外貌波探测中CMP剖析
林宏一
（应用地质股份公司 OYO Corporation）
1.序言
土木建设领域的地质勘测中掌握10m的S波速度模型，在结构体耐震设计方面是很是重要的。以前，为了抵达该目的，可以接纳古板孔中PS测井。另一方面，外貌波（以下称瑞利波）的位相速度主要反应土地的S波速模型，所以能丈量人工振动爆发的外貌波的位相速度，推断土地的S波速度的手法（外貌波探测）也能实验应用。到目前为止，我国进行的外貌波探测是通过盘算两个地动仪间的相互关，求出位相速度的要领，主要是接纳振动器等引发定波动。
针对这种情况，Park et al.（1999）研究出了一种要领，将由重锤落下等攻击震源而引发的震波，通过设置在丈量线上的多个地动仪进行收罗后，凭据频率领域的相对速度进行积分处理，将在时间-距离领域视察到的波形，直接转换成频率-位相速度领域（的数据）（MASW：Multi-channel Analysis of Surface Waves）。该要领是由Park et al.（1999）提出，在两个地动仪数据的相互关中，不但能直观疏散困难的实体波和高次模式的外貌波，并且具有能够避免空间图像失真问题的优点。Xia et al.（1999）多次接纳该要领，做成了二次元S波速度断面。
利用这种要领，为了能在低频领域确定位相速度，如Park et al.(1999)中所指出的，需要将地动仪漫衍的长度规模增加。可是，随着漫衍长度的增长，在相同漫衍规模内的速度模型纵然爆发变革，（地动仪的测试数据）也会将其平均化，从而可能降低空间偏向的区分率（林.铃木，2000）。为提高空间区分率，就需要在尽可能短的空间内确定位相速度，那么这个要求又与为测定速度需要收集尽可能长的规模内的数据这一要求相矛盾。在这里，作者提出了解决这两者矛盾的要领。
2.CMP剖析
图-1（a）是外貌波探测纪录例。漫衍规模的中央部分，外貌波的后续波相对速度爆发着明显变革，我们认为这四周速度模型会变革。图-1（b）是该数据频率领域的相对速度。位相速度曲线疏散成2根或3根，这样收罗位相速度就困难了。剖析区间内速度模型变革时的离线曲线特征与林.西泽（2000）的物理模式实验结果相协调。其中，为了简化讨论，Parketal（1999）的多波道剖析认为，是从进行剖析的全部跟踪中，把正在研究的所有双跟踪组合抽出，盘算的相互关之和。针对该想法，如果绘制相互关中心位置，使用的地动检波仪的位置和中心位置的关系如图-2（a）所示�Ｏ嗷ス氐闹行奈恢帽４嬗诓畋鸪『�，所以剖析区间内速度模型变革时，图-1的位相速度精度就变低。为了避免这种情况，我们认为如图-2（b），中心位置使用相同数据组合进行数据剖析会比较有效果。以下，把这种剖析称作CMP（Common Mid Point）剖析。可是，从一个起振点纪录中,假设仅接纳形成的CMP组合进行剖析，大宗的组合就浪费了，以图-2（a）为例，来自5个跟踪正在研究的组合数是10组，CMP组合就成为两组（图-2（c））。Park et al.（1999）的多通道剖析精度的利益是同时剖析多个跟踪，只接纳CMP组合精度就变低。那么，研究的是振点差别的数据中，剖析中心位置相同的数据，并盘算离散曲线（图-2（d））。下面总结了数据收罗法和剖析法。
图-1 外貌波探测获取的丈量纪录例（a）
和其频率领域的相对速度漫衍（b）
图-2 外貌波探测中CMP剖析看法。●是相互关的中心，○是震检波器的位置
3.数据收罗法
数据收罗类似于反射法地动探测。终端起振作为基础，地动检波器牢固在测线端比较好（图-3）。起振点间隔与受振点间隔相同是期望值，不过如果考虑到探测效率和区分率，起振点间隔比受振点间隔粗点比较好。丈量中，受振点间隔是0.5-2m，起振点间隔是2-4m。在反射法中，如果这种丈量要领接纳CDP电缆和CDP开关，就能很容易操作。
图-3 CMP外貌波探测的丈量的几何学例
4.剖析法
