1、 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（波）和横波（波）。超声波实
2、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 SYC2 发射机SYC3 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SYC2 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，即得到波在介质中的传播时间，从而得到
3、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，且平行度小于丝。 2 用游标卡尺精确测量标本的长度。 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： 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，这时的时间即为波在探头间的传播时间。
4、 5测量： 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。 6测量： 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。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 F S样 品 F S地球物理实验 4 时波通过的距离已不是样品的长，而是样品一端至接收探头的中心的距离了。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减去探头间的走时，才是真正的波在样品中的传播时间，再根据波速公式，即可计算样品中的纵波波速： = 同理我们可以计算出横波波速。 =SS= 编 号 岩 性 样品尺寸 ( cm) T0 ( s) TP( s) TS ( s) 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？
