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探中掌握10m的S波速率模子 ，在结构体耐震设计方面是很是主要的 。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）的位相速率主要反应土地的S波速模子 ，以是能丈量人工振动爆发的外貌波的位相速率 ，推断土地的S波速率的手法（外貌波探测）也能实验应用 。到现在为止 ，我国举行的外貌波探测是通过盘算两个地动仪间的相互关 ，求出位相速率的要领 ，主要是接纳振动器等引发定波动 。
针对这种情形 ，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举行收罗后 ，凭证频率领域的相对速率举行积分处置惩罚 ，将在时间-距离领域视察到的波形 ，直接转换成频率-位相速率领域（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 ，不但能直观疏散难题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波速率断面 。
使用这种要领 ，为了能在低频领域确定位相速率 ，如Park et al.(1999)中所指出的 ，需要将地动仪漫衍的长度规模增添 。可是 ，随着漫衍长度的增添 ，在相同漫衍规模内的速率模子纵然爆发转变 ，（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率 ，那么这个要求又与为测定速率需要网络尽可能长的规模内的数据这一要求相矛盾 。在这里 ，作者提出相识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率爆发着显着转变 ，我们以为这周围速率模子会转变 。图-1（b）是该数据频率领域的相对速率 。位相速率曲线疏散成2根或3根 ，这样收罗位相速率就难题了 。剖析区间内速率模子转变时的离线曲线特征与林.西泽（2000）的物理模式实验效果相协调 。其中 ，为了简化讨论 ，Parketal（1999）的多波道剖析以为 ，是从举行剖析的所有跟踪中 ，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 ，若是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 。相互关的中心位置保存于差别场合 ，以是剖析区间内速率模子转变时 ，图-1的位相速率精度就变低 。为了避免这种情形 ，我们以为如图-2（b） ，中心位置使用相同数据组合举行数据剖析会较量有用果 。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组合举行剖析 ，大宗的组合就铺张了 ，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率漫衍（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 ，地动检波器牢靠在测线端较量好（图-3） 。起振点距离与受振点距离相同是期望值 ，不过若是思量到探测效率和区分率 ，起振点距离比受振点距离粗点较量好 。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 ，网络相同场合双跟踪中心点的所有相互关 。
③把相同受振点距离的波重合 ，无论是相同受振点距离 ，照旧受振点距离差别但有相互关 ，波形都可以重合在一起 。
④中心点相等 ，不过受振点距离差别的相互关无法直接重合 。因此 ，首先重合求出的统一受振点距离数据的相互关 ，再凭证受振点距离排列求出的纪录 。这可以在位相速率剖析中作为配合起振点距离处置惩罚 ，凭证受振点距离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 ，凭证起振点距离（受振点距离）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率漫衍 。
⑥在频率-位相速率图表中 ，读取每个频率中振幅最大的位相速率 ，绘制位相速率曲线 。
图-4 数值实验中接纳的速率结构模式
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用性 ，我们来举行一个数值实验 。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率漫衍 。段差位置是60m波形 ，相对速率就爆发转变 ，位相速率曲线也疏散成两根 。
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率漫衍(b)
针对该数据接纳所有起振点纪录举行了CMP剖析 。图-7显示其效果 。得知 ，在把形成CMP相互关凭证受振点距离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率急剧转变 。另外 ，用该频率规模相对速率的漫衍 ，得知位相速率汇总成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率漫衍（下段）
6.现实资料应用例
在图-1中现实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率漫衍 。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率急剧转变 ，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剖析的效果 。模拟相同起振点纪录（上段）和其频率领域的相对速率漫衍（下段）
7.小结
接纳人工振源的外貌波探测中 ，简朴捕获地基模子水平偏向转变举行丈量和剖析 。该要领的特点是：作为相互关处置惩罚多个起振点和受振点的波形数据 ，最后就没须要举行位相或位相速率的加法清静均 。以前接纳两个受振器的外貌波探测 ，从距离差别的受振器纪录中求出各自单独的位相速率 。若是受振器距离比波长大 ，就无法通过空间图像失真准确盘算为位相速率 。因此 ，只能剖析收罗波形纪录的一部分信息 。针对这种情形 ，McMechan and Yedlin（1981）和Park et al.（1999）的多通道剖析是一种从差别受振点距离的多个波形纪录中求出直接位相速率的要领 ，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距离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率 。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举行 。
<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子实验 ，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撒播及其离散曲线 ，物理探测学会第103次学术演讲会文集 ，226-230
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