多道面波分析方法及其應用研究

盧建旗

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

多道面波分析方法及其應用研究

盧建旗

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

淺層地表介質的剪切波速是工程抗震設計、場地地震危險性分析、場地地震效應研究等研究的重要基礎。面波勘探方法是一種利用人工震源激發產生的瑞雷面波來反演地下介質彈性參數特別是剪切波速的現場原位測試方法，工作效率高且經濟成本低。本文針對面波勘探中相對較新的多道面波分析方法（MASW）在地下介質剪切波速探測中的應用進行了研究。主要研究內容及取得的成果如下：

（1）利用傳遞矩陣法（Dunkin）計算了水平層位條件下的瑞雷波相速度頻散曲線，并總結了頻散曲線在速度半波長域的分層特征。利用交錯網格有限差分法模擬了水平層位及復雜層位條件下的瑞雷波場，總結了復雜層位條件下瑞雷波場的特征，以及頻率深度域中的頻散特征。

（2）對常用的提取頻散曲線的方法（F-K法、τ-p變換法、相移法）進行了改進，使得改進后的3種方法具有基本相同的精度，增強了頻率速度域中各階模態的分辨能力。

（3）對常用的線性反演方法“阻尼最小二乘法”和非線性反演方法“模擬退火法”在瑞雷波頻散曲線反演中的方法技術進行了綜合分析，并提出了阻尼最小二乘與模擬退火聯合反演介質剪切波速的新方法。新方法克服了阻尼最小二乘法容易陷入局部極值的缺陷，也提高了模擬退火法的反演效率。

（4）對Hayashi和Suzuki（2004）提出的利用多道面波分析方法構建地下二維剖面的“CMP Cross-Correlation”法進行了應用研究。結果顯示，該方法只適用于水平層狀介質或階梯狀水平層位條件下頻散曲線的基階模態，而頻散曲線的高階模態無法獲得。同時，通過對傾斜層位模型的模擬結果進行處理，發現該方法不適用于傾斜層位條件下頻散曲線的獲取。

（5）利用本文改進的頻散曲線提取方法以及阻尼最小二乘與模擬退火聯合反演方法，對成都盆地實測的面波記錄進行了分析，得到了成都盆地的覆蓋層厚度以及等效剪切波速（vS20）。根據Boore（2011）提出的平均剪切波速vS30與上層平均剪切波速vSz之間的對數線性關系，回歸了成都盆地vS30與上層平均剪切波速vSz之間的關系。結果顯示，成都盆地vS30與vSz之間的變化趨勢與Boore（2011）利用Ki K-net鉆孔數據回歸的關系曲線非常接近。這一結果對于成都盆地場地vS30的估計提供了可靠的依據，同時也為建立該地區地震動衰減關系中估計場地影響因素提供了可靠的數據基礎。

多道面波分析方法；頻散；波場模擬；反演；剪切波速

（作者電子信箱，盧建旗：ljqsjy＠163．com）

P315．9；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．04．012