城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查中微動(dòng)勘探排列方式研究

摘" 要：微動(dòng)勘探是城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查中的熱門研究方法。為選擇高效的數(shù)據(jù)采集排列方式，我們對(duì)三角型、直線型和“L”型三種常見排列方式采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果顯示，三種排列方式均能獲得一致的Rayleigh面波相速度頻散曲線，對(duì)街道狹窄和交通發(fā)達(dá)的城市區(qū)域，更建議使用直線型和“L”型排列結(jié)合方式的觀測(cè)系統(tǒng)開展工作。

關(guān)鍵詞：城市地下空間；微動(dòng)勘探；排列方式

1.引言

在沒有地震的時(shí)候，地球表面的任何地方都處在一種微弱的振動(dòng)狀態(tài)，地球表面的這種連續(xù)微弱振動(dòng)稱為微動(dòng)。微動(dòng)信號(hào)屬于天然源信號(hào)，主要源于兩個(gè)方面：一是人類的日?；顒?dòng)，包括各種機(jī)械振動(dòng)、道路交通等；二是各種自然現(xiàn)象，包括海浪對(duì)海岸的撞擊、河水的流動(dòng)、風(fēng)、雨、氣壓的變化等。微動(dòng)是由體波（P波和S波）和面波—瑞雷波和勒夫波組成的復(fù)雜振動(dòng)，并且面波的能量占信號(hào)總能量的70％以上。所以，常常利用微動(dòng)中的面波信息研究地下橫波速度結(jié)構(gòu)，而實(shí)際應(yīng)用中常利用微動(dòng)信號(hào)中的瑞雷波。近些年來，長(zhǎng)周期和短周期微動(dòng)信號(hào)已同時(shí)被用于估算近地表橫波速度結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的建模、資源調(diào)查。

2.微動(dòng)勘探方法與流程

微動(dòng)探測(cè)常用的處理方法包括：SPAC方法、FK方法、ReMi方法、相移方法等，每種處理方法都有自身的優(yōu)勢(shì)和局限，關(guān)鍵在于面對(duì)具體的工區(qū)環(huán)境，選擇合適、有效的處理方式。微動(dòng)勘探排列方式主要有三角型、直線型和“L”型3種。以成都某工區(qū)為例，我們分別對(duì)三種排列方式采集的微動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，對(duì)比不同排列方式觀測(cè)數(shù)據(jù)的面波速度譜效果。

微動(dòng)勘探資料的核心處理主要流程分為四步：

（1）信號(hào)變換處理，從原始背景噪聲信號(hào)中分離面波能量。

（2）根據(jù)頻率-速度域中的面波能量拾取頻散曲線。

（3）頻散曲線反演，得到觀測(cè)排列中心位置下方一位橫波速度結(jié)構(gòu)。

（4）沿測(cè)線挪動(dòng)觀測(cè)排列，得到系列一維微動(dòng)S波速度剖面，并通過差值建立二、三維測(cè)線橫波速度結(jié)構(gòu)。

3.排列方式效果對(duì)比

在本研究中，我們采用FK方法和ReMi方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。三種不同排列方式的數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖1所示。

（1）三角型排列。記錄到來自各個(gè)方向的環(huán)境微動(dòng)信號(hào)，因此具有較為均勻的震源信號(hào)，信號(hào)明確，面波能量分布均勻、穩(wěn)定，得到的頻散曲線也是沿著最大面波能量拾取。但是該排列方式更適合環(huán)境空曠的工區(qū)，而在路網(wǎng)發(fā)達(dá)、街道狹窄的城市區(qū)域受施工空間的限制較為突出。

（2）直線型排列。該種觀測(cè)系統(tǒng)很適合在道路兩側(cè)沿路布設(shè)，便于沿測(cè)線滾動(dòng)采集數(shù)據(jù)，采集效率高。但是由于直線型觀測(cè)系統(tǒng)接收到的多數(shù)面波信號(hào)與排列方向斜交，因此最大面波能量表現(xiàn)出的視速度通常高于地下結(jié)構(gòu)的真實(shí)速度。對(duì)此，早有相關(guān)學(xué)者展開了理論和實(shí)踐研究，指出在拾取頻散曲線時(shí)應(yīng)沿著面波能量脊的下包絡(luò)線對(duì)應(yīng)的低相速度，可以得到面波真實(shí)的相速度信息，從而反演正確的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。

（3）當(dāng)?shù)缆仿房谳^多、交通復(fù)雜時(shí)，例如十字路口，直線型排列觀測(cè)受到交通環(huán)境的影響，很難在繁忙路口施工而不影響正常交通，此時(shí)可以使用“L”型微動(dòng)排列，以路口拐點(diǎn)為中心，沿相互垂直的道路展布儀器。與直線型排列方式記錄的數(shù)據(jù)相似的是微動(dòng)能量主要信號(hào)定向傳播，因此在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中，同樣是按照沿著面波能量脊的下方對(duì)應(yīng)的低相速度值拾取較為適宜。

4.結(jié)論

我們利用三種觀測(cè)系統(tǒng)記錄環(huán)境微動(dòng)數(shù)據(jù)，獲得了相應(yīng)的頻散曲線，并對(duì)比分析了頻散曲線反演的結(jié)果。其中，三種排列方式獲取的頻散曲線在整體的趨勢(shì)上具有較好的一致性，但是對(duì)于城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查，基于勘探效果和經(jīng)濟(jì)性，建議使用直線型和“L”型排列結(jié)合方式的觀測(cè)系統(tǒng)開展工作。