表表波探测中CMP分析
林宏一
（利用地质股份公司 OYO Corporation）
1.序言
土木建设领域的地质勘测中把握10m的S波速度模型 ，在结构体耐震设计方面是极度沉要的 。以前 ，为了达到该主张 ，能够选取传统孔中PS测井 。另一方面 ，表表波（以下称瑞利波）的位相速度重要反映地皮的S波速模型 ，所以能丈量人为振动产生的表表波的位相速度 ，揣度地皮的S波速度的手法（表表波探测）也能尝试利用 。到目前为止 ，我国进行的表表波探测是通过推算两个地震仪间的互有关 ，求出位相速度的步骤 ，重要是选取振动器等引发定颠簸 。
针对这种情况 ，Park et al.（1999）钻研出了一种步骤 ，将由沉锤落劣等冲击震源而引发的震波 ，通过设置在丈量线上的多个地震仪进行采集后 ，凭据频携带域的相对速度进行积分处置 ，将在功夫-距离领域观测到的波形 ，直接转换成频率-位相速度领域（的数据）（MASW：Multi-channel Analysis of Surface Waves） 。该步骤是由Park et al.（1999）提出 ，在两个地震仪数据的互有关中 ，不仅能直观分离难题的实体波和高次模式的表表波 ，并且拥有可能预防空间图像失真问题的利益 。Xia et al.（1999）屡次选取该步骤 ，做成了二次元S波速度断面 。
利用这种步骤 ，为了能在低频领域确定位相速度 ，如Park et al.(1999)中所指出的 ，必要将地震仪散布的长度领域增长 。但是 ，随着散布长度的增长 ，在一样散布领域内的速度模型即便产生变动 ，（地震仪的测试数据）也会将其均匀化 ，从而可能降低空间方向的分辨率（林.铃木 ，2000） 。为提高空间分辨率 ，就必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必要网络尽可能长的领域内的数据这一要求相矛盾 。在这里 ，作者提出相识决这两者矛盾的步骤 。
2.CMP分析
图-1（a）是表表波探测纪录例 。散布领域的中央部门 ，表表波的后续波相对速度产生着显著变动 ，我们以为这左近速度模型会变动 。图-1（b）是该数据频携带域的相对速度 。位相速度曲线分离成2根或3根 ，这样采集位相速度就难题了 。分析区间内速度模型变动时的离线曲线特点与林.西泽（2000）的物理模式尝试了局相协调 。其中 ，为了简化会商 ，Parketal（1999）的多波路分析以为 ，是从进行分析的全数跟踪中 ，把在钻研的所有双跟踪组合抽出 ，推算的互有关之和 。针对该设法 ，若是绘造互有关中心地位 ，使用的地震检波仪的地位和中心地位的关系如图-2（a）所示 ；ビ泄氐闹行牡匚淮嬖谟诜制绯∷ ，所以分析区间内速度模型变动时 ，图-1的位相速度精度就变低 。为了预防这种情况 ，我们以为如图-2（b） ，中心地位使用一样数据组合进行数据分析会比力有成果 。以下 ，把这种分析称作CMP（Common Mid Point）分析 。但是 ，从一个起振点纪录中,如果仅选取形成的CMP组合进行分析 ，大量的组合就浪费了 ，以图-2（a）为例 ，来自5个跟踪在钻研的组合数是10组 ，CMP组合就成为两组（图-2（c）） 。Park et al.（1999）的多通路分析精度的益处是同时辰析多个跟踪 ，只选取CMP组合精度就变低 。那么 ，钻研的是振点分歧的数据中 ，分析中心地位一样的数据 ，并推算离散曲线（图-2（d）） 。下面总结了数据采集法和分析法 。
图-1 表表波探测获取的丈量纪录例（a）
和其频携带域的相对速度散布（b）
图-2 表表波探测中CMP分析概想 。●是互有关的中心 ，○是震检波器的地位
3.数据采集法
数据采集类似于反射法地震探测 。终端起抖擞为基础 ，地震检波器固定在测线端比力好（图-3） 。起振点距离与受振点距离一样是进展值 ，不外若是思考到探测效能和分辨率 ，起振点距离比受振点距离粗点比力好 。丈量中 ，受振点距离是0.5-2m ，起振点距离是2-4m 。在反射法中 ，若是这种丈量步骤选取CDP电缆和CDP开关 ，就能很容易操作 。
图-3 CMP表表波探测的丈量的几何学例
4.分析法
