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1.1應(yīng)用場景 目前，隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，我國的地下巖土工程越來越多，包括高層建筑的建設(shè)、橋梁以及地下空間工程。其中，未來的地下空間不僅只有地鐵、隧道、地下廣場、地下道路等幾種形式，還包括地下街、市政隧道（綜合管廊）、大型地下儲氣設(shè)施、地下雨水儲存設(shè)施、地下垃圾站房、地下車庫、地下變電站，以及大型綠地、居住區(qū)和世博區(qū)的地下空間的開發(fā)利用等形式。地下巖土工程實施過程中為避免地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)，需要進行淺層地質(zhì)調(diào)查，包括探查地下巖土層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)育狀況（活斷層，不僅是產(chǎn)生地震的根源，而且一旦發(fā)生較強地震，其人員傷亡和經(jīng)濟損失慘重）。因此，做好地質(zhì)勘探，著力提高應(yīng)變能力，得出與工程結(jié)合的、合理可行的技術(shù)措施和應(yīng)對險情的工程預(yù)案，是施工成功的關(guān)鍵。 1.2現(xiàn)狀分析 在地下巖土工程中，用地球物理探測方法技術(shù)對地下空間進行預(yù)探測，了解地下所賦存的目標(biāo)體。鑒于目前地下巖土工程地球物理探測技術(shù)的現(xiàn)狀和應(yīng)用領(lǐng)域面臨的問題及特點，如淺層地震勘探、電磁法等，存在以下劣勢：（1）地震勘探錘擊震源探測深度淺。（2）電磁干擾源多，如金屬物等。 針對淺層地質(zhì)調(diào)查，包括探查地下巖土層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)育狀況（活斷層），安徽萬泰地球物理技術(shù)有限公司聯(lián)合中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球物理技術(shù)團隊合作研發(fā)了淺層結(jié)構(gòu)背景噪聲三維成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用密集地震臺站采集連續(xù)背景噪音，包括潮汐撞擊海岸產(chǎn)生的低頻信號、地球內(nèi)部的自由振蕩信號、大地震后的尾波信號、地面生產(chǎn)活動信號，通過臺站對的互相關(guān)和疊加處理，提取出不同頻率的基階和高階面波，從而確定從淺到深的三維橫波速度結(jié)構(gòu)體，該三維橫波速度結(jié)構(gòu)體對地下巖土層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)育狀況有非常好的顯現(xiàn)作用，能夠精準(zhǔn)預(yù)測其空間位置和范圍。 安徽萬泰地球物理技術(shù)有限公司淺層結(jié)構(gòu)背景噪聲三維成像系統(tǒng)在使用過程中不需要人工震源（炸藥或者震源車），是一種“綠色”經(jīng)濟的勘探系統(tǒng)，探測精度高。 二、 技術(shù)方案本系統(tǒng)通過采集環(huán)境背景噪聲信號，獲得地下三維橫波速度結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)，來進行淺層地質(zhì)調(diào)查，包括探查地下巖土層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)育狀況（活斷層）。技術(shù)路線如圖2-1所示。 
基于密集地震臺陣的背景噪聲成像技術(shù)： 通過對長時間采集的信號分段（通常為1小時一段）進行疊加、濾波，以提高信噪比。采用S變換，在時間頻率域進行相速度加權(quán)疊加，以提高互相關(guān)函數(shù)的信噪比，來提取穩(wěn)定的面波信號、臺站間背景噪音互相關(guān)函數(shù)（縱軸臺站間距，橫軸為時間），從而面波的信號可以很清晰地識別出來。然后通過面波成像方法，確定探測區(qū)域三維各向同性和各向異性剪切波速度，進行橫波各向同性和各向異性成像。 根據(jù)探測區(qū)域位置及探測深度，布設(shè)淺層地下結(jié)構(gòu)背景噪聲三維成像系統(tǒng)臺陣，來采集探測區(qū)域及周邊環(huán)境背景噪聲?，F(xiàn)場臺陣采用矩形面狀分布，相鄰監(jiān)測點間距50-300m，原則上是將探測區(qū)域包含在臺陣中（圖3-1，紅三角代表臺站）。連續(xù)觀測一段時間，對此階段的環(huán)境背景噪聲數(shù)據(jù)進行采集。 
