微动面波H/V谱探测浅部地层横波速度结构的应用研究

【摘要】：微动是指源于地表和地下深处的随机振动源引起的地面微弱振动,其包括人工震源引起的短周期振动和自然力引起的长周期振动。微动虽然在地震记录图上表现为一种连续的噪音信号,但观测研究表明其应用于场地土的划分、工程选址、识别低速层等方面是一种非常方便有效的手段。 目前,微动面波信息研究的主要方法是傅氏变换法、基阶和高阶模提取法及相对基准点谱比法。单点H/V谱是在近几年迅速发展起来的新方法,因其操作简单、价格低廉的特点备受关注。本文基于层状介质理论,对微动面波中的Rayleigh波和Love波特性进行研究,分析了多模频散曲线与地层结构的关系及介质响应函数的特征和意义,完成了单点H/V谱的正反演程序的编写和测试工作。通过对理论模型和实测数据的测试,对微动面波H/V谱在探测浅部地层速度结构的应用方面取得的成果主要有以下几点： (1)多模频散曲线和介质响应函数的特征是与地层界面相关,其拐点数和渐近线都是对地层结构的一种间接反映。研究频散曲线和介质响应函数可以初步了解下部地层的结构,有利于模型的确定和反演; (2)微动面波的能量主要集中在基阶模,Rayleigh波在其H/V谱中起主导作用,控制曲线的形态和峰值,而Love波主要影响峰值大小,对曲线整体形状影响不明显。由于高阶模的存在,考虑多模的H/V谱并不总与基模的一致,但其影响不大,而且高模式波可以提供更多的有效信息,有助于提高反演准确度； (3)单点H/V谱法目前主要应用于低频段的地振动信号,对于工程检测等涉及高频段的应用现在还未见报道,其主要原因是由于高频时Rayleigh波和Love波数值计算方法受到限制,为了拓宽应用领域,这是有待研究和解决的问题； (4)采用广义最小二乘法对理论数据和实测数据的H/V谱进行了反演,并取得了成功,这表明正反演程序符合基本要求,且H/V谱确实表征了地层的结构信息,可以用于横波速度结构的反演。虽然最小二乘反演法耗时少,收敛快,但其对初始模型依赖性很强,有待与其他反演方法结合使用。