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1、用频率波数法分析瑞利波频散曲线张碧星1,鲁来玉2(11中国科学院声学研究所,北京100080;21中国地震局地球物理研究所,北京100081)摘要:传统的表面波谱分析方法(SASW)采用两道互相关方法处理频散曲线,这种方法难以获取多模式的频散曲线。本文采用频率-波数(f-k)分析方法对瑞利波多模式频散曲线进行了研究和分析,选取了实际中经常碰到的三种分层介质模型,利用数值模拟方法对瑞利波的激发和传播特性进行了深入的研究,详细分析了接收道数目、源检距等参数对频散曲线的影响,获得了关于这些参数的一些重要结果,发现当源检距大于半波长(0.5λ)时利用f-k分析方法可以得到可靠的频散
2、曲线。关键词:频散曲线;瑞利波;SASW;频率波数域;模式跳跃中图分类号:P63114文献标识码:A收稿日期:2005—05—01INVESTIGATIONONTHEDISPERSIONCURVESOFRAYLEIGHWAVEBYFREQUENCY2WAVENUMBERANALYSISMETHODZHANGBi2xing1,LULai2yu2(1.InstituteofAcoustics,TheChineseAcademyofSciences,Beijing100080,China;2.InstituteofGeophysics,ChinaEarthquakeAdminis
3、tration,Beijing100081,China)Abstract:CrosscorrelationmethodisadoptedtoextractthedispersioncurvesoftheRayleighwaveinSASW(SpectralAnalysisofSurfaceWave).Separatemulti-modedispersioncurvescannotbeobtainedbythismethodexcepttheproblemcounteredinunwrappingthephase.ThedispersioncurvesoftheRayleig
4、hwaveareinvestigatedbythefrequency-wavenumberanalysisinthispaper.Threemodelsofthelayeredmediaareconsidered.TheexcitationandpropagationcharacteristicsoftheRayleighwaveareinvestigatedbynumericalsimulation.Theeffectsofsomeparameterssuchasthenumberofchannelsanddistancebetweenthesourceandthefir
5、streceiveronthedispersioncurvesareinvestigatedindetailforthreemod2els.Someimportantresultsaboutthenumberofreceiverchannels,relativeerror,andmodejumpingareobtained.Itisfoundthatgooddispersioncurvescanbeobtainedbyf-kanaly2seswhenthedistancebetweenthefirstreceiverandthesourceisgreaterthan5λ.K
6、eywords:Dispersioncurves;Rayleighwave;SASW;Frequency2wavenumberdomain;Modejumping基金项目:国家自然科学基金资助项目(10374098)。作者简介:张碧星(1963—),男,中国科学院声学研究所研究员,研究方向为声学探测理论与方法。E2mail:zhbx@mail.ioa.ac.cn散曲线[8,9]。然而,在这些传统方法中,理论上的频散曲线是通过两个信号的互相关谱得到的,在这个过程中存在相位跳跃现象,即在相位上可以存在2π任意倍的差异,从而导致传播速度的不确定性,当频散曲线发生跳跃时,我们很难判
7、断究竟是真的发生了模式跳跃现象还是由于相位发生了2π的跳跃。这时频散曲线可能会被错误地构建,相应地,得到的横波速度信息等其它结果都会是错误的。瑞利波多道分析方法[10]可以避免SASW方法中所面临的问题,这种方法可以得到独立的多模频散曲线,使得考虑包含高阶模式的多模瑞利波反演成为可能,这将改善反演的多解性问题,而且在某些情况下,由于基阶模式不能被激发,我们必须考虑高阶模式的瑞利波反演问题。有许多方法用于反演多道的瑞利波信号,提取多模瑞利波的频散曲线,比如频率波数(f-k)分析方引言1瑞利波勘探方法是一种用于获得横波
