2020, Vol. 63
2. 中国科学院地球科学研究院, 北京 100029;
3. 中国科学院大学, 北京 100049;
4. 北京中科吉奥能源环境科技有限公司, 北京 100083;
5. 日本地学数据分析研究所, 东京 184-0012;
6. 中国地质科学院, 北京 100037;
7. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 青岛 266580
, XU PeiFen1,2,3
, LING SuQun4,5, DU YaNan1,2,3, YOU ZhiWei1,2,3, WANG ZhiHui6, SUN ChengYu7
2. Institutions of Earth Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
4. Beijing Zhongkejiao Energy and Environment Technology Company Limited, Beijing 100083, China;
5. Geo-Analysis Institute Company Limited, Tokyo 184-0012, Japan;
6. Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
7. School of Geosciences, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, China
土石分界面是指松散沉积层(土)和坚硬基岩(石)之间的界面, 界面两侧存在强烈的波阻抗差异.在工程地震学中, 场地条件对震害具有显著影响, 主要体现之一便是土石分界面深度与震害显著相关, 一般土石分界面越深, 震害越严重(袁一凡和田启文, 2012).城市地铁建设采用盾构法施工时, 土层和岩层中的施工参数不同, 由土层进入基岩时盾构施工难度加大, 需要根据土石分界面来选择不同的盾构施工方法(姚燕明等, 2017).因此, 在城市开展土石分界面调查对抗震设防和工程建设来说是非常重要的.
探测土石分界面的技术手段通常采用钻探和地球物理方法.城市中建筑密集、交通繁忙、人流量大, 很难找到实施钻探的场地.并且, 城市中存在强烈的电磁干扰和振动干扰, 以及严格的环境保护要求, 因此, 电磁类方法和地震主动源方法也难以奏效.
近些年发展起来的微动探测方法为城市地球物理勘探提供了一个崭新的方向(徐佩芬等, 2009, 2012, 2013; 李传金等, 2018).微动是指地面的微弱振动, 其震源包括但不限于潮汐、海浪拍击海岸, 以及人类生产、生活(如工厂机器的振动、交通车辆行驶等)产生的振动(Okada and Suto, 2003), 微动探测则是利用微动信号中的瑞雷波频散信息达到探测目的, 因为利用天然源信号, 因而具有无损、抗干扰的技术优势, 特别适用于城市强干扰环境(Ling, 1994; Xu et al., 2012; 翟法智等, 2017; 李巧灵等, 2019).
基于微动的H/V谱比法是其中一种更为便捷的方法.H/V谱比法最早由Nogoshi和Igarashi(1971)提出, 表示微动水平分量和垂直分量的傅立叶谱之比(即H/V=H(f)/V(f)), 典型的H/V谱比曲线具有一个明显的峰值频率f0.大量研究表明, H/V谱比曲线的峰值频率等于沉积层卓越频率或与其非常接近(Haghshenas et al., 2008; Lunedei and Malischewsky, 2015), 卓越频率和土石分界面深度h之间存在幂指数函数关系(h~f0)(Seht and Wohlenberg, 1999).据此, 可根据H/V谱比曲线峰值频率(等价于卓越频率)估算土石分界面深度.基于该方法, Seht和Wohlenberg(1999)得到了德国莱茵河下游地区土石分界面深度变化剖面.之后, 很多学者对H/V谱比法在不同地区的应用效果进行了研究.Parolai等(2002)在德国Cologne地区得到的关系式与Ibs-von Seht和Wohlenberg的略有不同, 根据关系式得到的土石分界面深度, 即使在深度超过1 km时, 和钻孔得到的结果仍然对应良好.王伟君等(2011)在国内首次使用H/V谱比法对保定断裂进行了探测, 通过计算出的土石分界面深度的变化, 推测出了两条垂直位错明显的正断层.Liang等(2018)在珠江三角洲使用H/V谱比法探测土石分界面深度, 建立了适用于珠江三角洲的h~f0关系, 并用该方法得到了广州一个塌陷区的土石分界面形态.另一方面, H/V谱比法经Nakamura(1989, 2000)推广应用到场地效应评价.陈棋福等(2008)在北京城区开展微动观测, 利用H/V谱比法得到了北京城区高分辨的沉积层卓越频率和放大倍数及土石分界面深度分布, 为北京的抗震设防提供了依据.Bonnefoy-Claudet等(2009)在智利圣地亚哥盆地进行了大范围的微动观测, 发现H/V谱比法得到的卓越频率适用于评价高层建筑的地震危险性, 而不适用于低矮建筑.H/V谱比法采集数据仅需单台三分量微动记录仪, 具有施工方便、处理简单的优点, 由此也在世界范围内得到了广泛应用(Haghshenas et al., 2008; Bonnefoy-Claudet et al., 2006, 2009; Motamed et al., 2007; 陈棋福等, 2008; 王伟君等, 2009, 2011).
