面波頻散譜多模式高分辨率成像的多道信號(hào)比較法

易佳， 劉伊克 ， 胡昊， 張郁山， 楊宗奇

1 中國(guó)地震災(zāi)害防御中心， 北京 100029 2 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所， 北京 100029 3 University of Houston, Houston Texas, 77204-5007, USA 4 中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探責(zé)任有限公司， 河北 涿州 072750

0 引言

在淺層地震勘探領(lǐng)域，由于面波在地震波場(chǎng)能量中占主導(dǎo)部分，而面波攜帶有豐富的地下介質(zhì)的橫波速度信息，因此橫波速度被認(rèn)為是一種十分重要的地震學(xué)參數(shù)(Aki and Richards, 1980).在地震工程領(lǐng)域，橫波速度是確定場(chǎng)地土類別的重要參數(shù)和主要依據(jù)，從而用于場(chǎng)地地震反應(yīng)分析計(jì)算，最終服務(wù)于場(chǎng)地的地震安全性評(píng)價(jià)(尤紅兵等, 2009; 張郁山, 2009, 2010; Wang et al., 2019).因此，探明淺層精細(xì)的橫波速度結(jié)構(gòu)對(duì)于以上兩個(gè)領(lǐng)域工作的開(kāi)展意義重大.

自20世紀(jì)50年代面波的頻散性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)后，在淺層速度結(jié)構(gòu)的分析中，研究者們便利用面波的頻散特性反演估計(jì)淺層橫波速度結(jié)構(gòu).隨著瞬態(tài)面波法的興起和應(yīng)用，面波頻譜分析法(Stokoe and Nazarian, 1983; Stokoe et al., 1994)、多道面波分析法(Park et al., 1998; Xia et al., 1999, 2012)等通過(guò)提取面波的頻散曲線，采用最小二乘局部?jī)?yōu)化算法或全局優(yōu)化方法，反演頻散曲線估計(jì)一系列的橫波速度隨深度變化的剖面(Beaty et al., 2002; Luo et al., 2007).通過(guò)對(duì)一維剖面的插值處理，可重建擬二維的橫波速度結(jié)構(gòu)(Boiero and Socco, 2010; Bergamo et al., 2012; Mi et al., 2017).隨著波形反演(Pérez Solano et al., 2014; Liu et al., 2018)和波動(dòng)方程走時(shí)反演(Yi et al., 2019)的飛速發(fā)展，基于波動(dòng)方程的頻散曲線反演(Li et al., 2017; Liu et al., 2019)和二維頻散譜反演方法(Masoni et al., 2014; Zhang and Alkhalifah, 2019)隨即發(fā)展起來(lái)，該類方法基于波形反演和波動(dòng)方程走時(shí)反演的思想，通過(guò)建立頻散曲線或二維的頻散譜相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)，反傳頻散曲線或頻散譜的殘差直接反演獲得二維的橫波速度結(jié)構(gòu).

