多道面波分析方法及其應(yīng)用研究

盧建旗

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

多道面波分析方法及其應(yīng)用研究

盧建旗

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

淺層地表介質(zhì)的剪切波速是工程抗震設(shè)計、場地地震危險性分析、場地地震效應(yīng)研究等研究的重要基礎(chǔ)。面波勘探方法是一種利用人工震源激發(fā)產(chǎn)生的瑞雷面波來反演地下介質(zhì)彈性參數(shù)特別是剪切波速的現(xiàn)場原位測試方法，工作效率高且經(jīng)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(zhì)剪切波速探測中的應(yīng)用進行了研究。主要研究內(nèi)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(jié)了頻散曲線在速度半波長域的分層特征。利用交錯網(wǎng)格有限差分法模擬了水平層位及復(fù)雜層位條件下的瑞雷波場，總結(jié)了復(fù)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(tài)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(shù)進行了綜合分析，并提出了阻尼最小二乘與模擬退火聯(lián)合反演介質(zhì)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(gòu)建地下二維剖面的“CMP Cross-Correlation”法進行了應(yīng)用研究。結(jié)果顯示，該方法只適用于水平層狀介質(zhì)或階梯狀水平層位條件下頻散曲線的基階模態(tài)，而頻散曲線的高階模態(tài)無法獲得。同時，通過對傾斜層位模型的模擬結(jié)果進行處理，發(fā)現(xiàn)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(lián)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(jù)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(shù)線性關(guān)系，回歸了成都盆地vS30與上層平均剪切波速vSz之間的關(guān)系。結(jié)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(shù)據(jù)回歸的關(guān)系曲線非常接近。這一結(jié)果對于成都盆地場地vS30的估計提供了可靠的依據(jù)，同時也為建立該地區(qū)地震動衰減關(guān)系中估計場地影響因素提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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