高側向解析法之數值模擬驗證

：本研究中採用之地層模型為簡單的雙層階狀地層，(如 圖5.9所示)，其係為具有側向變化之地層，可為新施測法提供一基本 的可行性了解，並可了解不同頻率的表面波在深度上的反應差異。此 階狀地層上方是較軟弱土壤，剪力波速Vs是 260m/s，而下方較堅硬 土層之Vs為 530m/s。地層之階狀高差為 公尺，軟弱層最淺處是 5

L2 L1

Vp: 500 m/s Vs: 260 m/s

L2

Vp: 1000 m/s Vs: 530 m/s

10m L1 5m

圖5.9 地層模型

圖 5.10 側向變化地層對表面波震測之影響

由圖中可見，當測線漸往右側地層移動時，視頻散曲線(apparent dispersion curve，白色圓點)亦有自左曲線移往右曲線之現象。然而由 於側向變化地層的存在，使得即使測線中點在左側地層中點或右側地 層中點時，低頻部份亦不會與理論解相同，而是介在兩者之間。此外，

由視頻散曲線亦可觀察到，由於地層側向變化是在地表下5 公尺後，

因此在高頻處並沒有差異，而是在較低頻的位置以兩者地層頻散曲線 的某一種權重結果平滑地變化。

此一結果顯示，在現地施測表面波震測試驗所獲得之視頻散曲線 其所反應的並不只是深度方向上的地層資訊，對於側向上的地層訊息 亦一併反應。倘若僅以深度上的訊息看待進行分析，將會對地層參數 在深度上有所錯估。此一現象便是造成傳統表面波震測側向解析度不 佳的主因。

高側向解析法：地層模型與現地施測佈置如圖5.11所示。採用與 前述相同之地層模型，施測配置上使用六個間距 1 公尺的接收器，測 線長 5 公尺，最近的近站支距是 15 公尺，共移動震源九次，圖上僅 繪出四次震源位置示意。為測試高側向解析施測法之表現情形，透過 改變測線配置與地層側向變化處的關係，建立四種不同的施測情形(a 配置、b配置、c配置、d配置)。a與c中的配置是將震源與接收器置於 地層側向變化的兩側，亦即在震波傳遞的過程中需要經過地層側向變 化處，但在a配置下，震波由較深的地層進入較淺的地層，而在c配置 下，震波是由較淺的地層進入較深的地層。b與d中的配置，其震源與 接收器在同一側，震波在傳遞過程中並不經過地層側向變化處，但b 配置下的接收器距側向變化處較近，而d配置下的接收器距側向變化 處較遠。

圖5.11 高側向解析施測法驗證之地層模型與施測配置

數值模擬結果如圖5.12所示。圖 5.12a、c、e、g分別是a配置、b 配置、c配置、d配置前四個震源所收錄之地表振動歷時。圖 14b、d、

f、h分別是a配置、b配置、c配置、d配置下分析獲得之頻散曲線影像。

左側實線是左側地層頻散曲線之理論解，右側實線是右側地層頻散曲 線之理論解，試驗所得之視頻散曲線是白色園圈。

由視頻散曲線之結果看來，在四種配置下其與理論解穩合度極 高，雖在 c 配置下的視頻散曲線在頻率 20Hz 前後有跳動的情形，然 而造成這一問題的主要原因是來自於近場效應。雖然在試驗的配置上 使用 15 公尺之近站支距以避免近場效應的影響，但在震波傳遞至接 收器的過程中，側向變化處對原震波造成的擾動使其亦可視為是另一

震源處，其與接收器相距僅 5 公尺，使得近場效應相對明顯而對結果 造成影響。

200 250 300 350 400 450 500 550

0

phase velocity (m/s)

frequency (Hz)

(a)

(c) (d)

time (sec)

distance (m) phase velocity (m/s)

frequency (Hz)

distance (m)

time (sec)

200 250 300 350 400 450 500 550

0

200 250 300 350 400 450 500 550

0

200 250 300 350 400 450 500 550

0

(g) distance (m)

time (sec)

phase velocity (m/s)

frequency (Hz)

distance (m)

time (sec)

phase velocity (m/s)

frequency (Hz)

(h)

成的不同頻散曲線結果。又在配置a、b、c 中，測線中點與地層側向 變化處僅有6.5 公尺的距離，倘若以慣用之施測方式，如圖 10a 中的 b)和 d)配置，其無法在相同的距離下獲得不受側向變化影響之頻散曲 線。綜合上述論點可以得知，高側向解析施測法不但實現在較短的測 線長度下達到較深的探測深度能力，且其確實能有效提高施測結果之 側向解析度。