基于面波的頻散特性反演獲取橫波速度結(jié)構(gòu)的方法，均涉及一個(gè)關(guān)鍵步驟：對(duì)面波的頻散能量進(jìn)行成像，獲得面波的頻散譜.因此，高分辨率的面波頻散譜成像對(duì)于準(zhǔn)確提取頻散曲線十分關(guān)鍵.此外，面波的高階模式相比于基階模式對(duì)于地層參數(shù)、軟弱夾層等更加敏感，且高階模式具有更深的勘探深度，因此，考慮精確的多模式的面波頻散譜成像能有效提高反演的精度以及探測(cè)深度(Luo et al., 2007; Zhang and Alkhalifah, 2019).在主動(dòng)源面波勘探中，常用的面波頻散譜成像方法有：τ-p變換法(McMechan and Yedlin, 1981)，f-k變換法(Yilmaz, 1987)，相移法(Park et al., 1998)，頻率分解傾斜疊加法(Xia et al., 2007)，高分辨率線性拉東變換法(Luo et al., 2008)，以及矢量波數(shù)變換法(楊振濤等, 2019).τ-p變換法將數(shù)據(jù)按不同的截距和斜率的直線進(jìn)行疊加，對(duì)高階模式成像質(zhì)量較好，但對(duì)于基階模式的成像分辨率較差，且易出現(xiàn)端點(diǎn)效應(yīng)和假頻問(wèn)題 (邵廣周和李慶春, 2010).f-k變換法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅里葉變換，原理簡(jiǎn)單，但要求時(shí)間和空間采樣等間隔，對(duì)采集方式要求較高，不能有空道和壞道，否則將大大影響頻散譜的成像精度.相移法將各道數(shù)據(jù)沿時(shí)間方向做傅里葉變換，再沿空間方向進(jìn)行積分，不要求檢波器等間隔，但由于每個(gè)頻率只能得到一個(gè)相位值，單個(gè)頻率的頻譜為基階和高階的耦合，因此相移法對(duì)于高階模式不能很好地成像.頻率分解傾斜疊加法首先通過(guò)頻率掃描，得到偽炮集記錄，再通過(guò)傾斜疊加的方式獲得面波的頻散譜，該方法在疊加前對(duì)頻率進(jìn)行了分解，因此，相比于τ-p變換法有更高的成像精度，但該方法在頻率掃描階段存在許多無(wú)效計(jì)算及頻率偏差的問(wèn)題(沈超, 2017).高分辨率線性拉東變換法將頻散譜成像設(shè)計(jì)成一個(gè)反演過(guò)程，通過(guò)迭代可以逐漸提高成像的分辨率(Luo et al., 2008).矢量波數(shù)變換法通過(guò)對(duì)觀測(cè)波場(chǎng)的頻譜進(jìn)行矢量波數(shù)變換，在頻率波數(shù)域?qū)ψ儞Q后的波場(chǎng)進(jìn)行掃描獲得面波的頻散譜.該方法對(duì)基階和高階模式均有較高的成像分辨率，但需要已知震源子波的信息，因此在實(shí)際資料震源未知的情況下，還需要對(duì)震源做近似處理(楊振濤等, 2019).

在天然地震探測(cè)領(lǐng)域，雙臺(tái)法(Knopoff et al., 1966; Yao et al., 2006; Foster et al., 2014)又被稱為L(zhǎng)SC方法(Zheng and Hu, 2017)，被廣泛用來(lái)對(duì)面波的頻散能量進(jìn)行成像，提取頻散曲線并用于大尺度的面波層析成像.該方法通過(guò)對(duì)兩個(gè)臺(tái)站記錄的來(lái)自同一方位的面波進(jìn)行互相關(guān)信號(hào)比較，即可獲得面波的頻散譜，但互相關(guān)的成像方式對(duì)于低頻信號(hào)極不敏感，會(huì)造成頻散譜在低頻端較低的分辨率，以及整個(gè)頻段分辨率的不均勻，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確拾取頻散曲線.NLSC方法(Zheng and Hu, 2017)利用指數(shù)函數(shù)克服了低頻端分辨率較低的問(wèn)題，同時(shí)引入了一個(gè)可調(diào)參數(shù)，極大地提高了頻散譜的成像分辨率.主動(dòng)源面波勘探觀測(cè)系統(tǒng)與天然地震觀測(cè)系統(tǒng)不同，通常沿著直線布設(shè)多個(gè)檢波器接收地震信號(hào)，因此，在信號(hào)比較法的基礎(chǔ)上，考慮多道的MSC方法(Hu et al., 2019)被提出用于多道地震數(shù)據(jù)的面波頻散譜成像，對(duì)于缺道以及噪聲問(wèn)題，MSC方法也具有較強(qiáng)的穩(wěn)健性，與此同時(shí)，MSC方法也被用于地震數(shù)據(jù)的面波分離當(dāng)中，取得了良好的分離效果(Hu and Zheng, 2019).

在研究中我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，LSC和NLSC方法利用兩道地震記錄，并不能將面波的頻散特性完整地考慮在內(nèi)，僅對(duì)基階模式成像準(zhǔn)確，高階模式的成像存在較大的誤差.MSC方法考慮了完整的面波頻散信息，能獲得準(zhǔn)確且分辨率較高的面波頻散譜多模式成像，但該方法需要計(jì)算任意兩道的頻散譜并進(jìn)行疊加，對(duì)于多道記錄，存在冗余的計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng).因此，我們對(duì)MSC方法進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，以求高效獲得頻散譜的多模式高分辨率精確成像，從而有助于多模式頻散曲線的精確提取，以及利用多模式頻散譜進(jìn)行高精度的淺層地震勘探.本文系統(tǒng)性地對(duì)LSC、NLSC方法的理論、關(guān)鍵技術(shù)以及存在的問(wèn)題進(jìn)行了闡述分析，并給出了改進(jìn)的MSC方法的原理.通過(guò)對(duì)含低速夾層的水平層狀模型及一套實(shí)際地震資料的Rayleigh波頻散譜的成像，深入對(duì)比研究了幾種基于信號(hào)比較理論方法在面波頻散譜成像中的應(yīng)用效果，從而為不同的面波頻散譜分析研究提供合適的解決方案.

