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物探与化探  2024, Vol. 48 Issue (5): 1322-1330    DOI: 10.11720/wtyht.2024.1479
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浅地表环境下ESPAC微动成像方法影响因素分析
杨浪邕航(), 李红星()
东华理工大学 地球物理与测控技术学院,江西 南昌 330013
Factors influencing the application of ESPAC-based microtremor survey in shallow surface environments
YANG Lang-Yong-Hang(), LI Hong-Xing()
School of Geophysics and Measurement Technology,East China University of Technology,Nanchang 330013,China
全文: PDF(5302 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

扩展空间自相关(ESPAC)微动探测(天然源面波勘探)技术由于其简便快捷、效果精确等优势,在浅部地层探测方面得到广泛应用。然而在实际应用中会出现基于ESPAC法提取的频散能量成像效果不尽人意的现象,特别是不同的观测台阵布置情况会对采集的频散曲线提取结果造成一定的影响。通过对ESPAC法成像原理的分析研究,利用背景噪声模拟的方法进行了天然源微动记录模拟实验,比较了不同子波主频分布情况下频散能量的差异,定量分析了不同台站布置情况和采集时间长度对频散能量成像质量的影响,经过对比研究得到了ESPAC法在浅地表勘探时的成像规律,在兼顾效率和探测成本的条件下最大程度提高基阶模式下的频散能量成像质量。将研究结果应用到工程实例中,取得了不错的实际勘探效果,验证了模拟结果的实用性。

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杨浪邕航
李红星
关键词 天然源面波数值模拟背景噪声成像微动勘探频散图扩展空间自相关(ESPAC)    
Abstract

The extended spatial autocorrelation (ESPAC)-based microtremor exploration(natural-source surface wave exploration) technology has been extensively used in shallow formation exploration owing to its simplicity,efficiency,and accuracy.However,the imaging effect of dispersion energy extracted based on the ESPAC method is unsatisfactory in practical applications.In particular,different observation array arrangements influence the extraction of dispersion curves from collected data.By investigating the imaging principle of the ESPAC method,this study conducted the simulation experiment of natural-source microtremor recording through ambient noise simulation.It compared the differences in dispersion energy under various dominant frequency distributions of wavelets.Moreover,it quantitatively analyzed the influence of different station arrangements and acquisition durations on the imaging quality of dispersion energy.The comparative study reveals the imaging patterns of the ESPAC method in shallow surface exploration.The ESPAC method can maximize the imaging quality of dispersion energy in the fundamental mode while considering both efficiency and exploration costs.The results of this study were applied to engineering application cases to further verify the simulation results.

Key wordsnatural-source surface wave    numerical simulation    ambient noise tomography    microtremor exploration    dispersion diagram    extended spatial autocorrelation(ESPAC)
收稿日期: 2023-12-11      修回日期: 2024-05-10      出版日期: 2024-10-20
ZTFLH:  P631.4  
  P315  
基金资助:国家自然科学基金项目(42474197);江西省自然科学基金重点项目(20242BAB26049);东华理工大学研究生创新基金项目(YC2023-S555);第二十八批“赣鄱俊才支持计划——主要学科学术和技术带头人培养项目”
通讯作者: 李红星(1981-),男,汉族,山西翼城人,博士,教授,主要从事主被动源面波成像研究工作。Email:lihongxingniran@163.com
作者简介: 杨浪邕航(2000-),男,汉族,重庆梁平人,硕士研究生,主要从事天然源面波质量因素研究工作。Email:18290562857@163.com
引用本文:   
杨浪邕航, 李红星. 浅地表环境下ESPAC微动成像方法影响因素分析[J]. 物探与化探, 2024, 48(5): 1322-1330.
YANG Lang-Yong-Hang, LI Hong-Xing. Factors influencing the application of ESPAC-based microtremor survey in shallow surface environments. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(5): 1322-1330.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2024.1479      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2024/V48/I5/1322
Fig.1  天然源面波勘探原理示意
Fig.2  噪声源分布示意
层状模型 P波速度/
(m·s-1)
S波速度/
(m·s-1)
密度/
(kg·m-3)
厚度/m
第一层 800 200 2000 20
第二层 1200 400 2000
Table 1  模型参数
Fig.3  主频20 Hz的雷克子波
Fig.4  模拟采集记录(31个台站,2 m间距)
Fig.5  不同台站布置情况的频散图对比
a—台站数量11,间距2 m;b—台站数量21,间距2 m;c—台站数量31,间距2 m;d—台站数量11,间距4 m;e—台站数量16,间距4 m;f—台站数量16,间距2 m;白色散点为理论频散曲线
Fig.6  不同采集时长的频散图对比
a—5 min采集时长;b—10 min采集时长;c—20 min采集时长;台站数量21,间距2 m;白色散点为理论频散曲线
Fig.7  不同子波主频下的频散图对比
a—主频1~10 Hz;b—主频1~15 Hz;c—主频1~20 Hz;台站数量21,间距2 m;白色散点为理论频散曲线
岩性名称 视S波速度vs/(m·s-1)
换填石料(黄沙、垫层)、混凝土 100~400
基岩 450~800
Table 2  不同岩性物性参数
Fig.8  测线排布示意
楼号 测线位置 测线总长/m 测线方向
1号 地库(中间) 40 西—东
2号 地下室(中间) 40 南—北
Table 3  隐山观湖区测线布置情况
Fig.9  噪声记录片段
Fig.10  天然源面波数据处理流程
Fig.11  实测频散
Fig.12  反演速度结构
a—1号楼地库;b—2号楼地下室
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