微动是在地球表面时刻存在的、由非地震引起的微小振动。微动信号主要有体波和面波，其中瑞利波能量占信号总能量的67%以上[1]。常用的微动探测方法是从微动信号中提取瑞利波，并根据其频散特性反演地下横波速度结构。

在城市地铁建设中，需探明工程区域内岩溶发育情况。岩溶与周围完整岩体、上部覆盖地层物理特性有较大差异，因此物理勘探方法能有效探测岩溶情况[2]。本文利用微动探测方法探测武汉市轨道交通27号线江谭段地下岩溶情况，验证该方法在工程岩溶勘探中的应用效果。

1 微动探测基本原理

微动探测方法是用规则或不规则的台阵来接收微动信号。按提取面波频散曲线方法的不同，分为空间自相关法(SPAC)和频率-波数法(F-K)。SPAC法认为微动是一种稳定随机过程，其微谱表现形式可以写成：

研究组、对照组治疗前与治疗后FBG、2 hPBG水平存在显著差异，且研究组治疗后FBG、2 hPBG水平明显高于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。见表1。

(1)

式中，ω为角频率，k为波数，Z为正交随机过程。

可以证明，对入射噪声场功率谱密度进行归一后，方位平均空间自相关系数ρ为：

ρ(r,ωo)=J0(ω0·r/c(ω0))

(2)

从微动观测数据中提取瑞利波，获得相速度频散曲线，采用近邻法反演台阵下方地层速度结构获得地层视S波速度，并对剖面各点的Vx进行内插得到二维剖面图，用于地下结构分析。

可见，在半径为r的圆形台阵上得到的空间自相关系数与频率有关，并按零阶第一类Bessel函数形式变化。也就是说，只需要知道空间自相关系数ρ，并对其进行零阶第一类Bessel函数拟合，就能得到相速度c(ω)频散曲线。

式中,Vr为瑞利波波速，ti为周期。

(3)

微动剖面探测一般只需要得到剖面上横波速度的相对变化，即用视S波速度Vx表示：

式中，J0为零阶第一类Bessel函数。

2 微动探测岩溶实例

2.1 实验区域

本文选取武汉市轨道交通27号线江谭段文化大道渔牧村(30°22′53″～30°23′7″N，114°18′58″～114°19′4″E)为研究区(图1)。

2.2 观测方案

使用SPAC法探测地层结构时，单点微动探测需要观测台站沿圆周布置，且至少等间隔布置3台，中心点布置1台，组成圆形台阵。台阵有效探测深度H约为观测圆周半径r的3～5倍[4]。

图1 地铁线路测区位置及工作图 Fig.1 Location of microtremor in subway map and working photos

仪器观测对时间同步性有一定的要求[5]，故本次实验采用外接授时GPS进行时间同步。采用二重圆形布设方式，在两个同心圆周各等间隔布设3台仪器，共7台仪器。为满足实验要求，使用r1=6.5 m、r2=13 m双圆台阵方式(图2)，沿文化大道自南向北共布置7个测点，进行滚动式观测(相邻测点共用3台仪器)，形成一条长67.5 m的测线。在实际数据采集过程中，采用米尺测设，能保证仪器位置误差在cm级。

图2 二维微动剖面观测测线及台阵示意图 Fig.2 Lay out of 2D microtremor profiling

为避免行人、车辆干扰，实验在夜间进行，并对目标区内公路进行封路处理。

使用本文中的5种焊接材料分别焊接无压W1基材与45钢母材，用微机控制万能材料试验机进行剪切试验，试验结果见表5。

2.3 数据采集

海归新生代学成归来后，为了融入中国土壤，要先了解什么是中国的亲缘与地缘文化，为什么亲缘与地缘在中国这么受重视。中国情境下，做事只注重目的性是行不通的，需要有一份醉翁之意不在酒的释然。详见图2-1。

