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微动H/V谱比方法

秦彤威  王少曈  冯宣政  鲁来玉  
【摘要】:微动H/V谱比,即地表记录的不同频率地震背景噪声的水平分量与垂直分量的比值.在工程地震领域,通常用V表示微动记录的垂直分量,用H表示微动记录的水平分量,测得作为频率函数的H/V谱比曲线后,依据一定的关系(通常是经验的),建立H/V谱比曲线的峰值与地层结构基阶共振频率之间的关系,从而估计沉积层厚度或场地放大因子,有时也称为HVSR(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio)或QTS(Quasi Transfer Spectrum)方法.由于微动中波型成分的物理来源模糊不清,其主导能量究竟是Rayleigh波、S波或者其它波型成分存在争议,因此,虽然在工程地震领域获得了广泛应用,微动H/V谱比法仍然缺乏严格的理论解释.这导致该方法趋于两个方向发展:一是从地震记录中,识别出Rayleigh波能量,计算Rayleigh波的ZH幅度比,又称Rayleigh波椭率(ellipticity).之所以称为Rayleigh波ZH幅度比,是因为在地震层析成像领域,V常用来表示Rayleigh波水平分量的特征函数,多用Z表示Rayleigh波的垂直分量.作为独立变量,Rayleigh波ZH幅度比对浅层速度结构更为敏感,在区域尺度地震层析成像领域获得广泛应用,用于弥补单独相(群)速度对浅层结构,尤其是沉积层结构约束不够的缺点.这种方法意味着H/V谱比曲线中的主要能量是Rayleigh波,除了在区域尺度与Rayleigh波的频散和(或)接收函数联合反演地球结构之外,在工程物探领域,也利用Rayleigh波椭率反演近地表S波速度结构.基于H/V谱比曲线的峰值推断场地响应的理论假设是SH波占据微动的主导能量,这与微动观测记录通常由Rayleigh波能量占据主导地位的情况不符,因此H/V谱比法的另一个研究方向是发展不同的背景噪声源模型,考虑可能贡献的背景噪声能量,解释H/V谱比曲线.这样就避免了微动记录的主导成分是面波还是体波的争论,发展更适合或接近实际记录的微动模型解释H/V谱比曲线,该方向的发展是伴随地震干涉理论的发展而逐步发展起来的.我们曾经对区域尺度的(地震事件或背景噪声)Rayleigh波ZH幅度比的研究和应用进行了评述.本文主要评述微动H/V谱比法在工程地震领域和近地表S波速度结构反演中的应用及相应的理论解释.包括基于SH波共振频率解释的微动H/V谱比法估计场地特征,基于Rayleigh波占据微动主导能量的Rayleigh波椭率在反演近地表速度结构中的应用,以及为解释实际微动H/V谱比曲线而发展的背景噪声源模型.

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