城市地下空間資源地質調查中微動勘探排列方式研究

摘" 要：微動勘探是城市地下空間資源地質調查中的熱門研究方法。為選擇高效的數據采集排列方式，我們對三角型、直線型和“L”型三種常見排列方式采集的數據進行了對比分析，結果顯示，三種排列方式均能獲得一致的Rayleigh面波相速度頻散曲線，對街道狹窄和交通發達的城市區域，更建議使用直線型和“L”型排列結合方式的觀測系統開展工作。

關鍵詞：城市地下空間；微動勘探；排列方式

1.引言

在沒有地震的時候，地球表面的任何地方都處在一種微弱的振動狀態，地球表面的這種連續微弱振動稱為微動。微動信號屬于天然源信號，主要源于兩個方面：一是人類的日常活動，包括各種機械振動、道路交通等；二是各種自然現象，包括海浪對海岸的撞擊、河水的流動、風、雨、氣壓的變化等。微動是由體波（P波和S波）和面波—瑞雷波和勒夫波組成的復雜振動，并且面波的能量占信號總能量的70％以上。所以，常常利用微動中的面波信息研究地下橫波速度結構，而實際應用中常利用微動信號中的瑞雷波。近些年來，長周期和短周期微動信號已同時被用于估算近地表橫波速度結構，實現對地質結構和構造的建模、資源調查。

2.微動勘探方法與流程

微動探測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勢和局限，關鍵在于面對具體的工區環境，選擇合適、有效的處理方式。微動勘探排列方式主要有三角型、直線型和“L”型3種。以成都某工區為例，我們分別對三種排列方式采集的微動數據進行了分析，對比不同排列方式觀測數據的面波速度譜效果。

微動勘探資料的核心處理主要流程分為四步：

（1）信號變換處理，從原始背景噪聲信號中分離面波能量。

（2）根據頻率-速度域中的面波能量拾取頻散曲線。

（3）頻散曲線反演，得到觀測排列中心位置下方一位橫波速度結構。

（4）沿測線挪動觀測排列，得到系列一維微動S波速度剖面，并通過差值建立二、三維測線橫波速度結構。

3.排列方式效果對比

在本研究中，我們采用FK方法和ReMi方法對數據進行處理。三種不同排列方式的數據處理結果如圖1所示。

（1）三角型排列。記錄到來自各個方向的環境微動信號，因此具有較為均勻的震源信號，信號明確，面波能量分布均勻、穩定，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境空曠的工區，而在路網發達、街道狹窄的城市區域受施工空間的限制較為突出。

（2）直線型排列。該種觀測系統很適合在道路兩側沿路布設，便于沿測線滾動采集數據，采集效率高。但是由于直線型觀測系統接收到的多數面波信號與排列方向斜交，因此最大面波能量表現出的視速度通常高于地下結構的真實速度。對此，早有相關學者展開了理論和實踐研究，指出在拾取頻散曲線時應沿著面波能量脊的下包絡線對應的低相速度，可以得到面波真實的相速度信息，從而反演正確的地質結構模型。

（3）當道路路口較多、交通復雜時，例如十字路口，直線型排列觀測受到交通環境的影響，很難在繁忙路口施工而不影響正常交通，此時可以使用“L”型微動排列，以路口拐點為中心，沿相互垂直的道路展布儀器。與直線型排列方式記錄的數據相似的是微動能量主要信號定向傳播，因此在后續的數據處理中，同樣是按照沿著面波能量脊的下方對應的低相速度值拾取較為適宜。

4.結論

我們利用三種觀測系統記錄環境微動數據，獲得了相應的頻散曲線，并對比分析了頻散曲線反演的結果。其中，三種排列方式獲取的頻散曲線在整體的趨勢上具有較好的一致性，但是對于城市地下空間資源地質調查，基于勘探效果和經濟性，建議使用直線型和“L”型排列結合方式的觀測系統開展工作。