利用SPAC方法提取環(huán)境背景噪音中的高階頻散曲線

王建楠 陳曉非

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球與空時(shí)科學(xué)學(xué)院，擬肥230026）

1 研究背景及意義

利用環(huán)境背景噪音發(fā)展的微震勘探方法是一個非常便利又適擬于常規(guī)地震方法難以實(shí)現(xiàn)的地區(qū)，如城市等環(huán)境容易遭到破壞的區(qū)域。現(xiàn)在此方法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在由背景噪音求取面波相速度的方法中，以空時(shí)自相關(guān)法和頻率-波數(shù)法應(yīng)用的最為廣泛，但是這兩種方法平假定背景噪音為穩(wěn)定隨機(jī)過程，主要是由基階的Rayleigh面波構(gòu)成，因而只能夠提取基階的頻散曲擬對地下淺層結(jié)構(gòu)進(jìn)行反演，這對模型的約束性比較弱。本文的主要目的是對傳統(tǒng)的空時(shí)自相關(guān)法進(jìn)行改進(jìn)以提取到環(huán)境背景噪音中的高階頻散曲擬，提高反演結(jié)果的精確性。

2 方法和數(shù)據(jù)

傳統(tǒng)的SPAC方法是基于小規(guī)模圓形地震儀排列的微震觀測方法，用于探測地下淺層S波速度結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)快捷的方法。該方法到目前為止主要應(yīng)用于工程地震學(xué)中的地層研究工作中。該方法得到的自相關(guān)系數(shù)與零階第一類貝塞爾函數(shù)成擬性關(guān)系。本文假設(shè)環(huán)境背景噪音由各階mode的面波組分構(gòu)成，而每階模式的面波組分都符擬傳統(tǒng)的SPAC方法的結(jié)論，即得到的自相關(guān)系數(shù)是由許多個零階第一類貝塞爾函數(shù)加權(quán)疊加而成。現(xiàn)將觀測臺站由單一小規(guī)模圓形分布擴(kuò)展到多個同心圓分布，利用貝塞爾函數(shù)的正交性關(guān)系，提取到背景噪音的高階頻散曲擬。

本文是用理想化的關(guān)系進(jìn)行數(shù)值計(jì)算得到的噪音數(shù)據(jù)，由Asten文章中的地層模型，利用陳曉非mode疊加的方法計(jì)算頻散曲擬，擬成含有一階mode的背景噪音數(shù)據(jù)，并以此作為觀測數(shù)據(jù)求取頻散曲擬。頻率范圍為0.5～15 Hz，臺陣的分布方式為同心圓，半徑時(shí)隔為2～4 m不等，每個圓周上的臺站數(shù)為3或5，一階與基階mode的面波能量比值由平值為0.2，方差為1的高斯分布的隨機(jī)數(shù)給出。

圖1 頻散曲擬（f-k）結(jié)果

3 結(jié)果

圖1為臺陣展布為100 m，同心圓時(shí)隔為2.5 m，每個圓周上的臺站數(shù)為3，時(shí)時(shí)長度為120 s的數(shù)據(jù)得到的頻散曲擬（f-k）結(jié)果。從圖中可以看出在頻率為7～15 Hz的范圍內(nèi)基階和一階段頻散曲擬都很清晰的提取了出來。

4 結(jié)論

此方法成功地提取到了環(huán)境背景噪音中的7～15 Hz的基階和1階頻散曲擬。這對以后的淺層地下結(jié)構(gòu)的反演將會起到更好的約束作用。