巴黎盆地的VSPs:模拟近点状奇异性剪切波场证实薄互层(或岩性)各向异性和裂隙各向异性聚形的实例

本文研究了巴黎盆地一个井场的多偏移距VSPs剪切波分裂,并证实沉积构造至少必须有正交的各向异性对称,认为引起这种正交对称的最可能的原因是薄互层(或岩性)各向异性和裂隙各向异性的聚形(combination)。过渡带(靠近剪切波点状奇异区(pointsingularities)发生剪切波偏振和时滞的快速变化是造成异常观测波形的原因,观测到剪切波偏振在近点状奇异性处的传播方向上有很大的变化这个结果可能是第一次明确无误地识别出沉积盆地存在着点状奇异性的效应.     

沉积盆地方位各向异性和EDA各向异性的有效作用范围

同时具有一垂直于层理面的对称轴的层理诱发或岩性诱发的方位各向同性和具有一水平对称轴的裂隙诱发的张性扩容(EDA)各向异性被认为是沉积盆地的共性,因而能普遍地观测到剪切波分裂现象。具有圆柱形对称正交轴的两个各向异性的这种横向各向同性的组合导致正交对称,这有两个主要作用:(1)快速分裂剪切波的偏振方向可能不再平行于裂缝或裂隙组的走向,甚至是近垂直传播;(2)这样的正交对称系,必然有许多方向(称之为剪切波点状奇异性),即剪切波显示出扰动或异常特性,或许仍然在近垂直方向.除非能正确地识别构造的不规则性或间断性的效应,否则它们将被错误地解释.相比之下,这种特性的三维几何形态识别,对岩体各向异性的可能组合施加了比较严格的约束.为了解这些现象的几何形态,本文提出剪切波分裂特性的三维模型,它已经对裂隙和层理诱发的各向异性的组合作用范围进行了计算.     

通过测定剪切波分裂反演地下介质各向异性

反演剪切波分裂的特征参数(偏振、延时和微分衰减),可为全波各向异性模拟提供一个好的初始模型的方法,并使最终波形拟合的收敛性得以改善。这是很自然的,因为剪切波对于介质各向异性表现出非常灵敏的非线性特征。这篇文章所要讨论的范围是,由分裂剪切波波形上测得的偏振和延时信息,提供初始模型的细节。由不同的各向异性模型得到的这些参数的三维图像是被考虑的以便研究反演方法的潜在能力。对于如何使震源和检波器布置得最好以提供一个各向异性模型的最佳解提出了指导性意见.研究结果表明,在大多数情况下,仅使用一个方位上的垂直地震剖面(vSP)、反射剖面和跨孔测量分开单独测得偏振或延时.不可能把各种各向异性模型有效地区分开.把偏振和延时测量结合起来,尤其是把不止在一方位上的测量加以组合,能得到比较好的结果.能够分辨的模型参数的类型,主要取决于采集系统的几何设置,而和背景速度结构关系较小.单个模型的参数难于提取,不过.对于某些类型的测量,有些细节部分似乎是(原则上)可以分辨的.vSP最适合于监测裂隙走向,平行的、垂直的和一字形排列的裂隙的密度以及对分层诱发各向异性有贡献的薄互层倾斜角.跨孔实验对于测量裂隙倾角最好.裂隙含量和纵横比的分辨能力主要是由线状奇异性的位置决定的.如果射线的方向与裂隙走向有一个适当的夹角.那么无论是偏移VsP还是改进的跨孔测量,都适用于判断这些性质.沉积盆地裂隙产生的各向异性与母岩各向异性之比.可通过测量小偏移距VSP方法得到的偏振和延时图上点状奇异性的位置来估计.     