1 基本原理

1.1 傳統(tǒng)線性信號(hào)比較法 (LSC)

在天然地震面波頻散性質(zhì)的分析當(dāng)中，LSC方法利用互相關(guān)的方式比較兩個(gè)臺(tái)站接收到的地震信號(hào)，獲得它們之間的相位差，這個(gè)相位差與兩個(gè)接收點(diǎn)之間的距離及面波的相速度有關(guān)，通過(guò)這種方式即可獲得面波的頻散譜.其方法原理如圖1所示.震源激發(fā)的地震波，傳播經(jīng)過(guò)同一個(gè)方位的兩個(gè)臺(tái)站Rec 1和Rec 2被接收到，兩者之間的距離為x.Rec 1處的地震記錄表示為R1(t)，Rec 2處的地震記錄表示為R2(t).如果能測(cè)得Rec 2處特定頻率的面波到達(dá)的延遲時(shí)τ，那么就可以反推獲得面波的相速度v.

圖1 傳統(tǒng)線性信號(hào)比較法原理示意圖Fig.1 The conventional LSC method

然而，通常兩個(gè)臺(tái)站之間的距離是已知的，因此，只需給出一定的相速度范圍，移動(dòng)地震記錄R2(t)，求取與R1(t)的互相關(guān)，即可獲得面波的頻散譜(Zheng and Hu, 2017)，記為ELSC(ω,v)：

(1)

1.2 非線性信號(hào)比較法 (NLSC)

為克服傳統(tǒng)LSC方法分辨率的限制，并保證整個(gè)頻帶范圍內(nèi)均勻分布的分辨率.Zheng和Hu (2017)提出了NLSC方法：

(2)

其中，ENL表示未歸一化的頻散譜，ε∈[0,+∞)是一個(gè)非負(fù)實(shí)數(shù)，用來(lái)控制頻散譜的整體分辨率.Zheng和Hu(2017)定義了一個(gè)歸一化算子Eπ：

Eπ(ω,v;ε)=

(3)

對(duì)ENL進(jìn)行歸一化處理，即可得到歸一化的高分辨率頻散譜，記為ENLSC：

(4)

歸一化算子Eπ可認(rèn)為是兩個(gè)臺(tái)站記錄的地震信號(hào)的相位差為π時(shí)，由(2)式計(jì)算得到.NLSC方法巧妙地運(yùn)用指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)，克服了傳統(tǒng)LSC方法生成的頻散譜在整個(gè)頻帶范圍分布不均勻的問(wèn)題，提高了低頻端的分辨率，同時(shí)引入?yún)?shù)ε可以有效提高頻散譜的整體成像分辨率.

1.3 多道信號(hào)比較法(MSC)

由于探測(cè)精度的需求，主動(dòng)源面波勘探觀測(cè)系統(tǒng)與天然地震觀測(cè)系統(tǒng)不同，通常沿著直線布設(shè)多個(gè)檢波器接收地震信號(hào)，從而可利用多道信息反演獲得小尺度的更為精細(xì)的地下結(jié)構(gòu).在研究中我們發(fā)現(xiàn)，只利用兩道地震記錄的LSC和NLSC方法，并不能將面波的頻散特性完整地考慮在內(nèi)，只對(duì)基階模式有較準(zhǔn)確的成像，對(duì)于高階模式的成像存在較大的誤差.因此，Hu等(2019)基于勘探地震中多道采集的方式提出了MSC方法：

(5)

其中，i,j表示地震道，n表示總的接收道數(shù)，Ei,j表示利用信號(hào)比較法計(jì)算的任意兩道的頻散譜，E′MSC表示將所有兩道頻散譜疊加的頻散譜，采用歸一化方法，對(duì)頻散譜進(jìn)行歸一化處理，即可得到MSC方法計(jì)算的面波頻散譜：

EMSC(ω,v)=

(6)

圖2 改進(jìn)的多道信號(hào)比較法原理示意圖Fig.2 The modified multichannel signal comparison method

(7)

同理，改進(jìn)的多道非線性信號(hào)比較法(MNLSC)的可表示為

(8)

改進(jìn)的MSC方法追蹤炮集記錄上的面波波組，考慮了完整的面波頻散信息同時(shí)不增加冗余的信息，可以有效提高計(jì)算效率.

