彈性波方法是目前工程與環(huán)境物探技術(shù)的主體，包含地震波、聲波和超聲等方法。它們之間沒有本質(zhì)差別，都是利用彈性波的傳播規(guī)律進行探測，差異僅在于使用的振動頻率、傳播距離、分辨率不同。頻率低于200HZ的彈性波為地震波，200HZ和20KHZ之間的為聲波，高于20KHZ的為超聲波。因此，在這里可以對三種波一并分析。

 

  彈性波探測的理論基礎(chǔ)是彈性波的傳播規(guī)律，最基本的規(guī)律是反射、散射、折射定律。彈性波有代表壓縮變形的縱波和剪切變形的橫波，兩種波在遇到界面時要發(fā)生相互轉(zhuǎn)換，在有自由界面存在的條件下產(chǎn)生表面波。彈性波在層狀介質(zhì)內(nèi)傳播的基本規(guī)律是很簡單的，即反射和折射定律。但是在具有邊界、表面、內(nèi)部界面、缺陷等不同結(jié)構(gòu)存在的條件下，彈性波的傳播特性變得十分復(fù)雜，會發(fā)生透射、反射/散射波、波型轉(zhuǎn)換和導(dǎo)波；介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ腞ayleigh波和Love波，分層界面間的Stonely波，板中的Lamb波等；在板、柱、管等有自由邊界的結(jié)構(gòu)內(nèi)，彈性波存在多模態(tài)和頻散現(xiàn)象，形成各類導(dǎo)波。此外，不同尺度大小的異常結(jié)構(gòu)，對不同波長的散射效應(yīng)是不同的；了解波的這些傳播規(guī)律，是應(yīng)用彈性波進行勘探和檢測的基礎(chǔ)。

 

  由于研究對象的差異、觀測條件的限制和研究精度的不同要求，需要采取不同的觀測方式和資料處理方法，由此在工程與環(huán)境物探中形成了幾種不同的勘測方法與技術(shù)。目前較常用的有8種，即反射波法、折射波法、散射波法、面波法、CT成像法、聲波測速、相控陣掃描成像法和超聲導(dǎo)波法等等。他們在觀測方式上各不相同，資料處理基于不同的原理、方法和處理流程，根據(jù)不同的參數(shù)進行解釋。

 

  以地震波為手段的反射地震、折射地震、散射地震成像、地震面波等方法主要用于場地和線路的工程勘查；以聲波和超聲為手段的反射與透射、聲波散射成像、聲波CT、相控陣成像、超聲導(dǎo)波等技術(shù)主要用于工程檢測；地震CT和聲波CT主要用于工程病害診斷?，F(xiàn)對各種方法的應(yīng)用現(xiàn)狀作以簡單介紹。

 

  地震反射波法

 

  地震反射波法是地球物理學(xué)中發(fā)展最早的探測方法，理論基礎(chǔ)是Snell定律。該方法假定介質(zhì)近乎層狀，橫向變化小于縱向變化，反射面橫向尺度遠大于波長（D＞3 ）。在石油與煤炭資源勘查中廣為應(yīng)用，已發(fā)展起以CDP/CMP為核心的資料處理技術(shù)，應(yīng)用到3D地震勘探。工程勘查中借鑒這種石油勘探技術(shù)，在我國東部平原和古老山地工程場地與線路勘察中應(yīng)用效果良好，但在西部造山帶地區(qū)因地質(zhì)條件復(fù)雜，橫向變化較大，應(yīng)用效果很不理想。

 

  地震折射波法

 

  地震折射是發(fā)展最早的地震勘探方法之一，主要用于工程勘查。工作原理是地震波在高速界面超臨界角入射時的全反射理論。主要用于松散層與基巖接觸界面的追蹤，勘探深度不大，對于基巖界面起伏不大的場合效果較好，工作效率高。對于造山帶地區(qū)基巖界面起伏較大的場合，勘探結(jié)果誤差較大大。同時，對于有低速層的場合不適用。由于勘探精度較差，分辨層位較少，目前應(yīng)用減少。

 

  地震散射波法

 

  地震散射成像是近年發(fā)展起來新的觀測與資料處理方法，它基于波動傳播的惠更斯原理，當(dāng)彈性波入射到異常體時，異常體作為新的震源向周圍介質(zhì)散射能量。根據(jù)接收到的散射波的運動學(xué)與動力學(xué)特征可確定異常體的位置與性狀。散射方法在觀測方案、資料處理方法等方面均與反射法不同，它以偏移成像代替CDP疊加，以疊加能量最大原理代替速度譜分析。SSP地表地震剖面法是基于地震散射，用于工程勘察。TST隧道超前預(yù)報技術(shù)也是建立在地震散射理論基礎(chǔ)之上的，在云南、重慶、四川隧道超前預(yù)報與地震邊坡勘查中有很多成功的應(yīng)用。聲波與超聲散射方法主要用于工程檢測，如相控陣聲波與超聲成像技術(shù)都是建立在散射基礎(chǔ)上的。散射方法可探測到尺度小于和等于波長的異常體，在使用相同波長的條件下，散射成像技術(shù)可以比反射技術(shù)分辨出更細小的異常體，分辨率提高一個數(shù)量級。

 

  地震面波法

 

