浅层高频瑞利面波群速度频散分析

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1、浅层高频瑞利面波群速度频散分析YinheLuo著王亮译(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)摘要：面波多道分析法(MAsw)是一种利用瑞利面波频散特征获得剪切波速垂直剖面的有效方法。除了少数MASw研究者利用面波群速度估计剪切波速外，大部分都是利用瑞利面波相速度频散估计剪切波速。在此。我们通过三个四层模型，其中分别包含一个低速夹层或一个高速夹层，首先来比较基阶瑞剃面波相速度和群速度的敏感性。然后通过有限差分模拟生成合成数据。合成数据的群速度频散能量图是利用多重滤波分析法MFA生成的。最后我们结合实例，对高频面波群速度频散曲线进行反演。结果证明：①群速度的敏感性比相速度的

2、高，并且可利用的频率范围比相速度宽，这对提高反演稳定性非常有用，因为对于一个稳定的反演系统，相速度的微小变化不能对反演的剪切波速产生较大影响；②如果基阶面波能量占主要成分，那么利用一道数据就可以得到群速度频散能量图，这意味着利用群速度频散分析可以大量减少数据采集时的炮点数，且水平分辨率也可以大大提高；③应用实例的检测资料证明，利用MFA法进行的群速度反演可以成功估测出浅地表的剪切波速。关键词：瑞利面波；群速度；频散分析；浅层应用中图分类号：P642．13文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)05—0145—04O前言近地表剪切波速Vs结构在沉积盆地的地震放大及场地响应中

3、很重要(Borcherdt，1970；stephe璐oneta1．，2005)。面波多道分析方法MAsw是一种利用瑞利面波频散特征获得地层垂直Vs结构的有效手段(calder6n—Macf鹊andLuke，2007；Luoeta1．，2007，2008a，2008b，2009a，2009b，2009c；Songeta1．，1989；Xiaeta1．，1999，2002a，2004，2006a)。近年来关于对瑞利面波数据分析和应用方面的研究，包括：基岩映射(Miueret111．，1999)，近地表质量系数(Q)(Ⅺaeta1．，2002b)，联合高阶模式的反演(Beatyeta1．，2

4、002；hoeta1．，2007；xiaeta1．，2003)，洞穴检测()(iaeta1．，2004)，数值模拟(Mittet，2002；xueta1．，2007)，P波与面波相速度的联合反演(D8lMomandPipan，2007；Ivanoveta1．，2006)，面波分辨率的讨论()(iaeta1．，2005)，非层状地质模型(Gibsonhalfspace，Ⅺaeta1．，2006a)，最小偏移距、截止频率及其应用(xiaeta1．，2006b；xueta1．，2006，2009)，关于利用瑞利面波对高速夹层模型反演的研究(CaldeD6n—Macfas阴dLuke，2007

5、)；对低速夹层模型反演的研究(“angeta1．，2008；Lueta1．，2007)，频散成像(Luoeta1．，2008a；)(iaet译者简介：王亮(1967一)，男，高级工程师，工学博士。在中铁二院工程集团有限责任公司从事地球物理探测技术的应用研究工作。该论文原著(英文)于2011年在《JollnlalofAppliedGe叩hy8ics》国际学术刊物上发表。a1．，2007)，模式分离(Luoeta1．，2009a)；和倒转地层评价(Xiaeta1．，2010)。最近所有对瑞利面波的研究和在近地表中的应用，都主要是利用相速度估测地层Vs，有少数例外是对群速度频散的应用(e．g

6、．，Ij鹏reta1．，2009；hng，2001；Pede鹅eneta1．，2003；TiUm锄n，2005)，然而，相速度和群速度两者都引起了研究深部地球V8结构的地壳和地震学家的兴趣(e．g．，Dzieworl8kyeta1．，1969；Hart∞eta1．，l钙17；Uet81．，2009；Shapiroeta1．，2005)。这可能是因为对面波的分析主要是集中在相速度频散能量上(e．g．，L∞eta1．，20嬲a；McM∞h觚锄dYedlin，1981；Pad【eta1．，1998；)【iaeta1．，2007；YilIIl肱，1987)。最近，几位研究学者提供了瑞利面波群速

7、度频散在近地表应用中的成功实例。Long(2001)利用面波群速度影像切片反映了一个埋深约4m的沟槽。Pedemneta1．(2003)利用合成面波和实际采集数据产生的群速度频散能量(MFA，Dziewomkyeta1．，1969)，验证了重新分布的多重滤波的鲁棒性。7rium锄n(2005)提出了对多种模式面波的群速度频散曲线同时反演的无人监管的小波变换方法。U眦reta1．(2009)发布了在浅层水域中利用经过适当调整的连续小波变换对群速度