关于收罗的多个纪录，以前每次配合起振点纪录时都运用Park et al.（1999）的多通道剖析，求出离散曲线。由此研究的CMP剖析顺序总结如下。
①首先，在获取的所有配合起振点的每个纪录中，盘算所有双跟踪组合的相互关。
②其次，从全起振点纪录中，收集相同场合双跟踪中间点的所有相互关。
③把相同受振点间隔的波重合，无论是相同受振点间隔，照旧受振点间隔差别但有相互关，波形都可以重合在一起。
④中间点相等，不过受振点间隔差别的相互关无法直接重合。因此，首先重合求出的同一受振点间隔数据的相互关，再凭据受振点间隔排列求出的纪录。这可以在位相速度剖析中作为配合起振点间隔处理，凭据受振点间隔抽出该所在的固有位相差。下面是模拟配合起振点纪录。
⑤模拟配合起振点纪录运用Park et al.（1999）的多通道剖析。首先，每次跟踪转换成频率领域，其次，凭据起振点距离（受振点间隔）分派位相漂移，并使空间偏向一体化。这样就能将距离-时间的模拟配合起振点纪录转换成频率领域的相对速度漫衍。
⑥在频率-位相速度图表中，读取每个频率中振幅最大的位相速度，绘制位相速度曲线。
图-4 数值实验中接纳的速度结构模式
5.数值实验例
丈量顺序（时间）
图-5 数值实验中丈量几何学。段差位置是60m距离左右。
为了显示该要领的有效性，我们来进行一个数值实验。图-4是数值实验中接纳的模式，图-5是丈量的几何学。图-6是起振点位置35.8m的相同起振点纪录和其频率领域的相对速度漫衍。段差位置是60m波形，相对速度就爆发变革，位相速度曲线也疏散成两根。
图-6 起振点位置35.8m的相同起振点纪录(a)和其频率领域的相对速度漫衍(b)
针对该数据接纳所有起振点纪录进行了CMP剖析。图-7显示其结果。得知，在把形成CMP相互关凭据受振点间隔排列的疑似配合起振点的纪录中，不保存配合起振点纪录中所见到的相对速度急剧变革。另外，用该频率规模相对速度的漫衍，得知位相速度汇总成1支。
图-7 CMP剖析获取的模拟相同起振点纪录（上段）和其频率领域的相对速度漫衍（下段）
6.实际资料应用例
在图-1中实际外貌波探测纪录中应用该要领。图-8显示的是通过CMP剖析获取的疑似配合起振点纪录和其频率领域的相对速度漫衍。在图-1中，CMP距离漫衍的前半位置是173m及后半位置是201m。不保存配合起振点纪录中所见到的相对速度急剧变革，继而得知离散曲线汇总成1支。
图-8 关于图-1中显示的纪录应用CMP剖析的结果。模拟相同起振点纪录（上段）和其频率领域的相对速度漫衍（下段）
7.小结
接纳人工振源的外貌波探测中，简单捕获地基模型水平偏向变革进行丈量和剖析。该要领的特点是：作为相互关处理多个起振点和受振点的波形数据，最后就没须要进行位相或位相速度的加法宁静均。以前接纳两个受振器的外貌波探测，从间隔差别的受振器纪录中求出各自单独的位相速度。如果受振器间隔比波长大，就无法通过空间图像失真正确盘算为位相速度。因此，只能剖析收罗波形纪录的一部分信息。针对这种情况，McMechan and Yedlin（1981）和Park et al.（1999）的多通道剖析是一种从差别受振点间隔的多个波形纪录中求出直接位相速度的要领，能接纳波形的所有信息。本论文生长了该要领，它是通过总结受振点间隔的差别纪录的相互关作为疑似配合起振点纪录，从差别起振点的多个纪录中就能直接盘算出直接位相速度。通过接纳该要领，不但能在外貌波探测的多通道剖析中提高水平偏向的区分率，并且使用两个受振器，纵然以前的外貌波探测的多通道剖析也可以进行。
<参考文献>
林 宏一.西泽 修，2001，接纳激光多普勒效应示振器的外貌波物理模型实验，物理探测学会第104次学术演讲会论文集，16-20.
林 宏一.铃木晴彦，2000，二次元结构中外貌波的流传及其离散曲线，物理探测学会第103次学术演讲会文集，226-230
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