管波探測法XX省地質(zhì)物探工程勘察院XXXX年XX月

目錄第一章、簡介第二章、方法的用途、使用依據(jù)及可靠性一、用途二、使用依據(jù)三、可靠性第三章、方法的優(yōu)勢第四章、管波探測法探測原理一、管波的激發(fā)、傳播機(jī)理二、管波的探測原理三、管波探測法的探測裝置四、管波探測法的探測流程簡介管波探測法是在鉆孔中利用“管波”作為探測物理場，探測孔旁一定范圍內(nèi)的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質(zhì)體的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的最新孔中物探方法，是“中國創(chuàng)造”的物探方法。管波探測法由xx在長期的工程實(shí)踐中發(fā)明，于xx年獲得國家發(fā)明專利，xx年被XX省建設(shè)廳列入“XX省建設(shè)行業(yè)科技成果推廣項(xiàng)目”。“管波探測法應(yīng)用研究”項(xiàng)目獲2004年度XX省地質(zhì)勘查局地質(zhì)科學(xué)研究基金資助（資助金額人民幣六十萬元），項(xiàng)目開展了管波探測的理論、管波對不良地質(zhì)體的探測有效性、有效探測半徑和技術(shù)方法的研究。xx年4月7日，項(xiàng)目通過了由XX省地質(zhì)勘查局組織，有xx地質(zhì)調(diào)查局、xx市水電物探研究所、xx大學(xué)、XX省水利水電科學(xué)研究院、XX省地質(zhì)勘查局參加的評審專家組評審驗(yàn)收。應(yīng)用研究項(xiàng)目獲xx年度XX省地質(zhì)勘查局地質(zhì)科技成果一等獎(jiǎng)，獲xx年度XX省科技成果二等獎(jiǎng)。

XX省建設(shè)行業(yè)科技成果推廣項(xiàng)目證書XX省科技成果二等獎(jiǎng)獎(jiǎng)狀

XX省地質(zhì)科學(xué)技術(shù)成果獎(jiǎng)證書

第二章、方法的用途、使用依據(jù)及可靠性一、用途這些地區(qū)進(jìn)行工程項(xiàng)目的建設(shè)，巖面埋深較淺，土層較軟弱，并且存在土洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象，常采用嵌巖樁的基礎(chǔ)形式。嵌巖樁樁端的承載力大，對持力巖層的完整性要求高，特別是采用單樁單柱基礎(chǔ)時(shí)，更是如此。灰?guī)r地區(qū)，巖溶發(fā)育，存在溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質(zhì)體。為保證嵌巖樁持力層的完整性，在施工階段，常采用一樁一孔的超前鉆探方式進(jìn)行勘察。實(shí)踐證明，采用這種方式進(jìn)行嵌巖樁樁位勘察，基本查清了持力層的完整性。近年來，隨著我國技術(shù)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、綜合國力的增強(qiáng)，工程項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模越來越大，要求嵌巖樁的設(shè)計(jì)承載力較大，樁徑普遍采用1.2～2.4m。近年來，在灰?guī)r地區(qū)，在基樁抽芯檢驗(yàn)時(shí)，常發(fā)現(xiàn)持力層存在規(guī)模較大的溶洞等安全隱患，并發(fā)生多起由于地基不穩(wěn)造成的建筑物下沉甚至倒塌事故。大量工程實(shí)例表明，采用一樁一孔勘察，難以探明樁位范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育情況，依然存在樁基半邊嵌巖、持力層中存在溶洞的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。