隨著城市化的發(fā)展,城市地球物理日益成為地球物理研究的重要方向,地震成像是構(gòu)建城市地下空間三維/四維圖像的重要手段,但面臨觀測(cè)成本高的困難.近年來(lái)國(guó)際上新發(fā)展的分布式光纖聲波傳感器作為高密度地震觀測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在地震層析成像方面得到了應(yīng)用,在提高成像分辨率的同時(shí),又降低了觀測(cè)成本.本研究使用國(guó)產(chǎn)分布式光纖聲波傳感器開(kāi)展了觀測(cè)實(shí)驗(yàn),利用480m埋地光纜記錄了13h背景噪聲,計(jì)算得到噪聲互相關(guān)函數(shù),獲得了高頻Rayleigh面波信號(hào).采用多道面波分析方法提取相速度頻散曲線,其結(jié)果與傳統(tǒng)檢波器記錄和主動(dòng)源結(jié)果較為一致.采用遺傳算法反演得到了研究區(qū)內(nèi)二維S波速度剖面,獲得了下方沉積物橫向變化特征.通過(guò)本次實(shí)驗(yàn),初步驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)設(shè)備開(kāi)展地震背景噪聲成像研究、構(gòu)建地下淺層結(jié)構(gòu)模型的可行性. 

【文章來(lái)源】：地球物理學(xué)報(bào). 2020,63(04)北大核心EISCICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

典型背景噪聲頻譜

在兩天的實(shí)驗(yàn)期間，分別進(jìn)行了主動(dòng)源激發(fā)實(shí)驗(yàn)和背景噪聲連續(xù)記錄，本文采用的連續(xù)記錄總時(shí)長(zhǎng)約為13h，包括了夜間和上午時(shí)段（19∶00—8∶00）．城市中交通噪聲等人類(lèi)活動(dòng)相關(guān)噪聲具有較為明顯的日夜規(guī)律，圖2a給出了109道DAS記錄的噪聲頻譜．凌晨時(shí)間段的噪聲水平明顯低于早晨交通高峰期，在交通噪聲頻段，如10Hz處早晨噪聲水平約為凌晨的10倍，在更高頻段（>30Hz）兩個(gè)時(shí)間段的噪聲水平差異略�。�(lèi)似的日夜規(guī)律也可以在地震儀的噪聲頻譜上觀測(cè)到（圖2b），但是兩者頻譜也存在一定的差異．地震儀的高頻噪聲下降較快，比如100Hz的噪聲水平比10 Hz處約低2個(gè)量級(jí)，而DAS記錄的噪聲只下降了約1個(gè)量級(jí)，地震儀的低頻段噪聲水平也相對(duì)較低．兩者頻譜的差異可能是由多種因素造成的，其中最為重要的是兩者的儀器響應(yīng)特性不同．根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（U.S.Geology Survey）的高噪聲模型（New High Noise Model;Peterson,1993）預(yù)測(cè)在速度記錄上10Hz噪聲水平比1Hz處高約1個(gè)量級(jí)（Bormann,2002;Wielandt,2002），地震儀記錄較為接近這一結(jié)果，而一般認(rèn)為DAS記錄對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)肼曌V在2～100 Hz頻段隨著頻率增加而降低，在交通噪聲頻段存在一個(gè)頻峰（如Jousset et al.,2018).噪聲互相關(guān)函數(shù)的計(jì)算基于已有的成熟流程（Bensen et al.,2007），這一計(jì)算流程在前人DAS相關(guān)研究中已經(jīng)得到了應(yīng)用（如Zeng et al.,2017a;Dou et al.,2017）．本文采用每30s的連續(xù)記錄降采樣到100Hz，進(jìn)行時(shí)間域和頻率域歸一化處理，然后計(jì)算噪聲互相關(guān)函數(shù)，最后通過(guò)疊加提高面波信號(hào)的信噪比，獲得可靠信號(hào)用于頻散測(cè)量．根據(jù)背景噪聲頻譜，選取了1～25Hz帶通濾波后的記錄作為時(shí)間域歸一化的歸一化因子，然后在該頻段進(jìn)行頻譜白化處理，最后利用時(shí)頻域相位加權(quán)疊加算法將長(zhǎng)時(shí)間的互相關(guān)函數(shù)進(jìn)行疊加．圖3a中給出了不同疊加時(shí)間長(zhǎng)度的噪聲互相關(guān)函數(shù)，所用道為位于臺(tái)陣南側(cè)的119和149道．通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的疊加，面波信號(hào)更為顯著．選取0.5s長(zhǎng)的尾波窗口作為噪聲窗口，計(jì)算面波信號(hào)窗口與其振幅平方比作為信噪比，由圖3b可見(jiàn)信噪比隨著疊加時(shí)間的增加迅速提高，在15000s后趨于穩(wěn)定，因此本文采用15000s作為噪聲互相關(guān)函數(shù)的疊加時(shí)間長(zhǎng)度．

119道和149道的噪聲互相關(guān)函數(shù)收斂圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]分布式光纖聲波傳感系統(tǒng)在近地表成像中的應(yīng)用Ⅰ：主動(dòng)源高頻面波[J]. 宋政宏,曾祥方,徐善輝,胡久鵬,孫天為,王寶善.  地球物理學(xué)報(bào). 2020(02)
[2]分布式光纖聲波傳感器及其在天然地震學(xué)研究中的應(yīng)用[J]. 張麗娜,任亞玲,林融冰,宋政宏,曾祥方.  地球物理學(xué)進(jìn)展. 2020(01)
[3]Imaging shallow structure with active-source surface wave signal recorded by distributed acoustic sensing arrays[J]. Zhenghong Song,Xiangfang Zeng,Clifford H.Thurber,Hebert F.Wang,Dante Fratta.  Earthquake Science. 2018(04)
[4]用面波聯(lián)合勘探技術(shù)探測(cè)淺部速度結(jié)構(gòu)[J]. 張維,何正勤,胡剛,李俊.  地球物理學(xué)進(jìn)展. 2013(04)
[5]城市地球物理學(xué)發(fā)展展望[J]. 陳颙,陳龍生,于晟.  大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué). 2003(04)



本文編號(hào)：3592559