2 數(shù)值實(shí)驗(yàn)

2.1 傳統(tǒng)LSC和NLSC方法的頻散譜成像分析

為了研究幾種信號(hào)比較法在淺層地震勘探中的成像能力，采用含低速夾層的水平層狀模型(LVL)進(jìn)數(shù)值實(shí)驗(yàn)，模型參數(shù)如表1所示.利用垂直震源激發(fā)地震波，子波是主頻為20 Hz的Ricker子波，自由邊界條件，采用SPECFEM2D(Komatitsch and Tromp, 1999)模擬含有Rayleigh波的地震波場(chǎng).線性觀測(cè)系統(tǒng)，100個(gè)檢波點(diǎn)均勻分布在地表，道間距1 m，采樣間隔0.1 ms，一共記錄時(shí)長(zhǎng)為1 s.獲得的炮集地震記錄的垂直分量如圖3所示，可以看到地震記錄中Rayleigh波的能量占了主導(dǎo)成分，且可觀測(cè)到明顯的面波的頻散特性.

表1 含低速夾層的水平層狀模型參數(shù)Table 1 Parameters of the LVL model

圖3 含低速夾層的水平層狀模型的炮集地震記錄的垂直位移分量Fig.3 The vertical displacement component seismograms of the LVL model

抽取其中的兩道地震記錄(如圖3中紅色地震道所示)，利用LSC和NLSC方法進(jìn)行面波頻散譜的成像計(jì)算.此外，還利用Knopoff算法(Schwab and Knopoff, 1970)計(jì)算得到該模型的理論頻散曲線疊加在頻散譜上，用以判斷數(shù)值方法計(jì)算的頻散譜的準(zhǔn)確性.所得的Rayleigh波頻散譜能量圖如圖4所示，可以看到LSC方法(圖4a)的頻散譜在給出的頻帶范圍內(nèi)呈現(xiàn)出非均勻的分辨率，高頻端的分辨率較高，低頻端分辨率較低，在小于10 Hz區(qū)域成像的分辨率尤其較低.而NLSC方法(圖4c，ε=0.01時(shí))成像的分辨率得到了有效地提高，尤其在低頻端得到了顯著地提升.當(dāng)調(diào)整分辨率的參數(shù)ε=0.001時(shí)(圖4d)，成像分辨率達(dá)到極高.在頻散譜的準(zhǔn)確性上，LSC和NLSC方法均呈現(xiàn)出強(qiáng)而清晰的基階模式Rayleigh波頻散能量，并且與理論頻散曲線的基階模式有較好地吻合.然而，兩種方法的成像結(jié)果，在高頻端均出現(xiàn)了扭曲，與理論頻散曲線吻合較差，且高階模式雖有著清晰的成像，卻與理論頻散曲線相差甚遠(yuǎn).因此，只利用兩道地震記錄的信號(hào)比較法，無(wú)法對(duì)面波的多模式進(jìn)行準(zhǔn)確地成像，因此無(wú)法利用其進(jìn)行高精度的淺層結(jié)構(gòu)反演.

圖4 LSC和NLSC方法的Rayleigh波頻散譜能量圖(a) LSC方法； (b) NLSC方法,ε=0.01； (c) NLSC方法,ε=0.001，圖中白色圓點(diǎn)為Knopoff算法計(jì)算獲得的理論頻散曲線.Fig.4 The Rayleigh wave dispersion spectrum maps of the LVL model using (a) LSC method an (b) NLSC method with ε=0.01 and (c) NLSC method with ε=0.001. The white dots in the figure are the theoretical dispersion curves calculated by the Knopoff′s algorithm