背景噪聲三維成像系統(tǒng)臺陣： 具有豐富的低頻信號采集能力，如圖3-2所示。內(nèi)置配有三分量地震傳感器、GPS 模組、電子羅盤、姿態(tài)傳感器、藍(lán)牙模塊以及可充電鋰電池，無需任何外部電源即可連續(xù)工作60天以上。它可以實現(xiàn)定時開機采集、采集結(jié)束定時關(guān)機；也可連續(xù)采集；采用USB、RS232、藍(lán)牙等多種交互工作方式；數(shù)據(jù)自動本地存儲；具有GPS 授時、地理位置定位等特點。其高頻達(dá)到200Hz 以上，可以滿足瞬態(tài)面波勘探的需求。  三維橫波速度結(jié)構(gòu)體反演流程（圖3-3）： （1）對探測區(qū)域環(huán)境背景噪聲原始數(shù)據(jù)（圖3-4）進行預(yù)處理。 （2）將反演區(qū)域按網(wǎng)格劃分，反演得到各周期相速度的二維分布，進而得到每個網(wǎng)格節(jié)點的純路徑頻散曲線。 （3）反演每個網(wǎng)格的純路徑頻散，得到每個網(wǎng)格下方的S波速度的垂向分布。 （4）在不同周期面波層析成像結(jié)果的基礎(chǔ)上，反演得到勘查區(qū)三維橫波速度結(jié)構(gòu)（圖3-5）。  
利用三維橫波速度結(jié)構(gòu)體等地球物理信息對地下淺層結(jié)構(gòu)體進行解釋（圖3-6）。圖中給出30、50m兩個深度的水平橫波速度結(jié)構(gòu)，其中三角形代表臺站，實心黑線代表蜀山斷層。從圖中可以看出，斷層界限明顯。通過對斷層探測，地下巖土工程施工更加安全。 
四、項目效益有效的淺層地質(zhì)調(diào)查，著力提高應(yīng)變能力，得出與工程結(jié)合的、合理可行的技術(shù)措施和應(yīng)對險情的工程預(yù)案，是施工成功的關(guān)鍵。安徽萬泰地球物理技術(shù)有限公司淺層結(jié)構(gòu)背景噪聲三維成像系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確探查地下巖土層結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)育狀況（活斷層），量化其對地下巖土工程的危險程度，減少盲目性投入，做到有的放矢。在同等面積區(qū)域的地質(zhì)探測上，相比較于三維地震勘探等常規(guī)探測方法，本系統(tǒng)可節(jié)省大量探測成本。該系統(tǒng)為淺層地質(zhì)調(diào)查提供了一種新的“綠色”經(jīng)濟有效思路，能夠高效、快速、準(zhǔn)確的探測地下淺層結(jié)構(gòu)，為地下巖土工程安全提供保障。 五、案例展示一、近地表結(jié)構(gòu)探測 安徽省合肥市經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市圈一直在外擴，由于地處郯廬斷裂帶，存在地震風(fēng)險，為降低地震災(zāi)害影響，需要對其近地表結(jié)構(gòu)進行探測，以確保城市工程與建筑安全以及指導(dǎo)未來城市規(guī)劃。由于城市人口密集性、安全以及探測深度，常規(guī)的地球物理勘探技術(shù)難以實施，如三維地震勘探等技術(shù)由于使用炸藥震源，錘擊震源由于探測深度限制等。 安徽萬泰地球物理技術(shù)有限公司通過利用淺層結(jié)構(gòu)背景噪聲三維成像系統(tǒng)采集城市環(huán)境背景噪聲，反演出城市地下三維橫波速度結(jié)構(gòu)體，進而獲得城市斷層帶位置及區(qū)域速度變化信息，以此判斷潛在的地震危險以及未來城市發(fā)展方向。圖5-1為現(xiàn)場臺陣布設(shè)圖，三角形代表臺站。圖5-2為淺層不同深度的三維橫波速度結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出由于郯廬斷裂含有巖漿侵入的變質(zhì)巖相對周邊區(qū)域為高速帶（虛線代表斷層位置）。圖5-3為沿同一S波速度剖面局部地質(zhì)剖面，白線代表地質(zhì)上不同的地層單位，可以探測地表結(jié)構(gòu)巖性變化。其中1為上白堊統(tǒng)砂巖；2為古元古代片麻巖；3為青白口期灰?guī)r；4為早寒武世頁巖；5為震旦系灰?guī)r。 
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