2020年12月—2021年1月，广东省地震局在广州和佛山部分城区布设了台间距约0.75 km的短周期地震仪密集台阵。研究区约60 km×60 km，主要位于广州市的白云区和荔湾区，以及佛山市的南海区、禅城区和顺德区。密集台阵由两部分组成（图1），第一部分是骨干台网，由707个点位组成，台间距约2.25 km，记录时长19.1~40.6天，平均34.6天。第二部分为滚动布设的流动台网，由5，507个点位组成，台间距约0.75 km，记录时长5.9~21.9天，平均13.1天。为了仪器安全以及减少风的影响，所有的仪器都是埋藏布设。观测仪器包括EPS（拐角频率为5 s）、Smartsolo（拐角频率为5 Hz）和Zland-3C（拐角频率为5 Hz）。具体的布设和仪器情况见Ye等^[15]。

图1 研究区地形和短周期地震仪分布Fig.1 Topography of the study area and distribution of seismic stations

噪声HVSR法基于单台三分量微动记录，可以快速、方便地估算场地的响应频率和地震动的放大因子^[16]。HVSR为水平分量和垂直分量的傅里叶谱的比值，其中水平分量的振幅谱可以由东西分量（E）和南北分量（N）通过几种不同的方式计算得到，本文采用2个分量振幅谱的几何平均值来计算水平分量:

式（1）中 U_E(f)、U_N(f)和 U_Z(f)分别为东西分量和南北分量和垂直分量的傅里叶谱。

我们使用Python包hvsrpy^[17]获得了水平垂直谱比（HVSR）曲线，其中的噪声处理程序遵循Cox等人^[18]的方法。通常数十分钟的数据量就足以获得稳定的HVSR结果^[19]，为降低人类活动干扰，所有站点均选取凌晨时段（02: 00—04: 00）的连续波形数据，并将其分割成60 s的时间窗口，然后计算每个时窗0.5~20 Hz范围内的HVSR。为了增强HVSR曲线的稳定性，我们采用了带宽系数（b）为40的Konno-Ohmachi平滑算法^[20]。

图2 台站AP002的HVSR曲线Fig.2 An example of HVSR curves in AP002 Station

针对不同类型的HVSR曲线，本文采用以下规则确定峰值频率：①单峰型曲线读取单峰对应的频率值；②多峰型曲线，原则上拾取最大振幅峰，如果波峰振幅相近，则拾取最低频峰的频率值；③宽峰型曲线，如果临近测点的HVSR曲线具有明显峰值，则参考该临近测点的峰值频率读取，如果临近测点曲线无峰值或同样为宽峰，则放弃该曲线的峰值频率提取；④无峰型曲线则不读取峰值频率。具体选取细节见Xiong等^[21]，图3展示了四种不同类型HVSR曲线的示例。

图3 四种不同类型HVSR曲线的示例。Fig.3 Examples of four typical HVSR curves

HVSR方法已被发现与场地参数，如V_S30，存在密切关联^{[13，22，23]}。V_S30可以通过利用基阶频率根据以下关系进行估算^[13]:

式（2）中，V_SL是沉积层的平均剪切波速度，V_Sb是基岩的剪切波速度，V_SL和V_Sb通常参考钻孔数据或区域地质模型。

在分析所有测点的HVSR曲线后，得到了基阶频率（f₀）及其峰值振幅（A₀），如图5所示。f₀和A₀高低值的分界线与研究区断层的位置基本一致。这表明，断裂在研究区在控制近地表结构的形成演化中中起着重要作用。f₀主要分布在0.7~8.0 Hz之间，其空间分布具有明显的分区性，与研究区域的地形和地表地质状况吻合良好。北部、中部和东南部地区等山区，超过4.5 Hz，表明松散沉积物覆盖较薄。相比之下，研究区域的南部，包括珠江三角洲平原，呈现出低于3 Hz的f₀值，暗示存在更厚的松散沉积物层。值得注意的是位于南部的珠三角平原存在明显的低异常区，异常区中f₀值在0.5~1.5 Hz之间，形成若干明显的弯曲条带，表明存在带状的相对较厚的沉积层。Xiong等^[21]认为这是珠三角埋藏的晚更新世古河道。

A₀值大部分落在3~12范围内，并与f₀呈负相关。尽管A₀与研究区域的表面地质一致，但普遍认为HVSR的峰值幅度低估了场地放大效应^[16]。因此，我们在后续讨论中不再讨论该参数。