制度建设应该与时俱进，利于武术发展的制度才能保障武术文化生态建设得以顺利进行。体育领域的某些非物质文化遗产，正是由于缺乏“适宜”制度的呵护，日渐式微甚或绝迹[13]。现行的制度阻碍了福建武术文化生态的良性循环，没有为其提供完善的制度保障。鉴于此，需要集思广益从源头治理，在借鉴各类已有政策法规的基础上(2007年建立的全国首个文化生态保护区——闽南文化生态保护实验区积累了一定的成功经验)，建立健全福建武术非遗的各项现有制度，切实通过制度的改革与创新来促进福建武术文化生态的建设。

在进行数据采集之前，需要对仪器作一致性检测。将所有仪器放置在同一地点，同时记录波形数据，然后计算其自相关系数、功率谱(图3)，仪器在1.5～15 Hz范围内一致性优于95%，能满足微动探测对仪器的要求。

图3 一致性测试结果 Fig.3 Results of consistency tests

2)粘土层下为基岩。基岩可分为强岩溶灰岩和中厚层灰岩两层，VS分别为500～800 m/s、>800 m/s，界面在36～40 m之间。强岩溶灰岩层中岩溶普遍发育，且强岩溶灰岩与基底未溶蚀基岩分界线起伏不大。

3 数据处理与测试结果

3.1 数据处理

对于每个测点数据，先剔除掉人为干扰明显的数据段，滤掉1.5～15 Hz之外的频段，然后按20.48 s的时窗长度将数据分成若干段，分别计算每个时窗段内的Fourier谱和功率谱，再计算出不同台阵对的空间自相关函数并拟合零阶第一类Bessel函数(图4)。

图4 不同台间距空间自相关函数 Fig.4 Spatial autocorrelation fuctions in each array spacing

拟合零阶第一类Bessel函数后，在频段范围内给定任意频率值fr (fr=ωr/2π)，都可根据式(2)计算其对应的拟合最优相速度vr，从而获得点位的相速度频散曲线，如图5。

图5 测点点位频散曲线 Fig.5 Observed dispersion curves at each point

获得各点位频散曲线后，根据武汉市区域地质情况，建立初始地层结构模型并通过结果不断进行修改，得到最终的地层结构分层模型，并使用近邻法反演获得地下视S波速度。表1为1号点位最终的地层结构模型，图6为1号点位理论频散曲线与实际频散曲线的拟合结果，残差值保持在0.01以内。图7为1号点位反演视P波和视S波的速度结构模型，残差值也能控制在0.02以内，拟合效果较好。

3.2 结果及分析

自从扬州运河申遗成功以后，与之相关的18个城市，在国家政策的支持、鼓励下，成立“京杭大运河城市旅游推广联盟”。在这一基础上，各个城市之间需要进一步深化合作，逐渐形成“旅游共同体”的紧密关系，从而更加深入的彰显扬州运河文化遗产旅游魅力，建设文化旅游品牌。通过18个城市的个共同努力，可以着力打造京杭大运河精品旅游线路，从而为国内外游客提供更好的旅游服务。在各个城市的发展中，应该将运河文化遗产作为发展旅游的主线，结合自身的优势，践行“错位发展”的基本原则，避免各个城市的文化遗产旅游出现雷同等不良的问题，进而形成特色各异、特点不同的扬州运河文化遗产旅游环境[3]。

其中，其他变量的含义与(2)式一样。若参数β显著为负，且虚拟变量的回归系数λ1和λ2显著不为零，则各城市的地价、房价和物价存在俱乐部收敛，检验结果如表2所示。

表1 1号点位分层模型 Tab.1 Hierarchical model at point 1

VS层厚设定波速边界条件VS03150～2500≤VS0VS13200～300VS0≤VS1VS23250～400VS1≤VS2VS33300～500VS2≤VS3VS43350～500VS3≤VS4VS53400～600VS4≤VS5VS63500～700无边界条件VS73600～800无边界条件VS83400～600无边界条件VS93200～500无边界条件VS103400～800无边界条件VS113600～900无边界条件VS124700～1000VS11≤VS12VS135800～1100VS12≤VS13VS145800～1200VS13≤VS14