然而, H/V谱比法的理论基础为水平层状介质假设, 包括理论H/V谱比(Lunedei and Albarello, 2010; Sánchez-Sesma et al., 2011)和h~f0关系(Shet and Wohlenberg, 1999; Tuan et al., 2016).并且, 以往关于H/V谱比法的应用多位于沉积盆地或河谷, 沉积环境简单, 沉积层成层性好, 基岩类型单一.比如Seht和Wohlenberg(1999)、Parolai等(2002)和Liang等(2018)所在研究区下伏基岩为灰岩和页岩等沉积岩石, 类似的还有D′Amico等(2008)、Delgado等(2000)和Molnar等(2018).鲜见在城市强干扰环境、复杂基岩条件下的H/V谱比法研究成果报道.
基于此, 本文选择济南城区作为研究对象.研究区为济南传统闹市区, 人文干扰严重, 其基岩条件十分复杂, 除灰岩等沉积岩基岩外, 还发育大面积岩浆岩, 千佛山断裂带穿过其中, 灰岩岩溶裂隙发育, 岩浆岩风化严重, 详见地质背景一节.在此背景下, 针对城市强干扰环境、复杂基岩条件开展H/V谱比法探测土石分界面的研究工作, 探讨其精度和局限性, 对城市地质调查、工程勘察具有重要的指导意义.
1 地质背景济南市位于鲁中山地和鲁北平原的过渡地带, 南部为泰山隆起, 北部为齐河—广饶大断裂, 地势上南高北低, 地层构造总体上呈现出北倾的单斜构造(杨丽芝等, 2012).燕山运动造成了大量基性至中性岩浆岩的侵入, 在市区单斜构造的中北部形成了大面积的侵入岩体, 根据对侵入岩的构造分析, 认为岩浆通道为齐河—广饶大断裂带(陈启辉等, 2010).济南地区在新生代喜马拉雅运动中继续隆升, 高处岩层遭受强烈剥蚀, 同时低洼地接受大量第四系沉积(张增奇等, 2014).
济南地区第四系沉积层主体为冲-洪积、坡-洪积形成的粉质黏土层, 最表层为人工填土, 大部分布有厚度为2~10 m的碎石层和局部厚度为9~13 m的胶结砾岩(杨丽芝等, 2012; 张耀国, 2011).第四系厚度变化较大, 总体有南东至北西厚度逐渐增大的趋势(仝霄金等, 2016).岩浆岩层顶部风化严重, 风化层厚度3~25 m不等.由于岩浆侵入和地层倾斜, 济南灰岩埋深总体上从南向北逐渐加深, 岩浆岩从南向北逐渐变厚, 在千佛山断裂和文化桥断裂之间的地区, 灰岩地层相对抬高, 造成岩浆岩厚度减薄, 在趵突泉、黑虎泉附近分布有多个奥陶系灰岩天窗(杨丽芝等, 2012; 仝霄金等, 2016).
微动测区内的基岩有灰岩、岩浆岩和混合型基岩三种类型, 其中的混合型基岩本文专指岩浆岩覆盖于灰岩之上形成覆盖层并受到全-强风化.全-强风化岩浆岩其母岩结构、构造已全部或大部分破坏, 母岩的矿物成分已发生显著变化, 呈中-粗砂或粗-砾砂状, 手捏呈土状(宋彬斌, 2015; 尚敏等, 2003).图 1展示了测区内基岩类型分布, 灰岩分布在测区南部, 岩浆岩集中在西北部, 混合型基岩在西部呈条带状, 在千佛山断裂以东呈片状分布.