在工程地质学领域，快速且有效地估算V_S30对于地震区划、地面运动预测方程和建筑规范等多个方面至关重要。然而，针对粤港澳大湾区的V_S30详细研究尚未开展。先前的研究发现，可以通过基于场地基频的经验关系来估算V_S30^[13]。在本研究中，我们应用公式（2）来估算研究区域内的V_S30。根据钻探^[24]和地震成像结果^[25]，我们将V_SL设定为200 m/s，V_Sb设定为1800 m/s。因此，公式（2）可以简化为：

图4展示了公式（3）和其他地区使用的经验关系。这些关系之间总体有很好的相似性，但大多数其他地区相比，公式（3）在低于3 Hz时产生较低的V_S30值，在高于4 Hz时产生较高的V_S30值。这主要是因为粤港澳大湾区存在厚度小于50米的松散沉积层覆盖，松散层下伏坚硬的基岩，这种地质结构与波士顿地区观察到的情况相似^[23]，这解释了本研究中使用的经验关系与波士顿地区所用关系之间的相似性。

图4b展示了研究区域内V_S30的分布情况。根据NEHRP指南^[26]，所有测点被分类为四种场地类型。总体而言，研究区V_S30空间分异显著，揭示了松散沉积与基岩出露区的地质差异。V_S30值低于360 m/s的区域在研究区内占据主导地位，特别是在珠江三角洲（PRD）平原基本小于360 m/s。相反，较高的V_S30值（>360 m/s）主要分布在帽峰山、白云山、番禺台地、大岭山及山麓地区。

图4 研究区基阶频率（a）和峰值振幅（b）的分布Fig.4 Distribution of fundamental frequencies（a）and peak amplitude（b）across the study area.

公式（2）中V_S30值依赖于V_SL和V_Sb值的设定。为了评估公式（2）中V_SL和V_Sb值对V_S30结果的影响，我们通过设定不同的V_SL和V_Sb来分析V_S30值。

根据钻孔结果，珠三角沉积层的平均速度在100~300 m/s之间。本文首先将V_Sb固定为1800 m/s，分别使用150、200、250和300 m/s的V_SL值，进行V_S30了敏感性分析（图5a）。可以观察到，不同的V_SL值对基阶频率小于2 Hz的场地V_S30结果影响较大，而对超过2 Hz的场地影响则较小。将这4个不同的V_SL值用于计算每个站点的V_S30，每个站点可以得到4个V_S30值，将4个V_S30值的标准差作为该点V_S30值的不确定性（图5b）。可以看到，大多数区域的V_S30不确定性低于20 m/s，表明沉积层的平均速度在150~300 m/s之间取值对大部分地区的影响不大。而在古河道区域的不确定性达到了40~50 m/s，因此在评估古河道地区的V_S30时应更为慎重，需结合更多钻孔数据进行约束。

然后，本文将V_SL固定为200 m/s，分别使用1500、1650、1800、1950和2100 m/s的V_Sb值，进行V_S30了敏感性分析（图5a）。可以观察到，不同的V_Sb值对场地V_S30结果的影响较小，尤其在6 Hz以下，V_S30偏差在50 m/s以下。将这5个不同的V_Sb值用于计算每个站点的V_S30，则每个站点可以得到5个V_S30值，将5个V_S30值的标准差作为该点V_S30值的不确定性（图5b）。可以看到，大多数区域的V_S30不确定性低于10 m/s，仅极少数地区超过30 m/s，这表明基岩的剪切波速度在1500~2100 m/s之间取值对大部分地区的影响不大。在估算V_S30值时，更应注意的是沉积层平均剪切波速度的取值。

图5 不同地区VS30估算经验关系的比较（a）和研究区域内VS30的分布（b） Fig.5 Comparison of empirical relationships for VS30 estimation in different regions（a）and distribution of VS30 across the study area（b）

图6 VSL值为150、200、250和300 m/s时，VS30与f0之间的预期关系（a）及VS30的不确定性地图（b） Fig.6 Expected relationship between VS30 and f0 for VSL values of 150，200，250，and 300 m/s（a）and uncertainty map for VS3（0 b）

图7 VSb值为1500、1650、1800、1900和2100 m/s时，VS30与f0之间的预期关系（a）及VS30的不确定性地图（b） Fig.7 Expected relationship between VS30 and f0 for VSb values of 1500、1650、1800、1900 and 2100 m/s（a） and uncertainty map for VS3（0 b）