微動(dòng)技術(shù)中運(yùn)用鄰里算法反演地表速度結(jié)構(gòu)

李細(xì)兵 范小平

（江蘇省地震局，南京 210014）

近年來大量的城市建設(shè)以及城市活斷層項(xiàng)目的開展，由于空時(shí)限制以及噪音干擾等因素，導(dǎo)致淺層人工地震的實(shí)際效果并不理想；微動(dòng)技術(shù)可以較好的解決這方面的問題，隨著在儀器性能與處理方法的進(jìn)步，該技術(shù)越來越被人們所重視。目前用于探測地表淺層結(jié)構(gòu)的面波方法主要有兩種：頻率－波數(shù)譜方法（f－k法）和空時(shí)自相關(guān)法（SPAC法），兩種方法都是基于上述的微震波成分中面波占據(jù)優(yōu)勢(shì)的假定。通過這兩種方法提取出淺層地表頻散曲擬，利用頻散曲擬來反演不同深度下的速度結(jié)構(gòu)，其中運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆囱莘椒ㄊ翘岣叻囱菥鹊闹匾矫妗｀徖锼惴ㄊ且粋€(gè)靈活功能強(qiáng)大并搜尋所有可能解的反演方法，對(duì)于復(fù)雜的地球物理問題具有一定優(yōu)勢(shì)。

1 研究方法

首先給定一個(gè)四層實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒄莸玫皆撃Ｐ偷睦碚擃l散曲擬，然后通過軟件反演地表速度結(jié)構(gòu)。目前主要的面波反演方法有迭代法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、蒙特卡洛法等，運(yùn)用基于蒙特卡洛技術(shù)的鄰里算法來作為反演算法的基礎(chǔ)，該方法運(yùn)用較為成熟，主要是將參量空時(shí)分布到Voronoi單元中。在構(gòu)建反演模型時(shí)需要4個(gè)調(diào)整參數(shù)：用于迭代的次數(shù)itmax，開始反演時(shí)參量空時(shí)的隨機(jī)模型數(shù)ns0，每次迭代產(chǎn)生的模型數(shù)ns，產(chǎn)生ns模型時(shí)誤差最小的單元數(shù)nr。整個(gè)算法反演過程主要有以下幾個(gè)步驟：①在參量空時(shí)產(chǎn)生一組ns0模型；②對(duì)最近產(chǎn)生的模型進(jìn)行誤差函數(shù)計(jì)算；③選擇最低誤差的模型數(shù)量；④在每個(gè)選定的單元中生成新樣本；⑤將新產(chǎn)生的ns加入到總模型中并返回②中。在反演的過程中還需給出初始模型，包括vP、vS、泊松比以及密度等參數(shù)。通過對(duì)不同輸入?yún)?shù)的變化，討論初始模型中參數(shù)的變化對(duì)反演結(jié)果的影響。

2 結(jié)果與討論

用正演模型計(jì)算理論頻散曲擬的頻率范圍在0.2～20 Hz，使數(shù)據(jù)呈平勻分布，在反演過程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新采樣圓滑。從反演的結(jié)果來看，主要有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）在初始模型中，密度的變化對(duì)最后反演結(jié)果的影響很小，因此，反演過程中將密度參數(shù)在初始模型中給一常數(shù)值即可。

（2）給定模型時(shí)，需要對(duì)所反演區(qū)域有一個(gè)基本認(rèn)識(shí)，如地層的主要分層情況，同時(shí)縱橫波的速度也可以限定在一定范圍內(nèi)，這樣在模型建立時(shí)更加準(zhǔn)確可靠。

（3）縱橫波可以通過泊松比相聯(lián)系起來，泊松比范圍一般在0～0.5之時(shí)變化，由此可以得到縱橫波之時(shí)需滿足0

（4）從模型所反演的結(jié)果來看，第一層的結(jié)果無論是界面深度還是速度都很準(zhǔn)確，第二層的結(jié)果稍差，第三層反演界面誤差較大。因此，對(duì)于淺表層其反演效果還不錯(cuò)，但隨著深度的增加，可靠性較差。