對巖溶發(fā)育復(fù)雜地區(qū)的大直徑樁，工程勘察中，漸漸采用了一樁多孔的超前鉆探方式進(jìn)行勘察，以此期待查明持力層的完整性，力求排除由于樁基不穩(wěn)致使的安全隱患。管波探測法的作用在于：管波探測法可完全查清灰?guī)r地區(qū)基樁持力層的完整性，確保建筑物的安全和穩(wěn)定性。用途在于：用“一樁一孔+管波探測”取代“一樁多孔”的樁位勘察方式，前者比后者省錢，工期和安全更有保障。圖1、管波探測法探測范圍圖1可很好地說明管波探測法的用途。在灰?guī)r中存在形態(tài)復(fù)雜的溶洞，如圖中左側(cè)所示。僅根據(jù)鉆孔資料（鉆孔布置在樁位中心，見圖中的鉆孔柱狀圖），設(shè)計(jì)基樁樁端高程，則持力層存在溶洞。并且，在基樁抽芯檢測時(shí)，溶洞很可能不被揭露。如根據(jù)管波探測法的解釋成果（見圖右），設(shè)計(jì)基樁樁端高程，則持力層穩(wěn)定。圖1、管波探測法探測范圍管波探測法在樁位中心的一個(gè)勘察鉆孔中進(jìn)行探測，即可探明樁位范圍內(nèi)的巖溶、軟弱夾層及裂隙帶的發(fā)育和分布情況，并評價(jià)嵌巖樁基樁持力層的完整性，為樁基設(shè)計(jì)提供直接依據(jù)，并指導(dǎo)施工。應(yīng)用管波成果，可以杜絕樁基半邊嵌巖、樁底持力層存在溶洞等安全隱患。管波探測法有效探測半徑大于1.0米，可分辨大于0.3米的孔旁洞穴，對洞穴的定位誤差小于0.3米，具有非常高的垂向探測精度。特別適合于灰?guī)r地區(qū)大口徑嵌巖樁的樁位勘察。二、使用依據(jù)1、以下是摘自《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）的部分條文：1）“當(dāng)采用基巖作為樁的持力層時(shí)，應(yīng)查明基巖的巖性、構(gòu)造、巖面變化、風(fēng)化程度，確定其堅(jiān)硬程度、完整程度和基本質(zhì)量登記，判定有無洞穴、臨空面、破碎巖體或軟弱巖層”（P44，4.9.1條之2，強(qiáng)制性條文）。2）“擬建工程或其附近存在對工程安全有影響的巖溶時(shí)，應(yīng)進(jìn)行巖溶勘察”（P52，5.1.1條，強(qiáng)制性條文）。3）“巖溶勘察宜采用工程地質(zhì)測繪和調(diào)查、物探、鉆探等多種手段結(jié)合的方式進(jìn)行，并應(yīng)符合下列要求：．．．．．．4施工勘察應(yīng)針對某一地段或尚待查明的專門問題進(jìn)行補(bǔ)充勘察。當(dāng)采用大直徑嵌巖樁時(shí)，尚應(yīng)進(jìn)行專門的樁基勘察。”（P52，5.1.2條）。４）“施工勘察工作量應(yīng)根據(jù)巖溶地基設(shè)計(jì)和施工要求布置。．．．．．．。對大直徑嵌巖樁，勘察點(diǎn)應(yīng)逐樁布置，勘探深度應(yīng)不小于（樁）底面以下樁徑的3倍并不小于5米，當(dāng)相鄰樁底的基巖起伏較大時(shí)應(yīng)適當(dāng)加深。”（P53，5.1.6條）。2、2007年，XX省建設(shè)廳將管波探測法列入“XX省建設(shè)行業(yè)科技成果推廣項(xiàng)目”。三、可靠性管波探測法經(jīng)過了工程實(shí)測、模型試驗(yàn)、鉆探驗(yàn)證、基樁施工驗(yàn)證和基樁抽芯驗(yàn)證等諸多方法的驗(yàn)證。工程實(shí)測和模型試驗(yàn)重復(fù)對比觀測結(jié)果表明，管波探測資料重現(xiàn)性好，異常的地質(zhì)解釋識別標(biāo)志明顯。模型試驗(yàn)結(jié)果表明，有洞則有管波異常。實(shí)測結(jié)果的鉆探驗(yàn)證結(jié)果表明，異常的地質(zhì)解釋與實(shí)際地質(zhì)情況一致。基樁施工情況和抽芯檢驗(yàn)結(jié)果表明，管波探測法探測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。