图6 1号点位理论与实际频散曲线 Fig.6 Theory and measured dispersion curve at point 1

图7 1号点位反演速度结构模型 Fig.7 Inversion velocity model at point 1

将7个点位反演数据综合起来进行插值、光滑计算，得到该测线微动探测视S波速度剖面图(图7)，其中上方坐标轴为本次7个测点的位置。本次结果是基于视S波速度剖面图和湖北省城市地质工程院在27号地铁线江谭段的钻孔资料分析得出的。

由于不同地层的深度、含水性等物理性质差异较大，所以视S波速度仅能提供地层相对的速度差异，而无法定量测量岩层的实际剪切波速。武汉地区属浅覆盖区，第四系地层厚度一般在20～40 m[5]。结合地质背景、基岩大致深度以及钻孔资料，本次获得的二维速度结构剖面图有以下特点：

1)覆盖层分为杂填土和粘土两层，VS分别在80～150 m/s、150～500 m/s之间，其层面埋深在2～5 m和18～22 m，速度异常变化不大，土层性质较为均匀。

实验采用英国Guralp公司生产的CMG-40TDE一体化地震仪，各台仪器均采用GPS自动授时。仪器频带范围为1～100 Hz，采样率100 Hz，并根据实际需求进行滤波处理。

1）做好顶层设计，助推实验室管理制度体系化。设立由单位领导及各相关部门负责人组成的实验室安全管理委员会，按专业类别下设实验室安全专家咨询组，例如：化学、生物、辐射、环境保护、特种设备、职业健康等安全专家咨询组；为委员会评价和审核各项管理制度、安全手册、规范及细则等提供专业性意见或建议，促进实验室管理制度体系化发展。

在数据采集时，尽量减少不必要的人为扰动，并在确定所有仪器和GPS正常工作后再记录观测起止时间，每个测点观测时长不小于30 min。

3)在1号、3号和5号测点覆盖层下方发现有4个较大规模的低速区，在整体灰岩区发现有介质的变化，结合本地区地层概况，推测低速区为岩溶结构。在3号测点附近发现有Ⅱ、Ⅲ号两个溶洞，其中上方岩溶规模较小，垂高在3 m左右，下方岩溶规模较大，达到5 m以上。

在湖北省城市地质工程院给出的钻孔资料中，3号测点南侧2.5 m处有一个深度为26.5 m的钻孔，将其数据投影到微动二维剖面图上。对比发现，微动探测对于杂填土-粘土-基岩分界面的分层较为准确，误差在10%以内。对于隐伏岩溶探测，钻孔数据显示有一个顶板埋深19.3 m、垂高1.1 m的小规模溶洞，本次实验未能清晰探查清楚。另有一顶板埋深20.9 m、垂高3.1 m的中型溶洞在微动二维剖面图上能够反映出来，其顶板埋深21.35 m，垂高3.86 m。

对比剖面结果和钻孔资料，对于垂向，SPAC法在确定地层分界面上能得出较为精确的结果。在岩溶探测中，台阵可探测范围为台阵圆周半径r的3～5倍，对垂高1 m以内的岩溶分辨能力较差，对3 m及以上垂高的溶洞分辨效果较好。

点评：根据银保监会此前公布的数据，去年全年四个季度，商业银行不良贷款率均保持在1.74%。从今年开始，商业银行不良贷款率开始上行，今年一季度、二季度、三季度商业银行业不良贷款率分别为1.75%、1.86%和1.87%，也就是说，我国商业银行不良率已经连续三个季度上升。

图8 微动探测视S波速度剖面与钻孔比对图 Fig.8 2D microtremor apparent S-wave velocity compared with drilling chart

4 结 语

基于空间自相关基本原理，采用微动探测方法探测武汉市轨道交通27号线江谭段地层结构与地下岩溶。对比微动反演结果和工程钻孔资料以及武汉地区区域地质、土层剪切波速情况，得到以下结论：

需要注意的是，冬季是心脑血管疾病高发的季节，老年人普遍存在动脉硬化症状，如遇寒冷空气袭击，很容易导致冠状动脉痉挛，诱发心肌梗死。所以，也不能盲目摄取高能量的食物，特别是在脂肪的摄入量上要严格控制。每天脂肪的摄入量不要超过70克，食用油不要超过30克。

