一种基于层析成像技术提高浅地表面波勘探水平分辨率的方法

在高频面波方法中,水平分辨率是指水平方向上分辨异常体的能力.异常体在水平方向上的长度可用水平方向上横波速度的异常尺度来确定.面波多道分析(MASW)方法被广泛应用于浅地表横波速度结构的探测,然而该方法确定的横波速度是整个检波器排列的平均计算结果,因此水平分辨率较差.另外,采用共中心点(CMP)多次覆盖的方式采集数据亦增加了野外的工作量.我们在MASW方法的基础上,应用面波层析成像方法,提出一套提高面波勘探水平分辨率的完整方法的技术流程.首先,利用波场分离技术获得准确的基阶或高阶模式面波,采用相位扫描的互相关方法测量多道面波记录中任意两道之间的面波走时;然后根据面波层析成像方法,获得高分辨率的各目标网格内的纯路径相速度频散曲线;最后反演所有目标网格内的纯路径相速度频散曲线,得到研究区域的拟二维横波速度结构.这套方法具有一定的抗噪能力,理论上它可以准确地提取相邻两道之间面波的相速度频散曲线;同时由于该方法最少只需要1个排列就可以获得拟二维横波速度结构,因此它显著减小了野外工作量.理论模型和实际资料都证实了这套方法可有效提高面波勘探的水平分辨率.

高频面波方法的若干新进展

面波多道分析方法（MASW）通过分析高频瑞雷波确定浅地表剪切波速度.在过去的20年中,由于该方法具有非侵入性、无损、高效及价格低的特点,越来越受到浅地表地球物理和地质工程学界的重视,视为未来最有希望的技术之一.这篇综述论文将介绍中国地质大学（武汉）浅地表地球物理团队近年来在研究高频面波的传播理论和应用中取得的部分成果.非几何波是一种仅存在于浅地表介质,尤其是未固结的沉积物中的独特的地震波.它的存在对快速而准确地获得表层S波速度有一定价值.我们的研究表明非几何波是一种具有频散特性的泄漏波.泄漏波的存在可能导致将其误认为瑞雷波的基阶或高阶能量,从而造成模式误判.这种模式误判会导致错误的反演结果.我们通过求取高基阶分离后的瑞雷波格林函数证明虚震源法瑞雷波勘探的可行性.这个结果将极大地降低野外瑞雷波勘探成本.勒夫波多道分析方法（MALW）中未知参数比瑞雷波的少,这使得勒夫波的频散曲线比瑞雷波的简单.因此,勒夫波反演更稳定,非唯一性更低.勒夫波数据生成的能量图像通常比瑞雷波的清晰,并具有更高的分辨率,从而可以更容易地拾取精确的勒夫波的相速度.利用雅克比矩阵分析波长与探测深度的关系表明对相同波长的基阶模式而言,瑞雷波的探测深度是勒夫波的1.3~1.4倍;而两种波的相同波长的高阶模式波的探测深度相同.我们也尝试了时间域勒夫波反演.按照勒夫波分辨率将地球模型剖分成了不同尺寸的块体,利用反卷积消除了地震子波对勒夫波波形的影响,通过更新每个块体的S波速度来拟合勒夫波波形,从而获得地下S波速度模型.该方法不基于水平层状模型假设,适用于任意二维介质模型.

水平层状模型中多模式瑞雷波和拉夫波相速度频散曲线的灵敏度分析

以瑞雷波和拉夫波为主要研究对象的高频面波方法,在地下水、环境及工程等领域被广泛应用。对于水平层状模型,横波速度是影响多模式瑞雷波和拉夫波相速度频散曲线的最重要参数。文中利用雅可比矩阵探究多模式瑞雷波和拉夫波相速度对不同深度地层横波速度的灵敏度。研究表明:①不同模式的面波对相同地层横波速度的灵敏度不同;无论是瑞雷波还是拉夫波,低频面波比高频面波对较深层横波速度更灵敏;同时,整个高频段都是多模式面波相速度频散曲线对表层横波速度改变的灵敏频段。②基于对速度递增模型和两种速度异常层(含低速夹层或高速夹层)模型进行的测试分析,认为多模式瑞雷波和拉夫波相速度频散曲线对低速层横波速度的灵敏度高,而对高速层及速度异常层(低速层或高速层)下伏地层横波速度的灵敏度低。③相同模式拉夫波相速度频散曲线对同一地层横波速度的高灵敏度频段范围比瑞雷波的更宽,瑞雷波和拉夫波相速度频散曲线对相同地层横波速度的灵敏度峰值存在差异,因此联合反演多模式瑞雷波和拉夫波相速度频散曲线有利于获得高精度的浅地表横波速度。