摘要
近地表沉积层结构对地震波的传播具有显著影响，是地震勘探、强地面运动研究、地震灾害评估的重要参数。城市和人口密集区大多分布于沉积盆地之上，由于盆地中的松散沉积层对地震波具有放大作用，一旦发生地震，将会造成巨大的人员伤亡和经济损失。因此，近地表沉积层的精细结构研究是减轻地震灾害的基础。随着方法技术的发展，近地表沉积结构的研究已经取得了长足进步，地球物理方法成为不可或缺的手段。受制于近地表的复杂性，如何进行经济、有效的调查近地表层结构，仍然是困扰地球物理工作者的难题。 已有研究结果表明，背景噪声和微重力是有效获得近地表结构的地球物理方法。背景噪声观测台站布置灵活方便，无需施加人工震源便可以获得丰富的地下信息，已经成为当前近地表结构研究热点方法之一。利用台站的三分量噪声记录，求取不同频率水平分量与垂向分量的比值(H/V)，H/V比峰值对应的频率与台站下方沉积层的基阶面波共振频率相当，峰值频率与近地表沉积层的厚度具有经验关系。为了检验背景噪声在近地表沉积层中的研究应用效果，分别于南京市秦淮河平原区和茅东山间凹陷区布设了背景噪声观测台站，利用少量己知点上的钻孔数据拟合出单台噪声H/V峰值频率与沉积层厚度的经验关系式，未参与拟合的钻孔则用于检验经验关系式。结果表明，秦淮河平原区背景噪声台站H/V峰值频率分布较为集中，与沉积层具有稳定的经验关系:茅东山间凹陷区由于山脉、斜坡和凹陷沉积厚度不均，H/V曲线形态、峰值频率存在较大的差异，但凹陷之内的台站稳定性相对较好。以沉积层厚度作为初始模型，同时反演H/V曲线和峰值频率，获得了两个研究区的近地表速度结构。由于反演同时兼顾了曲线形态和峰值频率，相比于仅仅利用峰值频率的经验关系式的结果可靠性更高。 微重力测量速度快，面积性调查工作中具有高效、低经济成本的优势，根据剩余重力异常异常可以反演近地表沉积层的厚度和密度结构，在近地表结构研究中已经得到了验证。重力异常具有体积效应，深度分辨率低，必须进行异常分离，获得研究目标体的剩余异常。本文对小波多尺度变换方法开展研究，并利用其成功分离出茅东凹陷第四系沉积层的剩余重力异常。在此基础上，将茅东凹陷离散为一系列垂直平行的棱柱体，建立正演模型，采用改进的Bott方法对剩余重力异常进行反演，获得了茅东凹陷第四系沉积层的厚度展布。 反演是地球物理方法的主要手段，以不同的地质模型正演拟合观测地球物理数据，如果不加约束，理论上存在很多种可能的模型，这便是地球物理反演的非唯一性。尤其是单一类型的地球物理方法，为降低反演结果的多解性，如何有效的进行约束是地球物理学领域长期关注的问题。多类型地球物理数据联合反演可以降低描述参数几何形态的自由度，相比单一类型的地球物理资料反演，不仅能构建多物理参数协调的模型，还能够约束地球物理反演的非唯一性等不确定性因素。本文利用背景噪声点上高精度和微重力面上高效率的优势，开展二者联合反演方法研究。以近地表沉积层的波速、密度、厚度之间的关系为纽带，建立单台噪声H/V与微重力联合反演模型。在此基础上，研究联合反演的约束条件，搜索联合反演目标函数全局最优解。结果表明，单台噪声H/V与重力联合反演理论上具有可行性。为了进一步检验联合反演方法的实际应用效果，利用茅东凹陷实测微重力数据和背景噪声H/V数据，验证方法的同时获得茅东凹陷近地表沉积结构。经对比已知钻孔，反演结果具有较高的可靠性。本文的成果为近地表结构研究提供了新的思路与方法，对于地震灾害预防、重大工程区和重要经济区的环境地质调查研究均具有现实意义。
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