提高面波干涉法横向分辨率的关键技术研究

Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) utilizes a multichannel recording system to estimate Rayleigh-wave dispersion curves by spectral analysis, which is an average of multichannel recording spread. Theoretically, the more the number of multichannel is used by spectral analysis, the more precisely the fundamental or higher modes dispersion curves are extracted in velocity-frequence domain.However, as a result, the corresponding lateral resolution of S-wave velocities will become lower. Therefore, there is great theoretic and practical significance to research on improving the lateral resolution of surface wave exploration without harm to the precision of the extracted dispersion curve. At present, the seismic interferometry has not yet attracted attentions of scholars in active surface-wave exploration, which has been widely used in the passive surface-wave method. In this study, we propose to carry out the researches of active surface-wave interferometry. Combining numerical simulation techniques and site tests, we propose cross-correlation methods of two seismic traces to improve the lateral resolution, and meanwhile to protect the high-order mode of surface-wave signals without reducing the depth of surface-wave exploration. Based on the above analysis, we assess application prospects of surface-wave interferometry on improving the lateral resolution and saving the cost of surface-wave exploration.

面波多道分析（MASW）技术利用谱分析方法提取多道面波记录中的频散曲线，该频散曲线代表多道平均的结果。理论上，用于谱分析的道数越多，从速度-频率域获取的面波基阶或多模式频散曲线越精确，但相应的横波速度模型的横向分辨率就会越低。因此，在不损失面波频散曲线提取精度的前提下，研究提高面波勘探横向分辨率的方法，具有重要的理论和实际意义。目前，将被动源中已获得广泛应用的地震干涉法引入主动源面波勘探，尚未引起学者们的重视。本研究拟开展主动源地震干涉法研究，结合数值模拟技术和场地试验，拟以两道互相关法提高横向分辨率，同时通过保护高阶模式面波信号达到不降低勘探深度的目的，并分析该方法在提高面波勘探横向分辨率和节约面波勘探成本方面的应用前景。

面波多道分析（MASW）技术利用谱分析方法提取多道面波记录中的频散曲线，该频散曲线代表多道平均的结果。理论上，用于谱分析的道数越多，从速度-频率域获取的面波基阶或多模式频散曲线越精确，但相应的横波速度模型的横向分辨率就会越低。因此，在不损失面波频散曲线提取精度的前提下，研究提高面波勘探横向分辨率的方法，具有重要的理论和实际意义。本研究开展主动源地震干涉法研究，结合数值模拟技术和场地试验，以两道互相关法提高横向分辨率，并分析该方法在提高面波勘探横向分辨率和节约面波勘探成本方面的应用前景。结果表明：（1）提出了一种在交通道路上高效的主动源和被动源地震数据采集方法。采用与常规反射地震勘探相同的滚动采集观测系统，当滚动采集因备用道不足需要将排列尾端部分转移到排列前端而停止时，利用这段重新布置排列的时间采集被动源数据。这样在不增加地震数据采集成本的前提下，可以同时采集到主动源和被动源地震记录；（2）通过层状、断层和倾斜理论模型测试，验证了利用MASW方法和共中心点互相关方法（CMPCC）进行面波探测的有效性。相比MASW方法，CMPCC方法的横向分辨率更高。（3）采用CMPCC方法，不但利用叠加方法增强了频散能量的信噪比，还可以在炮数很少的前提下提取高密度的频散曲线（频散曲线间隔达到0.5～1倍的道距），从而大大节约野外勘探成本，有效提高了剖面的横向分辨率。实例数据表明联合主动源和被动源面波，不仅可以有效拓宽频带，而且有助于区分出不同模态的面波频散曲线。将主动源数据分析频段定为2～20H，被动源数据分析频段定为2～8Hz的，在速度-频率域对两者频散能量谱进行叠加拼接后拾取完整的2～20Hz频散曲线。勘探深度达到80m～110m，相比主动源面波的20m勘探深度，大大加深了勘探深度，弥补了常规纵波勘探对超浅层成像较差的不足。本项目为面波勘探横向分辨率和勘探效率的提高提供了基础和依据，可望成为城市地下空间探测和地质灾害调查的有效工具。