1)研究区地层结构可分为4层，自上至下分别为杂填土(层面埋深2～5 m)、粘土(层面埋深18～22 m)、强岩溶层灰岩(层面埋深36～40 m)、中厚层灰岩(层面埋深>40 m)。

2)测线下方存在4个低速区，推测为岩溶结构。结合钻孔资料，验证了Ⅱ号溶洞的真实性。所测4个岩溶中，Ⅱ号溶洞规模较小，Ⅰ号、Ⅲ号、Ⅳ号规模较大，垂高≥5 m，且沿N-S走向水平跨度达到5 m以上，但是Ⅰ号溶洞的具体规模还需通过后续工作加以验证。

3)结合前人的微动探测视S波速度与土层剪切波速研究[6-8]，认为在微动探测地层结构中，划取150～200 m/s作为地表杂填土视S波速度分界线，500～600 m/s作为覆盖层与基岩视S波速度分界线，其速度结构层也可适用于其他地区SPAC法微动探测研究。

4)在实际中，可根据工程所需探测深度设计适合的台阵布设方式。在衡量需求精度和工程效益的情况下，设计测线长度和测点间距，保证达到工程所需最大精度。

参考文献

[1] 常士骠. 工程地质手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2007(Chang Shipiao. Handbook of Engineering Geology[M]. Beijing: China Construction Industry Press, 2007)

[2] 张伟,甘伏平,梁东辉,等. 利用微动法快速探测岩溶塌陷区覆盖层厚度[J]. 人民长江, 2016,47(24):51-54(Zhang Wei, Gan Fuping, Liang Donghui, et al. Application of Microtremor Exploration in Quick Inspection of Overburden Layer Thickness in Karst Collapse Area[J]. Yangtze River, 2016,47(24):51-54)

[3] Okada H. Theory of Efficient Array Observations of Microtremors with Special Reference to the SPAC Method[J]. Exploration Geophysics, 2006, 37(9):73-85

[4] 李井冈, 姚运生, 林亚洲,等. 微动数据站间不同步对空间自相关曲线的影响[J]. 地震工程与工程振动, 2014(增1):139-145(Li Jinggang, Yao Yunsheng, Lin Yazhou, et al. Effect on Spatial Autocorrelation Curve of Microtremor Data Temporal Asynchronization[J]. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics, 2014(S1):139-145)

[5] 田望学,毛新武,何仁亮,等. 武汉地区1∶5万区调第四系研究进展[J]. 华南地质与矿产, 2011,27(4):286-291(Tian Wangxue, Mao Xinwu, He Renliang, et al. Progresses in Quaternary System of Wuhan Area in 1∶50 000 Regional Geological Survey[J]. Geology and Mineral Resources of South China, 2011,27(4):286-291)

[6] 徐佩芬,李传金,凌甦群,等. 利用微动勘察方法探测煤矿陷落柱[J]. 地球物理学报, 2009,52(7):1 923-1 930(Xu Peifen, Li Chuanjin, Ling Suqun, et al. Mapping Collapsed Columns in Coal Mines Utilizing Microtremor Survey Methods[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2009,52(7):1 923-1 930)

[7] 徐佩芬,侍文,凌甦群,等. 二维微动剖面探测“孤石”：以深圳地铁7号线为例[J]. 地球物理学报, 2012,55(6):2 120-2 128(Xu Peifen, Shi Wen, Ling Suqun, et al. Mapping Spherically Weathered“Boulders”Using 2D Microtremor Profiling Method: A Case Study along Subway Line 7 in Shenzhen[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2012,55(6):2 120-2 128)

[8] 徐佩芬,李世豪,杜建国,等. 微动探测:地层分层和隐伏断裂构造探测的新方法[J]. 岩石学报, 2013,29(5):1 841-1 845(Xu Peifen, Li Shihao, Du Jianguo, et al. Microtremor Survey Method: A New Geophysical Method for Dividing Strata and Detecting the Buried Fault Structures[J]. Acta Petrologica Sinica, 2013,29(5): 1 841-1 845)