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图 1 测区地质构造背景简图(据杨丽芝等(2012)修改) 包含微动测线、钻孔分布以及H/V曲线类型分布. Fig. 1 Map showing geology of survey area (modified from Yang et al., 2012) Including survey lines, borehole locations, and distribution of four types of H/V curves. |
研究区位于济南市中心城区, 共布置三条测线, 测线Ⅰ沿经七路、泺源大街至和平路, 长5.6 km, 测线Ⅱ沿历山路, 长2.4 km, 测线Ⅲ沿阳光新路布置, 长2 km, 如图 1.微动探测点间距20 m, 三条测线共完成496个测点的三分量微动数据采集工作(测点按距离编号, Ⅰ20表示Ⅰ线第20 m处的测点).为不影响交通, 微动数据采集在晚上11点至次日凌晨6点之间进行.采用MTKV-3C型微动勘察仪系统进行数据采集, 该系统由2 Hz拾震仪(速度型、三分量)和Datamark LS-8800型记录仪两部分组成, 采样频率100 Hz, 每个测点采集时间为16 min, 当干扰严重时将采集时间延长至20~25 min.
在进行H/V谱比计算之前需要剔除短时干扰(如过往车辆)的影响, 本文选择反STA/LTA算法去除短时干扰.传统的STA/LTA算法在微震监测和强震检测中用于识别突变信号(刘晗和张建中, 2014; 杨黎薇等, 2017), 反STA/LTA法则是用传统的STA/LTA法识别出突变信号并舍弃, 再选用剩余的稳态信号.为此, 先采用公式(1)计算STA/LTA值：
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(1) |
其中CF(j)=Y(j)2, Y(j)为j时刻的微动信号, λ为检测阈值.经测试, 对于实测数据中存在的干扰, 采取短时窗长度NS=4 s、长时窗长度NL=25 s、阈值λ=0.1, 可以有效识别出短时干扰, 超过阈值的部分视为干扰, 低于阈值的部分视为稳态微动信号, 短时干扰分离结果如图 2.
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图 2 实测微动波形及反STA/LTA去噪结果 灰色表示识别的短时干扰, 黑色为稳态微动信号, 阴影条带内为用于H/V谱比计算的时窗, 时窗长度20.48 s. Fig. 2 Microtremor waveforms and anti-STA/LTA de-noising results The gray indicates noise, the black indicates stable microtremor signal, and the shadow blocks, each length is 20.48 s, are the time windows for the H/V spectral ratio calculation. |
地表记录到的微动水平分量和垂直分量的傅里叶谱可以写为
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(2) |
其中Ah和Av分别是垂直入射体波的水平分量和垂直分量放大系数; Hb和Vb是基岩内的水平分量和垂直分量傅里叶谱; Hs和Vs是面波的水平分量和垂直分量傅里叶谱.H/V谱比值为
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(3) |
其中Hb/Vb≈1, 即基岩没有放大作用.当面波能量可以忽略时, 微动主要由沉积层内的反射横波组成, H/V近似为Ah的值.然而, 由于微动中面波占主要成分, 此时H/V近似为Hs/Vs, 即微动的H/V比近似为面波的水平分量和垂直分量的傅里叶谱比(Nakamura, 2000).
每个测点的三分量微动数据经过反STA/LTA算法剔除短时干扰后, 将保留的稳态微动数据划分成若干个20.48 s的时窗(图 2), 分别计算每个时窗的H/V谱比曲线, 其中水平分量采用东西分量和南北分量的几何平均值, 即H/V谱比为
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(4) |
其中, NS、EW、V分别为微动南北、东西和垂直分量的傅立叶谱.每个时窗的H/V谱比曲线采用宽度为12的帕曾窗(Parzen window, Sawada et al., 2004)进行平滑, 对所有时窗的H/V谱比曲线求均值得到最终的H/V谱比曲线和对应的标准差.
H/V谱比曲线的可靠性判别, 本文采用欧洲SESAME项目提出的准则(Bard and SESAME-Team, 2004), 即：
① 峰值频率f0和时窗长度L应满足：f0>10/L;
② 时窗数量N应根据时窗长度L和峰值频率f0来选择：L×N×f0>200;
③ 如果f0>0.5 Hz, 当0.5f0＜f＜2f0时, H/V谱比的标准差σA(f)应满足σA(f)＜2;如果f0＜0.5 Hz, 当0.5f0＜f＜2f0时, H/V谱比的标准差σA(f)应满足σA(f)＜3.
根据以上准则, 从研究区496个测点的H/V曲线中选出满足以上准则的有491个.根据曲线特征, 本文将这491条H/V曲线分成4类, 如图 3所示.第一类为具有明显单峰的H/V曲线(图 3a), 这种曲线只有一个突出的单峰, 且峰值振幅通常大于2;第二类为宽峰, H/V曲线峰值范围较宽, 没有明显的峰值点(图 3b), 曲线呈“凸”字型; 第三类为双峰, H/V曲线有两个清晰可辨的峰值(图 3c), 且幅值相近; 第四类无峰值, H/V曲线整体较为平坦(图 3d).
