大城市通常依河而建，其浅层往往覆盖着较厚的松散沉积层。目前研究表明松散的浅层沉积物对地震波具有明显的放大作用，从而对建筑物和基础设施造成更严重的破坏。获取精确的沉积层厚度可以为地震危险性评估和城市防震减灾提供重要参考。粤港澳大湾区作为全球人口最稠密的地区之一，对东亚经济发展起着至关重要的作用。历史记录和现代地震活动都表明，粤港澳大湾区面临着潜在的地震风险，而该区位于珠江三角洲，覆盖着较厚的松散沉积层。因此迫切需要对粤港澳大湾区的浅层沉积层进行全面调查。然而，钻探和主动源等传统的浅层勘探方法由于成本高、破坏性强，均不适合在人口密集的城市大规模开展。近年来，利用密集台阵和环境噪声来探测地球结构已被证实为一种新的有效方法，为无损探测城市结构提供了新的思路。

中国科学院广州地球化学研究所博士生熊成，在导师邓阳凡研究员和广东省地震局叶秀薇研究员的指导下，联合广东省地震局和浙江海洋大学的合作者，基于布设在大湾区约60×60平方公里区域的6200多个密集台阵（图1），采用噪声垂直与水平谱比（HVSR）方法，得到了粤港澳大湾区的横向分辨率约0.75 km左右的高精度沉积层厚度。还成功识别出多个埋藏的晚更新世古河道。通过分析密集台阵记录的地震事件，发现古河道区域存在强烈的地震动放大效应，结合研究区的地面沉降等地质灾害的分布，认为古河道地区为地震和地质灾害的高风险区。

图1（a） 研究区域的地形。（b） 三角形为地震台站分布。蓝线为钻孔数据的范围。

首先通过对HVSR曲线的波峰进行拾取，得到研究区的基阶频率和振幅的分布。进一步利用研究区的密集钻孔数据，建立了基阶频率与松散沉积物厚度之间的关系，揭示了研究区松散沉积层的厚度分布（图2）。同时识别并勾勒了研究区埋藏的晚更新世古河道分布，这些古河道在垂直剖面上呈现出“V”型或“U”型深谷形态，在水平剖面上则显现为弯曲条带状（图3）。

图2（a） 基阶频率与钻孔实测沉积层厚度的拟合关系。红线是本文的拟合曲线。蓝线是Liang等人（2018）的拟合曲线。（b） 研究区松散沉积物的厚度分布。黑色实线表示断裂。（c）基阶频率的分布统计。（d）松散沉积物厚度的分布统计。

图3（a）识别的古河道空间分布。（b）A1-A2剖面，（c）B1-B2剖面，（d）C1-C2剖面和（e）D1-D2剖面。每个剖面的上部为高程，中间为HVSR曲线，下部为松散沉积物厚度。古河道用箭头标出。

最后，研究团队利用标准频谱比（SSR）方法，分析了地震引起的地震动强度，发现沉积物厚度与地震动之间存在明显的正相关，沉积物厚度越大，震动振幅越强（图4），古河道地区相比基岩场地的放大倍数可达到15-25。结合地质分析与历史软土地面沉降灾害分布，认为古河道地区是研究区地震及地质灾害风险最高的区域，值得相关部门特别关注。研究成果对于评估粤港澳大湾区的地震危险性具有重要意义，为城市建设和防灾减灾提供了基础资料。

图4  S波振幅谱与沉积层厚度的关系。(a)用于地震动分析的地震分布，黑色三角形为密集台阵的位置。(b)近震S波在0.5–10 Hz频段的平均振幅与沉积层厚度的关系。(c)近震S波在0.5–10 Hz频段的平均振幅与震中距离的关系。(d)不同沉积层厚度下，近震S波的平均谱比结果。(e) 不同沉积层厚度下，远震S波的平均谱比结果。

研究成果发表在国际知名学术期刊《Bulletin of the Seismological Society of America》。这项工作得到了国家自然科学基金（U1901602, 42322401）和国家重点研发计划（2023YFC3008602）的资助。

文章相关信息：Cheng Xiong, Yangfan Deng*, Xiuwei Ye, Liwei Wang, Yanxin Zhang, Zuoyong Lv, Xiaona Wang, Xuan Gong, Xiaobo He. 2025. Quaternary Sediment Thicknesses, Paleochannels, and Hazard Assessment Revealed by a 6200‐Station Array in the Guangdong–Hong Kong–Macao Greater Bay Area, South China, https://doi.org/10.1785/0120240214

原文链接：https://doi.org/10.1785/0120240214