利用噪声HVSR方法探测近地表结构的可能性和局限性——以保定地区为例

近地表结构和构造探测是研究活动断层近地表特征和工程场地地震效应的关键环节.对于城市地区,丰富的噪声限制了常规地球物理勘探方法的应用,最近的研究表明,利用噪声也可用来反演近地表结构.我们在河北保定地区,布设了一条由二百多个观测点组成的密集地震噪声剖面,探索利用噪声探测近地表结构的可能性.用噪声水平和垂直向谱比法(HVSR)得到的HVSR曲线表明,剖面普遍存在HVSR振幅显著(≥2)的峰值频率,根据其特征可以划分为A、B、C三个区.除了基岩台无明显峰值频率外,西部A区峰值频率从8Hz向东递降至0.3 Hz.中部B区峰值频率在1.3 Hz附近微小变化.东部C区则表现为比较宽的波峰,可能是由两个波峰组成,第一个波峰在0.8~1.0 Hz之间,大部分台的HVSR曲线都可以拾取出这个波峰,第二个在0.5~0.8之间,只有少数台可以可靠地拾取.以台阵反演的速度剖面为约束,选择出适用于保定地区的峰值频率-土层厚度关系式,将剖面的峰值频率转换成土层界面的深度分布,并与两条浅层地震反射剖面进行了对比分析.结果表明,C区的两个土层界面深度分布和地震反射剖面上的二个晚更新世(Q3)界面深度(分别在约100 m和150 m附近)有较好的吻合;B区得到的土层界面深度与反射剖面的界面埋深有比较明显的差别, 进一步研究发现,B区观测点的地形严重影响了HVSR曲线的形态,使峰值频率可能偏离了土层的共振频率;A区土层界面从0 m向东倾斜至大约500 m深,但无反射剖面数据佐证.从HVSR和土层深度剖面可以推测在A区中部和A、B区交界处存在着两条垂直位错明显的正断层,但对垂直错距小的断层则无法识别.本文的结果表明,噪声HVSR方法不仅可以给出土层卓越频率等场地响应特征,还可以作为勘探工具探测近地表土层的界面起伏,协助识别活动断层的近地表位置和活动特征.该方法的局限性在于,HVSR方法容易受到风、近地表地形、近台瞬态震源等环境因素的影响.