S波在工程地球物理中的应用

工程地球物理的目的

地下结构是三维的，一维钻孔或标准贯入实验（SPT）虽然探测效果较为直观，但其探测范围较小，成本较高，只能提供单点区域信息，无法做到大面积探测，而工程地球物理则以其探测范围广，技术手段丰富和价格相对低廉的优点，被广泛应用。

工程地球物理方法主要应用于

• 探索构造薄弱区，避免地陷或沉降；

• 确定土壤动参数，从而计算地基强度；

• 圈划地质结构，避免不良地质、空洞等；

• 施工监测，如避免隧道掘进机被卡死等；

S波在工程地球物理中的优点

地震探测对岩石机械性能较为敏感，可通过测量获得岩土工程师所需的岩石和土壤力学参数；

• 与剪切模量直接相关；

• 相比P波探测分辨率更高；

• 不受地下水位影响；

• 与应力引起的各向异性直接相关；

剪切模量与S波地震探测的关系：

G=ρ·Vs2,其中G为剪切模量，ρ为介质密度，Vs为S波波速。

不同探测方法的剪切模量与剪切应变比例关系

相比P波探测分辨率更高：

与P波探测相比，在同样的介质中，S波往往振幅较大，而波速较低波长较短，振幅较大则信号质量好，波长较短则分辨率高。

同介质条件下S波与P波的波长对比

不受地下水水位影响：

S波一般无法在流体中传播，水作为孔隙流体对S波传播没有贡献。

地下水会到导致P波探测分辨率降低，而S波不受影响

与应力引起的各向异性直接相关：

S波在传播过程中具有水平极化（SH）和垂直极化（SV）两个极化方向，可获取更多的地质构造与岩石物理参数信息。

S波的水平极化与垂直极化

S波在工程地球物理中的应用

• 孔中波速测试（DHT）；

• 跨孔波速测试（CHT）；

• 跨孔层析成像；