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图 3 研究区H/V谱比曲线类型 (a)单峰型(Ⅲ860); (b)宽峰型(Ⅰ2300); (c)双峰型(Ⅲ1980); (d)无峰型(Ⅱ1480). Fig. 3 Typical H/V spectral ratio curves (a) Single peak (Ⅲ860); (b) Broad peak (Ⅰ2300); (c) Double peaks (Ⅲ 1980); (d) Flat curve (Ⅱ1480). |
本文采用以下原则确定峰值频率.单峰型曲线读取单峰对应的频率值; 宽峰型曲线, 如果临近测点的H/V曲线具有明显峰值, 则参考该临近测点的峰值频率读取, 如果临近测点曲线无峰值或同样为宽峰, 则放弃该曲线的峰值频率提取; 具有双峰的分别把双峰对应的频率记为f1、f2(f1>f2); 平坦无峰的曲线则不读取峰值频率.
4 土石分界面深度与峰值频率关系土石分界面深度h和H/V谱比曲线峰值频率f0之间存在幂函数关系为(Seht and Wohlenberg, 1999)：
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(5) |
其中, a、b为常数((5)式简称深度-频率关系).对于某一研究区域, 一般在钻孔附近采集三分量微动数据, 计算出H/V谱比曲线并拾取出峰值频率, 将钻孔标定的土石分界面深度和拾取的峰值频率进行数据拟合, 即可得到a、b值.
在研究区三条测线附近, 共收集到40个钻孔.这些钻孔附近测点的H/V谱比曲线可拾取到峰值频率的有25个(钻孔信息见表 2).利用这25个钻孔的土石分界面深度数据与峰值频率进行拟合, 采用信赖域拟合方法, 最小绝对残差剔除离群点(袁亚湘和孙文瑜, 1997), 拟合结果为
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表 2 钻孔信息和计算误差 Table 2 Borehole data and calculation errors |
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(6) |
如图 4a黑色直线和表 1所示.可以发现拟合误差很大, 决定系数R2小于0.5, 基本没有相关性(R2∈[0, 1], R2越接近于1, 说明拟合效果越好).
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图 4 (a) 钻孔资料拟合深度-频率关系结果(黑线：全部钻孔数据拟合; 黑色虚线：灰岩基岩的钻孔拟合; 灰色虚线：岩浆岩基岩的钻孔拟合; 星号：灰岩基岩钻孔数据中的离群点); (b)灰岩钻孔数据以8 Hz为界拟合频率-深度关系结果 Fig. 4 (a)The result of borehole data fitting depth-frequency relationship. Black line: fitting all borehole data; black dash line: fitting borehole data of limestone; grey dash line: fitting borehole data of magmatic rock; Asterisk: Outlier in the borehole data of limestone bedrock; (b)The result of borehole data of limestone fitting depth-frequency formula according to greater than 8 Hz and less than 8 Hz |
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表 1 不同数据拟合深度-频率关系结果 Table 1 Different data fitting depth-frequency relationship |
由前述地质背景介绍知, 济南地区的基岩可划分为灰岩、岩浆岩和混合型基岩三种类型, 由于收集到的钻孔深度较浅, 钻孔揭露的基岩仅能分辨出灰岩和岩浆岩, 无法确定混合型基岩的具体构造, 因此, 将钻孔数据简单划分为灰岩基岩和岩浆岩基岩.岩浆岩易于风化, 全-强风化岩浆岩其母岩结构、构造已全部或大部分破坏, 手捏呈土状(宋彬斌, 2015), 物理力学性质大大降低(陈启辉等, 2010).灰岩表面虽然同样接受风化溶蚀作用, 但是仍属硬岩-极硬岩(丁王飞, 2016).因此, 岩浆岩和灰岩基岩面在物理性质上存在明显差异.另一方面, 观察图 4a钻孔数据点的分布, 可以发现灰岩数据和岩浆岩数据的分布趋势存在明显不同, 灰岩数据集中在一侧, 岩浆岩数据集中在一侧, 并且灰岩分布要明显优于岩浆岩分布.综合以上两点, 对岩浆岩数据和灰岩数据分别进行拟合.拟合结果如图 4a和表 1, 其中M5-058数据点已作为离群点被剔除.可以得到基岩为岩浆岩和灰岩时表达式为
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(7) |
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(8) |
把f0代入公式(7)、(8)估算土石分界面深度, 再与钻孔揭露深度对比, 误差见表 2.当基岩为岩浆岩时, R2=0.0969, 拟合误差非常大(图 4a灰色虚线), 公式(7)计算深度和钻孔揭露深度相比误差也非常大, 平均绝对误差超过8 m, 平均相对误差接近60%, 而且误差和孔点距无关, 即并没有随孔点距的减小而减小.因此可以认为, 对于济南城区, 当基岩为岩浆岩时, 无法采用H/V谱比法拟合获得可靠的a、b值, 从而难于估算土石分界面深度.