黏弹性EDA介质中地震波的传播特征

地球介质基本为黏弹性各向异性介质,研究黏弹性各向异性介质中地震波的传播特征对提高地震勘探精度及准确性有着重要意义.相速度与群速度是认识黏弹性各向异性地震波传播规律的主要参数,对地震数据解释具有重要意义.本文基于特殊分量法,通过求解christoffel方程,推导出黏弹性EDA介质中均匀、非均匀波的精确相速度、慢度和群速度公式,并通过模型计算研究了SH波的相速度特征及其随相角和不均匀参数D的变化规律.结果表明D影响了地震波的相速度大小,但对其方位特性无影响,在EDA介质中相速度随方位角变化的规律仍然可指示介质的对称轴方向和裂隙的走向.     

华北地区地壳上地幔速度各向异性研究

本文介绍面波反演得到的华北地区地壳上地幔速度各向异性分布图像,并与S波分裂的结果作初步的定性比较.不同周期瑞利波群速度的方位各向异性图像呈现显著的横向变化,与华北地区地壳上地幔的构造分块和垂直分层结构有比较密切的联系.在鄂尔多斯和阿拉善等稳定地块中,岩石圈地幔到160 km深度都保持比较一致的显著各向异性;而在发生过岩...     

剪切波在双层方位各向异性介质传播中分裂参数的变化特性

以质元运动方程和应力应变关系为基础建立了各向异性介质的波动方程．从数学上对体波在各向异性介质中的传播进行了严格的数学推导,给出了各向异性介质中三种体波波速与介质弹性常数及波传播方向的数学关系．由此对剪切波在单层和双层弱方位各向异性介质中的分裂行为进行了系统讨论,给出了合成分裂参数、每一层分裂参数与入射剪切波偏振方向的数学表达式．假定每一层分裂参数之后,得到了合成分裂参数随入射方位角变化的合成地震图．研究表明,剪切波在双层各向异性介质中传播时产生的两对分裂剪切波可用一合成分裂因子来描述．由合成分裂因子确定的分裂参数随入射剪切波偏振方向的变化呈现出π／2的变化周期．其结果可用于双层各向异性介质反演研究,对进一步解释板块运移、地幔对流规模、深源地震成因、浅部地震构造及深部力源问题等有参考意义．     

宁夏地区地壳介质地震各向异性特征

利用宁夏台网记录到的横渡窗内的地震事件,获得了宁夏地区地壳各向异性测量结果,并分析了S波分裂快波偏振方向和快、慢波之间时间延迟的时空分布特征.得到宁夏地区的剪切波分裂快波偏振方向或者与区域主压应力场方向平行或准平行,符合EDA机理;或者与区域主要地震构造的走向大体一致,与该区最大主压应力场方向基本垂直.宁夏南部的剪切波...     

各向异性介质中扭转波分裂的初步实验观测

实验室可以产生两种振动模式的横波,一种是剪切振动,另一种是扭转振动.本文利用扭转换能器观测了扭转横波在各向异性样品中的传播特性.实验表明,无偏振方向的扭转波在各向异性介质中会以两种不同速度传播,并出现波的分裂现象,其快慢波的速度值与剪切横波的快慢横波速度一致.用扭转波换能器接收时,快慢扭转波的波形振幅不受各向异性方位影响,表现为无方向性.通过两块不同来源的均匀各向异性样品,用实验观测方式初步揭示了各向异性介质中扭转波的一些传播特征.     

就圣安德列斯断层剖析剪切波分裂

就加利福尼亚Cajon山口深科学钻孔而言,由垂直地震剖面获取了剪切波记录,进而采用各种方法研究了剪切波分裂。这些使用的方法应该允许我们使用一个六角形对称并有一个水平对称轴的系统探测由可能的各向异性产生的(AI)剪切波分裂。对直达剪切波的精心研究后得出的结论是:AI型剪切波分裂观测结果竟然和用常规的观测不到AI型剪切波分裂的简单系统的结果相吻合,没有观测到AI剪切波分裂的原因部分地是由于该区域最大最小主应力的差异太小。因此使裂隙组和微裂隙组在垂向排列上变得很不明显。该区域剪。该区域剪切波的传播和偏振也许更受复杂的地质因素控制而不是受现在应力场的制约.显然。没有检测到AI剪切波分裂并不意味著介质就是各向同性;偏振图提供的剪切波分裂的明显证据表明的是一个高阶的各向异性。     