2.2 改進(jìn)的MSC方法頻散譜成像分析

分別采用24和100道的地震數(shù)據(jù)，應(yīng)用改進(jìn)的MLSC和MNLSC方法對(duì)該地震記錄(圖3)進(jìn)行頻散譜的成像計(jì)算，為了對(duì)比展示成像效果，利用相移法也獲得了面波的頻散譜，將三種方法與理論頻散曲線疊加，結(jié)果如圖5和圖6所示.可以看到，由于低速夾層的存在，三種方法均呈現(xiàn)出了清晰的多模式面波能量.圖5顯示，當(dāng)參與計(jì)算的道數(shù)較少時(shí)，頻散譜的成像效果均較差，相移法在低頻端與理論頻散曲線吻合較好，但分辨率較低，而MLSC和MNLSC方法的成像分辨率以及高階模式的成像精度均明顯高于相移法.當(dāng)參與頻散譜成像的地震道數(shù)增加時(shí)(圖6)，三種方法的成像質(zhì)量都獲得了顯著地提升，表明面波頻散譜的分辨率和準(zhǔn)確性會(huì)隨著道數(shù)的增加而提高.圖6a顯示，相移法的成像分辨率在整個(gè)頻段上分布極不均勻，低頻端(<10 Hz)的成像分辨率較低，使得低頻端能量峰值與理論頻散曲線出現(xiàn)較大偏差.與相移法相比，MLSC(圖6b)和MNLSC方法(圖6c，6d)的成像質(zhì)量具有明顯優(yōu)勢(shì)，整個(gè)頻段的分辨率均有所提升，尤其在低頻端有顯著的提高，與理論頻散曲線吻合較好.MNLSC方法相比于MLSC方法在成像分辨率上則有更近一步的提升.因此，改進(jìn)的MLSC和MNLSC方法，利用多道地震信號(hào)，在提升計(jì)算效率的同時(shí)，不僅能有效地對(duì)面波的多階模式進(jìn)行精確地成像，而且能獲得均勻且分辨率較高的頻譜，這在面波頻散譜的成像上具有巨大的潛力.

圖5 24道數(shù)據(jù)的Rayleigh波頻散譜能量圖(a) 相移法； (b) MLSC方法； (c) MNLSC方法,ε=0.03； (d) MNLSC方法,ε=0.01.Fig.5 The Rayleigh wave dispersion spectrum maps with 24 traces using (a) phase shift method (b) MLSC method (c) MNLSC method with ε=0.03 and (d) MNLSC method with ε=0.01

圖6 100道數(shù)據(jù)的Rayleigh波頻散譜能量圖(a) 相移法； (b) MLSC方法； (c) MNLSC方法,ε=0.03； (d) MNLSC方法,ε=0.01.Fig.6 The Rayleigh wave dispersion spectrum maps with 100 traces using (a) phase shift method (b) MLSC method (c) MNLSC method with ε=0.03 and (d) MNLSC method with ε=0.01

3 實(shí)際地震資料測(cè)試

為研究改進(jìn)的MSC方法在實(shí)際地震資料中的適用性，將其應(yīng)用在一套紅海海岸跨越Qademah斷層采集的含Rayleigh波的實(shí)際地震資料中(Hanafy et al., 2015; Li et al., 2017; Zhang and Alkhalifah, 2019).采集參數(shù)為：垂直震源，120個(gè)檢波器，道間距5 m，采樣間隔 0.05 ms, 一共記錄時(shí)長(zhǎng)1.2 s.圖7a展示了該資料沿著時(shí)間方向進(jìn)行能量補(bǔ)償(Claerbout, 1985)之后的典型單炮記錄，我們對(duì)其進(jìn)行了包括剔除壞道，開(kāi)窗切除保留面波成分等預(yù)處理工作，預(yù)處理之后的炮集記錄如圖7b所示.由于該炮集記錄遠(yuǎn)偏移距的地震道未能記錄到完整的面波，因此，我們僅利用預(yù)處理之后的前64道進(jìn)行多道面波頻散譜的計(jì)算.

圖7 實(shí)際資料的典型單炮地震記錄(a) 能量補(bǔ)償后的單炮記錄； (b) 預(yù)處理之后的單炮記錄.Fig.7 The common shot gathers of the field data after (a) energy compensation, and (b) after preprocessing

分別采用相移法、改進(jìn)的MLSC和MNLSC方法對(duì)該實(shí)際地震資料進(jìn)行Rayleigh波的頻散譜成像計(jì)算，結(jié)果如圖8所示，可以看到MLSC(圖8b)和MNLSC(圖8c和圖8d)頻散譜成像的分辨率，在高頻端和低頻端，均優(yōu)于相移法(圖8a).此外，對(duì)比圖中紅色箭頭處，MLSC和MNLSC相比于相移法對(duì)高階模式有更清晰的成像，對(duì)比白色箭頭處，MLSC和MNLSC則清晰地指示了模式的分離.相比于相移法，MLSC和MNLSC方法頻散譜的成像細(xì)節(jié)，能更好地指示地下橫波速度的改變.