对于采集的多个纪录 ，以前每次共同起振点纪录时都使用Park et al.（1999）的多通路分析 ，求出离散曲线 。由此钻研的CMP分析挨次总结如下 。
①首先 ，在获取的所有共同起振点的每个纪录中 ，推算所有双跟踪组合的互有关 。
②其次 ，从全起振点纪录中 ，网络一样场所双跟踪中央点的所有互有关 。
③把一样受振点距离的波沉合 ，无论是一样受振点距离 ，还是受振点距离分歧但有互有关 ，波形都能够沉合在一路 。
④中央点相称 ，不外受振点距离分歧的互有关无法直接沉合 。因而 ，首先沉合求出的统一受振点距离数据的互有关 ，再依照受振点距离分列求出的纪录 。这能够在位相速度分析中作为共同起振点距离处置 ，凭据受振点距离抽出该地址的固有位相差 。下面是仿照共同起振点纪录 。
⑤仿照共同起振点纪录使用Park et al.（1999）的多通路分析 。首先 ，每次跟踪转换成频携带域 ，其次 ，依照起振点距离（受振点距离）分配位相漂移 ，并使空间方向一体化 。这样就能将距离-功夫的仿照共同起振点纪录转换成频携带域的相对速度散布 。
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 ，绘造位相速度曲线 。
图-4 数值尝试当选取的速度结构模式
5.数值尝试例
丈量挨次（功夫）
图-5 数值尝试中丈量几何学 。段差地位是60m距离左右 。
为了显示该步骤的有效性 ，我们来进行一个数值尝试 。图-4是数值尝试当选取的模式 ，图-5是丈量的几何学 。图-6是起振点地位35.8m的一样起振点纪录和其频携带域的相对速度散布 。段差地位是60m波形 ，相对速度就产生变动 ，位相速度曲线也分离成两根 。
图-6 起振点地位35.8m的一样起振点纪录(a)和其频携带域的相对速度散布(b)
针对该数据选取所有起振点纪录进行了CMP分析 。图-7显示其了局 。得知 ，在把形成CMP互有关依照受振点距离分列的疑似共同起振点的纪录中 ，不存在共同起振点纪录中所见到的相对速度急剧变动 。另表 ，用该频率领域相对速度的散布 ，得知位相速度汇总成1支 。
图-7 CMP分析获取的仿照一样起振点纪录（上段）和其频携带域的相对速度散布（下段）
6.现实资料利用例
在图-1中现实表表波探测纪录中利用该步骤 。图-8显示的是通过CMP分析获取的疑似共同起振点纪录和其频携带域的相对速度散布 。在图-1中 ，CMP距离散布的前半地位是173m及后半地位是201m 。不存在共同起振点纪录中所见到的相对速度急剧变动 ，继而得知离散曲线汇总成1支 。
图-8 对于图-1中显示的纪录利用CMP分析的了局 。仿照一样起振点纪录（上段）和其频携带域的相对速度散布（下段）
7.幼结
选取人为振源的表表波探测中 ，单一捉拿地基模型水平方向变动进行丈量和分析 。该步骤的特点是：作为互有关处置多个起振点和受振点的波形数据 ，最后就没必要进行位相或位相速度的加法和均匀 。以前选取两个受振器的表表波探测 ，从距离分歧的受振器纪录中求出各自单独的位相速度 。若是受振器距离比波长大 ，就无法通过空间图像失真正确推算为位相速度 。因而 ，只能分析采集波形纪录的一部门信息 。针对这种情况 ，McMechan and Yedlin（1981）和Park et al.（1999）的多通路分析是一种从分歧受振点距离的多个波形纪录中求出直接位相速度的步骤 ，能选取波形的所有信息 。本论文发展了该步骤 ，它是通过总结受振点距离的分歧纪录的互有关作为疑似共同起振点纪录 ，从分歧起振点的多个纪录中就能直接推算出直接位相速度 。通过选取该步骤 ，不仅能在表表波探测的多通路分析中提高水平方向的分辨率 ，并且使用两个受振器 ，即便以前的表表波探测的多通路分析也能够进行 。
<参考文件>
林 宏一.西泽 建 ，2001 ，选取激光多普勒效应示振器的表表波物理模型尝试 ，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 ，二次元结构中表表波的传布及其离散曲线 ，物理探测学会第103次学术演讲会文集 ，226-230
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