經(jīng)過驗(yàn)證和確認(rèn)，xx市南海區(qū)道路建設(shè)管理處等業(yè)主單位已經(jīng)在招標(biāo)文件中明確要求對灰?guī)r地區(qū)的所有橋梁、立交的樁位勘察孔，必須采用管波探測法作為輔助勘察手段，以查明樁位范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育情況。1、模型試驗(yàn)管波探測法應(yīng)用研究項(xiàng)目選擇在較完整的花崗巖中建立充水洞穴模型，模擬灰?guī)r中的溶洞，使探測的巖體條件具有唯一性。洞穴模型建立前、后的管波測試表明，孔旁一定距離無洞則無管波異常，有洞則有管波異常，表明管波探測方法對探測孔旁洞穴有效。2、工程實(shí)例管波探測法自2003年底發(fā)明以來，至2007年底，累計(jì)已經(jīng)在國內(nèi)完成約四千個(gè)樁位的探測，實(shí)施的工程主要有：

管波探測法完成的主要工程一覽表序

號工程名稱委托單位工作量

（樁位）工程進(jìn)展1廣清高速公路與環(huán)城高速公路連接線工程XX省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院51竣工通車一年多2xx市和順至北滘公路主干線工程DS17標(biāo)段和順南立交橋工程上海市政工程設(shè)計(jì)研究院188竣工通車3xx市獅山至和順公路主干線工程桂和互通立交、里和互通立交工程天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院96竣工通車4xx市和順至北滘公路主干線工程DS13、DS15、DS16、DS17標(biāo)段XX省xx市路橋工程總公司480竣工通車5xx市三水二橋XX省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院30竣工通車6xx市南海區(qū)江廈立交至東西二線段加寬改造工程雅瑤橋、大沖橋工程xx市南海區(qū)道路建設(shè)管理處280樁基工程已完工7xx市和順棠溪至料美公路主干線勘察第HLK-01～03合同段工程xx市南海區(qū)道路建設(shè)管理處2508xx市軌道交通五號線滘口～大坦沙石灰?guī)r分布范圍高架橋工程xx市地下鐵道總公司188樁基工程已完工9xx市軌道交通六號線潯峰崗～河沙石灰?guī)r分布范圍高架橋工程xx市地下鐵道總公司25110xx市南海區(qū)廣佛公路至沙涌公路改造工程廣佛高速分離式立交XX省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院82樁基工程已完工11廣西玉林凱旋世紀(jì)廣場（21層）廣西玉林凱旋世紀(jì)廣場14412桂林市平山環(huán)衛(wèi)工人廉租房桂林市市政局3013云（浮）至梧（州）高速公路第4標(biāo)段廣東云梧高速公路籌建處278樁基工程已完工14云（浮）至梧（州）高速公路第5標(biāo)段廣東云梧高速公路籌建處50樁基工程已完工15云（浮）至梧（州）高速公路第9～11標(biāo)段廣東云梧高速公路籌建處369樁基工程施工中16佛山中海金沙灣高層住宅小區(qū)中海地產(chǎn)發(fā)展有限公司43517廣賀高速賀州段廣賀高速賀州段籌建處28018遼寧大連保稅區(qū)大窯灣疏港高速公路港區(qū)段特大橋大連市保稅區(qū)規(guī)劃土地管理局11619惠州念山至深圳白沙沿海高速公路惠州惠深巖海公路有限公司153、探測結(jié)果的工程驗(yàn)證上述工程中，云梧高速公路4標(biāo)段（共278樁位）為人工挖孔樁，其余工程為沖孔樁。上述工程中，基樁工程完工后，質(zhì)檢部門采用低應(yīng)變反射波法和鉆芯法對基樁進(jìn)行檢測，其中鉆芯法抽檢比例為10%。基樁檢測從未發(fā)現(xiàn)樁底及持力層存在溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層或半邊嵌巖等缺陷。