圖8 實(shí)際地震資料Rayleigh波頻散譜能量圖(a) 相移法； (b) MLSC方法； (c) MNLSC方法,ε=0.05； (d) MNLSC方法,ε=0.02.Fig.8 The Rayleigh wave dispersion spectrum maps of the field data using (a) phase shift method (b) MLSC method (c) MNLSC method with ε=0.05 and (d) MNLSC method with ε=0.02.

4 討論

在數(shù)值試驗(yàn)和實(shí)際地震資料的測(cè)試中我們可以看到，改進(jìn)的MSC方法不需要計(jì)算每?jī)傻赖卣鹦盘?hào)的頻散譜，提高了計(jì)算效率，但同時(shí)充分利用接收的地震信息，獲得了準(zhǔn)確的多模式高分辨率的頻散譜成像.在抗噪性方面，從方法原理可以看出，改進(jìn)的MSC方法的成像效果較為依賴參考道的數(shù)據(jù)質(zhì)量，若參考道數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，則會(huì)對(duì)成像結(jié)果有較大的影響，因此，在實(shí)際資料的處理中，可在近偏移距中選取數(shù)據(jù)質(zhì)量較高的地震道作為參考道進(jìn)行成像計(jì)算.對(duì)于MNLSC方法中的參數(shù)ε可依據(jù)反演需求來(lái)設(shè)置：當(dāng)采用直接基于面波頻散譜的反演方法獲得二維橫波速度結(jié)構(gòu)時(shí)(Zhang and Alkhalifah, 2019)，可將ε設(shè)置為一個(gè)稍大的數(shù)值，或者直接采用MLSC方法來(lái)獲得頻散能量清晰且分布均勻的頻散譜；當(dāng)采用傳統(tǒng)提取頻散曲線的方法，估計(jì)一維橫波速度(Xia et al., 1999; Boiero and Socco, 2010) 或基于波動(dòng)方程走時(shí)反演理論，利用頻散曲線直接反演獲得二維速度結(jié)構(gòu)時(shí)(Li et al., 2017)，可將ε設(shè)置為一個(gè)較小的數(shù)值，以獲得高分辨率的頻散譜.因此，改進(jìn)的MSC方法的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，可依據(jù)反演需求獲得合適的面波頻散譜的分辨率.理論上，當(dāng)ε趨于零時(shí)，MNLSC方法的頻散譜分辨率將達(dá)到極致，但當(dāng)ε取值較小時(shí)，低頻端的成像質(zhì)量也會(huì)有所損失，如圖9所示.因此，在利用MNLSC方法計(jì)算時(shí)，合理地對(duì)參數(shù)ε取值，對(duì)于頻散譜的成像質(zhì)量也十分關(guān)鍵.

圖9 LVL模型MNLSC方法 (ε=0.002)Rayleigh波頻散譜能量圖Fig.9 The Rayleigh wave dispersion spectrum maps of the LVL model using MNLSC method with ε=0.002

5 結(jié)論

天然地震探測(cè)中的兩道信號(hào)比較法(LSC方法和NLSC方法)在面波頻散譜的計(jì)算中存在一定的局限性：低頻端較低的分辨率，整個(gè)頻段非均勻的分辨率，高階模式不準(zhǔn)確的成像，這些問(wèn)題導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確拾取頻散曲線，以及無(wú)法有效利用面波的高階模式反演獲得較為準(zhǔn)確的橫波速度結(jié)構(gòu).本文根據(jù)主動(dòng)源面波勘探中多道采集的方式，提出的改進(jìn)的多道信號(hào)比較法(MSC方法)通過(guò)追蹤面波波組，考慮了完整的面波頻散信息的同時(shí)不增加冗余的計(jì)算，可以獲得高精度、高分辨率的面波多模式頻散譜的成像，該方法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，并且理論上不需要觀測(cè)系統(tǒng)等間隔排列，降低了實(shí)際數(shù)據(jù)采集時(shí)對(duì)場(chǎng)地的要求.因此，在淺地表地震勘探以及地震工程的橫波速度結(jié)構(gòu)探測(cè)中，多道信號(hào)比較法將具有廣闊的應(yīng)用前景.

致謝感謝兩位評(píng)審專家提出的寶貴意見(jiàn)，感謝沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)Schuster教授及其課題組成員在采集地震數(shù)據(jù)過(guò)程中的辛苦奉獻(xiàn)，感謝Zhengdong Zhang博士提供的實(shí)際地震數(shù)據(jù)以及相關(guān)討論.