地球物理实验4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﹣Ｔ０Ｖｐ=Ｌ／Ｔ同理我们可以计算出横波波速Ｖｓ。Ｔ=ＴS﹣Ｔ０ＶS=Ｌ／Ｔ编号岩性样品尺寸Ｌ(cm)T0(μs)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？