根據(jù)收集到的基樁施工記錄、基樁的抽芯檢驗(yàn)報(bào)告及委托方的用戶意見來看，管波探測法對巖溶的探測準(zhǔn)確可靠，深度誤差在0.3m以內(nèi)。委托單位均認(rèn)為管波探測法是一種很有效的探測手段，可查明灰?guī)r地區(qū)嵌巖樁樁位范圍內(nèi)巖溶的發(fā)育和分布情況，為樁基的設(shè)計(jì)和施工提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。根據(jù)管波探測成果確定的理想樁端高程，可避免樁端持力層存在溶洞或半邊嵌巖的風(fēng)險(xiǎn)。4、探測結(jié)果的鉆孔驗(yàn)證1)xx市獅和公路工程2004年8月，受xx市市政設(shè)計(jì)研究院的委托，對xx市獅山至和順公路主干線工程桂和里和互通立交進(jìn)行了96個(gè)樁位的管波探測工作，并對其中ZK-Y29和ZK-Y34二個(gè)樁位的管波探測成果進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證。樁位鉆探、管波探測及鉆探驗(yàn)證結(jié)果如圖1、圖2所示。ZK-Y29樁位鉆孔資料表明，微風(fēng)化基巖（灰?guī)r）面高程為-17.28m，以下無溶洞，為完整基巖。進(jìn)行管波探測后，管波探測法解釋在-17.60～-19.74m高程段為巖溶發(fā)育段，-19.74m以下才是完整基巖段。ZK-Y34樁位鉆孔資料表明，微風(fēng)化基巖（灰?guī)r）面高程為-33.36m，以下無溶洞，為完整基巖。進(jìn)行管波探測后，管波探測法解釋在-32.80～－33.5m高程段為巖溶發(fā)育段，－33.50以下為完整基巖段。為了驗(yàn)證管波探測法的有效性，分別在ZK-Y29和ZK-Y34孔四周各布置四個(gè)鉆探驗(yàn)證孔（共八個(gè)），鉆探驗(yàn)證孔均距離原管波測試孔0.7m，以驗(yàn)證：=1\*GB3①管波探測法解釋的巖溶發(fā)育段是否存在；=2\*GB3②解釋的完整基巖段是否完整。在ZK-Y29探測孔的四個(gè)驗(yàn)證孔（編號為ZK-Y29－1～ZK-Y29－4）中，ZK-Y29－3在高程-18.55～-19.66m發(fā)現(xiàn)一處溶洞，四個(gè)驗(yàn)證孔的基巖面高程分別為-17.73、-20.02、-17.53、-16.93m，除ZK-Y29－3外，其余孔基巖面以下巖石完整，ZK-Y29－3孔在高程-19.66m以下巖石完整。從ZK-Y29－2孔基巖面以上存在大于2m的卵礫石溶洞充填物分析，ZK-Y29樁位鉆孔旁存在一開口型溶洞，其高程為-17.73～-20.02m，高程-20.02m以下巖石完整。這與管波探測法解釋的高程-17.6～-19.74m為巖溶發(fā)育段，高程-19.74m以下為完整基巖段吻合，高程誤差小于0.3m。在ZK-Y34探測孔的四個(gè)驗(yàn)證孔（編號為ZK-Y34－1～ZK-Y34－4）中，ZK-Y34－2在高程-27.60～-33.55m發(fā)現(xiàn)一處溶洞，四個(gè)驗(yàn)證孔的基巖面高程分別為-32.85、-26.70、-32.05、-31.70m，除ZK-Y34－2外，其余孔基巖面以下巖石完整，ZK-Y34－2孔在高程-33.55m以下巖石完整。分析這四個(gè)驗(yàn)證孔的地質(zhì)資料，我們認(rèn)為ZK-Y34－2孔在高程-26.70～-27.60的灰?guī)r為一殘留巖塊或“鷹嘴”，ZK-Y34樁位鉆孔旁存在一開口型溶洞，其高程為-32.85～-33.55m，高程-33.55m以下巖石完整。這與管波探測法解釋的高程-32.80～-33.5m為巖溶發(fā)育段，高程-33.50m以下為完整基巖段吻合，高程誤差小于0.1m。通過驗(yàn)證孔揭露的地質(zhì)情況，可得到如下結(jié)論：（1）管波解釋的完整基巖段在全部驗(yàn)證孔中均是完整的，管波解釋的完整基巖段是可信的；（2）管波解釋的巖溶發(fā)育段的確存在，管波探測法的確可探測到測試孔外一定范圍內(nèi)的巖溶。圖1、ZK-Y29鉆孔的管波探測成果及其驗(yàn)證