根据以往研究, 济南地区的岩浆岩上部存在3~25 m的风化层(杨丽芝等, 2012).千佛山断裂以东地区, 由于灰岩抬升, 上覆岩浆岩厚度变薄, 风化严重(杨丽芝等, 2012; 仝霄金等, 2016).强风化层会对深度-频率关系的确定产生不利影响(Seht and Wohlenberg, 1999), 风化作用使岩浆岩变成“残积土”状并丧失岩石强度, 真实的土石分界面在钻孔中甚至难于分辨.因此, 济南岩浆岩的强风化层可能是导致岩浆岩区无法得到深度-频率关系的主要原因.
当基岩为灰岩时可得到较好的拟合结果(图 4a黑色虚线, R2=0.9769).然而, 采用公式(8)估算的土石分界面深度与钻孔揭露深度的相对误差大部分仍然超过10%(见表 2), 这无法满足工程勘察要求.因此, 我们需考虑修正公式(8)以降低估算误差.
分析图 4a可以发现, 灰岩数据点中8 Hz是一个明显的分界点, 本文称之为分界频率, 其两侧数据变化趋势明显不同.所以, 以8 Hz为界, 对灰岩钻孔数据进行分段拟合, 拟合结果如图 4b和表 1, 分别得到关系式为
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(9) |
公式(9)计算误差见表 2, 可以看出计算误差得到很大改善, 平均相对误差仅4.33%, 平均绝对误差0.45 m.
分界频率8 Hz对应的深度大约为10 m, 根据钻孔揭露, 灰岩10 m以浅均呈强风化, 岩芯破碎呈碎块状-短柱状, 溶蚀现象严重.当埋深增加后, 风化作用减弱, 灰岩多为中-弱风化和弱-微风化, 基岩面更加完整.由此表明, 分界频率(8 Hz)在济南地区具有地质意义, 它对应的10 m±深度, 是区分灰岩强/弱风化程度的深度界面.据此推测, 不同地区因地质背景不同和风化作用差异, 分界频率也会不同.
5 结果与讨论 5.1 H/V谱比曲线类型与介质结构的关系H/V谱比曲线类型与介质结构存在一定对应关系.清晰明显的单峰表明垂向上存在强烈的波阻抗界面, 且波阻抗通常大于4, 横向上较稳定, 这一点在欧洲SESAME项目和世界其他地区的研究工作中都获得了广泛共识(Bard and SESAME-Team, 2005; Haghshenas et al., 2008; Bonnefoy-Claudet et al., 2009); 宽峰的曲线表示地下速度界面存在一定的倾斜或强烈的横向非均匀性(Bard and SESAME-Team, 2005).另外, Cornou等(2006)还通过数值模拟发现, 当土石分界面较为陡倾时, H/V谱比曲线的峰值频率比场地实际共振频率低80%左右.对于存在双峰的H/V曲线, 大部分研究人员认为其对应于地下不同深度处的两个波阻抗界面(Bard and SESAME-Team, 2005; Delgado et al., 2000a; D′Amico et al., 2008; Bonnefoy-Claudet et al., 2009).平坦无峰值的H/V曲线意味着地下没有明显的波阻抗界面, 且这种类型的曲线通常出现于硬质岩石场地(Bard and SESAME-Team, 2005; D′Amico et al., 2008).一般一个地区以上四种类型的曲线均会出现, 但是其分布特征会随地质结构的不同而出现差异, 国内除济南地区外, 王伟君等(2011)在保定地区也有类似的发现.