  地震面波是工程勘查中常用的方法，特別是瞬態(tài)面波法。該方法是基于層狀介質(zhì)自由表面面波的傳播規(guī)律。當(dāng)波動在自由表面附近傳播時，能量隨深度

 

  呈負指數(shù)衰減，面波在傳播中發(fā)生頻散，不同頻率的波透射的深度不同，相速度不同。通過頻率-速度曲線確定介質(zhì)模量隨深度的分布。該方法工作簡便，但勘探深度不大，一般可達20-30米，在地質(zhì)條件橫向變化不大的地區(qū)效果較好，在東部地區(qū)的場地和線路勘察中有很多成功的應(yīng)用實例。在西部造山帶地區(qū)因地質(zhì)條件橫向變化劇烈，勘探結(jié)果代表性較差。

 

  工程CT成像法

 

  工程CT成像方法是通過參量沿射線路徑的積分來反演介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像方法（Computer  Tomography），常用的成像物理量有介質(zhì)的波速和衰減系數(shù)。從觀測方式上分有透射CT和表面CT等種類，從參量上分有波速CT和率減CT等種類。波速對介質(zhì)力學(xué)模量敏感，率減系數(shù)對介質(zhì)完整性更敏感。從使用的波長、頻率上工程又可分為地震波CT和聲波CT，前者多用于工程地質(zhì)勘察和病害診斷，后者主要用于混凝土結(jié)構(gòu)的檢測與缺陷診斷。該方法分辨率高、可靠性好、圖像直觀，是目前工程物探領(lǐng)域最受信賴的技術(shù)。國內(nèi)外有很多地震CT用于礦床構(gòu)造勘查的成功實例，用于核電場地勘查、隧道病害診斷、邊坡地質(zhì)條件評價的工程實例有幾十個，滿足了工程設(shè)計和病害治理的需要，效果很好。聲波CT目前在混凝土橋梁整體澆注質(zhì)量評價和缺陷診斷中發(fā)揮著重要作用，成功的應(yīng)用實例已有幾十個。

 

  聲波檢測法

 

  聲波檢測法是多種聲波檢測技術(shù)的統(tǒng)稱，其中包括巖體、混凝土的聲波波速測量、聲波基樁檢測、聲波錨桿檢測、混凝土裂縫深度檢測、成橋的VSP聲波測樁等。工作原理基于聲波的直線傳播、反射與繞射理論。聲波檢測種類繁多，新方法層出不窮。 在鐵路、高速公路、水電建設(shè)、市政工程建設(shè)中聲波檢測的領(lǐng)域越來越廣。

 

  相控陣超聲成像

 

  相控陣超聲成像技術(shù)是近年來工程檢測領(lǐng)域發(fā)展起來的最新的探測技術(shù)，類似于醫(yī)學(xué)檢查診斷中的B超。它的基本原理是利用相移控陣技術(shù)形成干涉波場，在需要的方向和距離上相干疊加，達到聚焦的目的。同時，利用陣列接收和合成孔徑技術(shù)進行散射掃描成像。該技術(shù)因為發(fā)射和接收都具有空間的窄波束特性，所以在空間上具有很高的橫向分辨率。操作便捷，圖像直觀，分辨率高，便于工程應(yīng)用。在金屬結(jié)構(gòu)探測中，超聲相控陣探測深度可達10cm以上，分辨率達到0.5mm。英國、法國已開發(fā)出了主頻1-3MHZ的超聲成像專業(yè)設(shè)備，在國內(nèi)外飛機、航天器、油氣管道、大型壓力容器等金屬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測中發(fā)揮了重要作用。混凝土質(zhì)量檢測的超聲相控陣成像技術(shù)也已成熟，主頻 100KHZ-1MHZ，探測的深度可達1m以上，分辨率為厘米級，在法國已開始實驗。俄羅斯已開發(fā)出300KHZ的大功率超聲反射CT成像設(shè)備，近幾年來在地鐵隧道襯砌質(zhì)量檢測中應(yīng)用效果良好，這是目前分辨率最高的工程物探技術(shù)，超過了地質(zhì)雷達。

 

  超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)

 

  超聲導(dǎo)波是近年發(fā)展起來新的超聲檢測技術(shù)?；驹硎抢冒?、柱、管等結(jié)構(gòu)體（波導(dǎo)體）中縱橫波的多次反射、類型轉(zhuǎn)換和相干疊加，形成了具有不同振動模態(tài)的超聲波。這些超聲波在結(jié)構(gòu)中傳播遇到缺陷時形成反射與散射，通過接收不同模態(tài)的超聲波可檢測出不同部位的缺陷。導(dǎo)波的特點之一是具有多種振動模態(tài)，每種模態(tài)具有獨特的波結(jié)構(gòu)，利用波結(jié)構(gòu)的不同特點檢測不同部位缺陷；導(dǎo)波的特點之二是具有強烈的頻散特性，不同模態(tài)、不同頻率相波速不同，應(yīng)用中需要認(rèn)真進行模態(tài)判別、頻率分析和相波速測定。該技術(shù)的研發(fā)主要起源于美國和英國，近幾年發(fā)展很快，漸近成熟，我國已開始引進。主要用于金屬管道、壓力容器、復(fù)合板材、飛行器結(jié)構(gòu)的缺陷檢測和質(zhì)量控制，取得了常規(guī)方法難以達到效果。特別是對于金屬管道內(nèi)腐蝕探測這類疑難問題，渴望有所突破。