圖2、ZK-Y34鉆孔的管波探測成果及其驗(yàn)證

2)xx地鐵五號線工程受xx市地下鐵道總公司委托,在詳勘階段對xx地鐵五號線滘口至大坦沙區(qū)間灰?guī)r分布段進(jìn)行管波探測。為了驗(yàn)證管波探測成果，業(yè)主委托xx市地下鐵道設(shè)計(jì)院對W8D、D6D、D6A、D4A等4個(gè)樁位的管波探測成果進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證。驗(yàn)證時(shí)，在每個(gè)樁的樁周各布四個(gè)孔進(jìn)行鉆探取芯，驗(yàn)證孔距樁中心約1.5m，圖3為其中W8D樁的驗(yàn)證情況。xx市地下鐵道設(shè)計(jì)院在驗(yàn)證報(bào)告中總結(jié)4個(gè)樁共16個(gè)鉆探孔的驗(yàn)證情況，出具的驗(yàn)證意見如下：（1）管波探測法發(fā)現(xiàn)了鉆孔旁側(cè)的巖溶、溶蝕裂隙，其探測范圍遠(yuǎn)大于鉆探口徑，彌補(bǔ)了鉆探“一孔之見”的不足，適用于灰?guī)r分布區(qū)嵌巖樁樁位的勘察，特別是大型的重點(diǎn)工程項(xiàng)目；（2）管波探測法解釋的“完整基巖段”內(nèi)，鉆探驗(yàn)證證明絕對正確，地質(zhì)解釋的“巖溶發(fā)育段”，鉆探驗(yàn)證證明大部分正確,個(gè)別存在著程度上的誤差；（3）根據(jù)管波探測成果確定的理想樁端高程，可避免樁端持力層存在溶洞或半邊嵌巖的風(fēng)險(xiǎn)。圖3、地鐵五號線W8D樁位管波探測成果的鉆探驗(yàn)證情況

第三章、方法的優(yōu)勢在石灰?guī)r場地進(jìn)行勘察，。巖溶發(fā)育在宏觀上具有規(guī)律性，但在樁位范圍的局部區(qū)域，巖溶形態(tài)、延伸及分布缺乏規(guī)律。目前，一般工程通常采用規(guī)范強(qiáng)制規(guī)定的一樁一孔的方法進(jìn)行樁位勘察。根據(jù)一樁一孔資料設(shè)計(jì)樁端高程，在抽芯檢驗(yàn)時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)樁基部分嵌巖、樁底持力層中溶洞發(fā)育等等安全隱患。一旦發(fā)現(xiàn)，將耗費(fèi)大量的資金及時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。部分工程采用成本高、工期長的一樁多孔超前鉆探方式進(jìn)行樁位勘察，雖然可降低上述風(fēng)險(xiǎn)，但是不能完全避免。為了查明巖溶發(fā)育情況，工程物探可劃分為地面物探和孔中物探。地面物探可查明場地土洞和巖溶發(fā)育的宏觀規(guī)律，但由于受其精度及準(zhǔn)確性的限制，難以滿足樁位勘察的要求。孔中物探也可分為跨孔法和單孔法。現(xiàn)時(shí)的跨孔物探方法主要有跨孔CT層析成像（如彈性波CT、電磁波CT、電阻率CT等）。由于跨孔法需要鄰近鉆孔的配合，勘察成本高、工期長，不常用于樁位勘察中。跨孔法的探測范圍為鉆孔之間的切面，無測線穿過的區(qū)域是探測的盲區(qū)。現(xiàn)時(shí)的單孔物探方法主要有彈性波測井（如PS測井、聲波測井）、放射性測井（如γ測井、γ–γ測井、中子測井和能譜測井等）、電測井（如電阻率測井等）、孔中電視、電磁測井（如孔中雷達(dá)）。除孔中雷達(dá)外，其他單孔物探方法的作用主要是獲取孔壁巖土的物理參數(shù)、輔助鉆探進(jìn)行地質(zhì)分析。孔中雷達(dá)可探測到孔旁目的體的分布情況，但由于采集得到的雷達(dá)圖像中包含較多與目的物無關(guān)的反射（假異常），容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的地質(zhì)解釋結(jié)果，且孔中雷達(dá)設(shè)備的價(jià)格昂貴，依賴進(jìn)口，難以大量用于樁位勘察中。