我们将研究区H/V谱比曲线类型用不同的符号展布到测线上(见图 1), 以便分析曲线类型与介质结构的关系.Ⅲ线1900 m以南均为单峰, 且与基岩类型无关, 说明该段基岩完整, 横向上较稳定.Ⅲ线北端1920~2020 m出现了双峰的H/V曲线, 意味着地下存在两个速度分界面, 推测第一个界面为土层和岩浆岩强风化层界面, 第二个界面为岩浆岩强风化层和未风化岩浆岩界面.Ⅱ线南端H/V曲线类型较复杂, 出现了无峰、宽峰和单峰三种类型, 推测是由于该段位于千佛山山前地带, 土石分界面较浅, 灰岩顶面遭受严重风化所致.Ⅱ线文化东路以南地段, 灰岩基岩区为单峰类型, 说明该段灰岩较完整, 横向上变化不大.Ⅰ线全线和Ⅱ线混合基岩段四种不同类型的H/V曲线交替混合出现, 变化基本无规律, 但是无峰和宽峰的曲线明显增多.根据以往研究资料, 济南地区岩浆岩风化带可分为：全风化带、强风化带、中风化带和微风化带, 但是各风化带厚度变化较大, 从零点几米到几十米不等(宋彬斌, 2015; 尚敏等, 2003).所以, 岩浆岩区和混合型基岩区H/V曲线的复杂性与岩浆岩风化层的不均匀性密切相关.
5.2 土石分界面深度根据以上分析, 当基岩为岩浆岩时无法拟合获得可靠的深度-频率关系, 所以, 即使从H/V谱比曲线上读出峰值频率, 也无法利用该方法估算土石分界面深度.
当基岩为灰岩时, 利用公式(9)计算土石分界面深度, 如图 5.Ⅱ线灰岩区位于千佛山山前地带, H/V谱比峰值频率基本大于8 Hz, 由公式(9)计算得到的土石分界面深度基本小于10 m.由于灰岩埋藏浅, 风化严重, 一些测点出现了宽峰和无峰的H/V曲线, 无法拾取到峰值频率, 这些测点无土石分界面深度估算结果.
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图 5 土石分界面深度剖面 (a) Ⅱ线; (b) Ⅲ线.黑色三角形代表根据公式(9)计算出的土石分界面深度, 竖线代表钻孔, 竖线上的短横线代表钻孔揭露的土石分界面深度, Δ代表计算误差. Fig. 5 Depth profile of the soil-rock interface (a) Line Ⅱ; (b) Line Ⅲ. The black triangles indicate the depth of the soil-rock interface calculated according to formula (9), vertical lines indicate the borehole, short horizontal lines on the vertical lines indicate the depth of the soil-rock interface revealed by the borehole, and Δ indicates the calculation error. |
由图 5a可以看到, Ⅱ线前600 m土石分界面起伏较大, 部分高差达5 m, 推测为千佛山山前小断层.H/V谱比法计算出的土石分界面深度和钻孔揭露的误差基本小于0.5 m, 其中Jn2孔所在位置界面较陡倾, 误差略大于0.5 m.Ⅲ线灰岩区土石分界面深度在20~30 m之间, 界面起伏不大, 与钻孔揭露土石分界面深度误差较小.J105a孔误差几乎可以忽略, E134和J50孔误差略大, 可能是因为土石分界面存在倾斜, 造成H/V谱比峰值频率存在一定的偏差.综合Ⅱ线和Ⅲ线来看, H/V谱比法按照公式(9)计算的土石分界面深度和钻孔揭露深度十分接近, 总体平均误差仅4.33%, 说明公式(9)在济南灰岩基岩区具有普适意义, 可以满足工程探测需要.
6 结论本文在济南中心城区开展H/V谱比法探测土石分界面的研究工作, 是在城市强干扰环境、复杂基岩条件下的一次有益尝试, 证明了H/V谱比法在该条件下仍是有效的.测区内H/V曲线类型分布呈现明显的分区性, 这与基岩埋深和基岩面风化程度相关.按照本文基岩类型划分, 发现灰岩基岩区存在峰值频率为8 Hz的分界频率, 在8 Hz两侧存在不同的深度-频率关系(即文中式(9)), 分界频率在济南地区可作为区分灰岩强/弱风化层的界面.而岩浆岩基岩面的强风化层导致了对应基岩区无法得到可靠的深度-频率关系.
根据本文结果, 在济南地区采用H/V谱比法估算土石界面深度时, 应首先判断基岩类型, 当基岩为灰岩时可以采用(9)式快速估算土石分界面深度.微动H/V谱比法仅需单台三分量微动记录仪即可完成数据采集, 几乎不受场地条件限制, 可快速有效地估算土石分界面深度, 特别适用于城区强干扰环境.
致谢 感谢二位评审专家对本文提出的宝贵修改意见.
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