管波探測法的發(fā)明很好地彌補(bǔ)了上述各方法的不足之處，非常適用于樁位巖溶、軟弱夾層的勘察。管波探測法具有以下特點(diǎn)：=1\*GB3①管波具有能量強(qiáng)、衰減慢、傳播速度與孔旁圍巖切剪波速度密切相關(guān)等特點(diǎn)，由孔旁巖溶、軟弱夾層及裂隙帶引起的管波異常易于識別，異常的地質(zhì)解釋具有唯一性，勘察成果可靠性高；=2\*GB3②探測孔旁洞穴大小的分辨能力強(qiáng)，垂向探測精度高；=3\*GB3③對勘察儀器設(shè)備的技術(shù)要求低，勘察設(shè)備投資少；=4\*GB3④施工工期短，成本低；以下為管波探測法與其它樁位勘察方法之間的對比：方法需要鉆孔數(shù)勘察費(fèi)用勘察工期優(yōu)勢缺陷一樁一孔1低短工期短、費(fèi)用低無法探明孔旁（樁位）巖溶、樁側(cè)臨空面一樁多孔3~5較高較長“眼見為實(shí)”，可探明基樁范圍內(nèi)的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱層等地質(zhì)情況，可評價(jià)基樁持力層的完整性難于探明樁側(cè)臨空面。工期長、費(fèi)用高跨孔CT3~5高長可詳細(xì)探明樁位、樁側(cè)巖溶、基巖面起伏、臨空面等地質(zhì)情況，可評價(jià)基樁持力層的完整性，精度高工期長、費(fèi)用高、存在盲區(qū)孔中雷達(dá)1較低較短可調(diào)查樁位的不良地質(zhì)體，工期較短、費(fèi)用較低地質(zhì)解釋結(jié)果多解性強(qiáng)、可靠性低，不適宜評價(jià)基樁持力層的完整性，不能分析不良地質(zhì)體平面上的方位管波探測法1較低較短可探明基樁范圍內(nèi)的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱層等地質(zhì)情況，可評價(jià)基樁持力層的完整性。工期較短、費(fèi)用較低、精度高不能探明基樁范圍外的不良地質(zhì)體、臨空面，不能分析溶洞距探測孔的距離及平面上的方位

第四章、管波探測法探測原理一、管波的激發(fā)、傳播機(jī)理根據(jù)彈性波理論，在彈性介質(zhì)中傳播的振動(dòng)，按傳播空間可分為體波和界面波。體波在無限空間中傳播，包括縱波（壓縮波）和橫波（剪切波）。界面波在波阻抗界面附近傳播，包括瑞利波、斯通萊波、勒夫波等。當(dāng)相互接觸的兩種介質(zhì)一種是流體另一種是固體時(shí)，流體的振動(dòng)會(huì)在兩種介質(zhì)的分界面及其附近產(chǎn)生沿界面?zhèn)鞑サ慕缑娌ǎQ做廣義的瑞利波（Rayleighwaves）。在液體填充的孔內(nèi)及孔壁上，廣義的瑞利波沿孔的軸向傳播，稱作管波（Tubewaves）。常見的管波有兩種類型，一種是斯通萊波（Stoneleywaves），沿孔壁傳播，并在圍巖中呈指數(shù)衰減；另外一種是準(zhǔn)瑞利波（又稱為偽瑞利波），它是一種導(dǎo)波，大部分能量集中在流體內(nèi)，在圍巖中也呈指數(shù)衰減。這兩種波都有波散特性，相速度隨頻率的不同而變化。在橫波波速高于流體縱波波速的介質(zhì)（高速介質(zhì)）中，斯通萊波有輕微的波散現(xiàn)象。在低頻端，斯通萊波的相速度和群速度都接近孔內(nèi)流體的縱波波速的0.9倍。在高頻端，斯通萊波的波速趨于圍巖中的橫波速度。準(zhǔn)瑞利波具有明顯的波散特性，并有一個(gè)最低頻率，低于該頻率的準(zhǔn)瑞利波不存在，在該頻率處其速度等于圍巖的橫波速度Vsr。在充填液體的硬質(zhì)巖石鉆孔中，這個(gè)最低頻率約為10kHz。因而準(zhǔn)瑞利波具有低截特性。在高頻端，準(zhǔn)瑞利波的波速趨于圍巖中的橫波速度。孔中流體的任何振動(dòng)，幾乎都能產(chǎn)生管波（斯通萊波及是準(zhǔn)瑞利波），管波的初始頻率和管波源的頻率相同。兩種類型管波均沿鉆孔的軸向傳播，都具有前推式的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡，在軸向切面內(nèi)是一系列橢圓。質(zhì)點(diǎn)位移的徑向分量在鉆孔中心是0，在孔壁處，徑向位移達(dá)到最大值，在孔壁以外的圍巖中隨著離開孔壁的距離按指數(shù)規(guī)律減小。質(zhì)點(diǎn)位移的軸向分量在流體中相對來說是一常數(shù)，在孔壁上發(fā)生間斷，振幅下降了幾百倍，在孔壁以外的圍巖中亦隨著離開孔壁的距離按指數(shù)規(guī)律減小。根據(jù)管波探測法現(xiàn)有發(fā)射設(shè)備的情況，發(fā)射振動(dòng)的頻帶范圍為400~3000Hz。實(shí)際采集到的管波為斯通萊波。圖5為斯通萊波傳播過程中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡及幅度的示意圖。圖5、斯通萊波傳播過程中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡及振動(dòng)幅度由于孔內(nèi)流體吸收作用很小，管波頻率和幅度變化緩慢，所以，盡管經(jīng)過了一定距離的傳播，管波能量依然很強(qiáng)，管波的頻譜與管波源的頻譜基本一致。和其它類型的波動(dòng)一樣，在傳播方向遇到波阻抗差異界面時(shí)，管波也會(huì)發(fā)生反射。在鉆孔孔液和孔壁外一定范圍內(nèi)，發(fā)生反射的波阻抗界面有：圖5、斯通萊波傳播過程中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡及振動(dòng)幅度a、孔徑變化處；b、液面處；c、孔底；d、孔壁波阻抗差異界面。以往對界面波的研究表明，界面波的能量集中在界面以外半波長的范圍內(nèi)。實(shí)測資料表明，管波的探測范圍亦可以用管波的半波長確定，管波的探測范圍為以鉆孔中心為軸心，管波的半波長為半徑的圓柱狀區(qū)域。管波的傳播速度極為穩(wěn)定，可通過改變管波源的頻率來改變管波的探測范圍。二、管波的探測原理從管波的傳播機(jī)理可以得出：a、管波在孔液和孔壁以外一定范圍內(nèi)沿鉆孔軸向傳播，除在孔徑變化、孔底和孔液表面處產(chǎn)生反射外，在管波的有效探測范圍內(nèi)的任何波阻抗變化都會(huì)產(chǎn)生反射。在鉆孔周圍的圓柱狀空間，這種波阻抗的變化必定是由于鉆孔旁側(cè)的巖性差異及土洞、溶洞、軟弱夾層等不良地質(zhì)體的存在造成的。因而可通過分析反射管波來確定鉆孔旁側(cè)是否存在巖性差異及不良地質(zhì)體。b．管波在孔液和孔壁以外一定范圍內(nèi)沿鉆孔軸向傳播，可把孔液和孔壁以外一定范圍內(nèi)的巖土層等效成一維桿件，管波在等效的一維桿件中沿軸向傳播。其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程可大為簡化，解釋方法更為簡單。與一維桿件中沿軸向傳播的振動(dòng)的區(qū)別在于，一般認(rèn)為，在一維桿件中沿軸向傳播的振動(dòng)在相同的桿件橫截面上，振動(dòng)的能流密度處處相等。而管波傳播的等效一維桿件中，振動(dòng)的能流密度是不相等的，距鉆孔近的區(qū)域能流密度大，遠(yuǎn)離鉆孔的區(qū)域能流密度小。c．由于管波具有能量強(qiáng)、衰減慢、傳播速度與孔液縱波波速相當(dāng)?shù)奶卣鳎瓷涔懿ǖ哪芰亢軓?qiáng)，在使用固定收發(fā)間距的一發(fā)一收探測裝置采集的時(shí)間剖面上很容易識別，異常明顯。

三、管波探測法的探測裝置圖6管波探測法的工作裝置管波探測法的探測裝置如圖6所示，把發(fā)射儀的發(fā)射換能器和記錄儀的接收換能器按固定間隔放入有孔液的鉆孔中，在每個(gè)探測位置發(fā)射儀發(fā)射同一主頻的脈沖信號，發(fā)射換能器產(chǎn)生的振動(dòng)與孔液作用，在孔液和孔壁上