基于背景噪声研究华北克拉通中部Rayleigh波相速度和方位各向异性

基于中国地震科学台阵探测项目在华北中部布设的306个台站记录的波形数据,利用背景噪声层析成像方法开展了 Rayleigh波相速度和方位各向异性研究.结果显示,短周期的相速度异常及其方位各向异性主要与地表构造相关,盆地表现为低速异常,造山带表现为高速异常,快波方向主要表现为NE-SW向,与断层走向以及构造单元走向一致.在中长周期,山西地堑南北段的相速度异常以及方位各向异性都表现出显著差异.北段表现为大范围的低速异常,而南段则转变为高速异常,北段显著的低速异常可能与第四纪大同火山群的岩浆活动有关,其中心位置随深度的变化可能代表了地幔热物质在地壳内上涌的通道,相速度异常的南北差异可能代表着岩浆活动只在北段比较活跃.方位各向异性在北段较弱且主要表现为NE-SW向,南段的方位各向异性较强且逐渐向E-W向转变.中下地壳对应的面波快波方向与该区域最大压应力方向比较吻合,推测山西地堑的地壳方位各向异性主要受地壳应力场的影响,但北段还受到岩浆活动影响.与前人SKS分裂的结果对比发现,北段的地壳以及上地幔顶部的快波方向与地幔的快波方向不一致,考虑到该区域受岩浆活动影响,面波方位各向异性的来源比较复杂,其壳幔变形模式有待进一步研究.而中南段下地壳以及上地幔表现为稳定的高速异常,其面波快波方向逐渐转变为E-W向,与SKS分裂快波方向大致吻合,符合垂直连贯变形模式.     

含垂直裂解隙PTL介质长波长等效正交各向异性弹性常数

针对PTL介质中存在定向排列的铅垂裂隙系统的组合模型,探讨在长波长情况下其等效正交各向异性弹性常数的计算方法.根据Backus方法并结合Hudson微裂隙理论,推出了PTL与EDA组合之等效正交各向异性弹性常数的计算公式,且在裂隙呈稀疏分布的假设前提下,导出了等效弹性常数的具体计算表达式,并进而用伪谱法对含垂直裂隙PTL介质的弹性波场进行了数值模拟.本文的理论研究及数值计算结果表明:用5个长波长等效PTL弹性常数和3个无量钢的裂隙柔量,就可描述等效正交各向异性介质九个独立的弹性常数.     

辽宁地区地壳及上地幔各向异性初步研究

在地壳中产生各向异性的主要因素是大量充满液体的定向排列的微裂隙,当剪切波穿过这种各向异性介质传播时会分裂为快剪切波和慢剪切波.快剪切波的优势偏振方向与裂隙走向一致,与原地主压应力方向一致;慢剪切波的时间延迟与介质的各向异性程度有关.     

川西地区瑞雷波方位各向异性

本文使用川西密集地震台阵记录的面波资料,利用程函方程面波成像方法获得了周期为14—60 s的瑞雷波相速度及方位各向异性分布。结果显示:川滇菱形地块的川西北地块内部的低速异常明显,其下地壳各向异性快波方向以NS向为主,松潘—甘孜地块内部的低速异常稍弱,下地壳各向异性快波方向以NW?SESE向为主,表明川西北地块可能存在下地壳通道流,松潘—甘孜地块内部存在的通道流相对较弱;龙门山断裂带和丽江—小金河断裂两侧的速度结构和方位各向异性均有明显差异,可推测青藏高原内部的地壳流在东部和南部分别受高速、高强度的四川盆地和滇中地块阻挡,沿高原边界带发生了侧向流动;周期大于25 s的面波方位各向异性方向为NW?SE;与SKS分裂优势方向相近,说明四川盆地的剪切波各向异性可能主要源于上地幔;而龙门山断裂带附近壳幔各向异性较为复杂,面波方位各向异性与SKS分裂的NW?SE向弱各向异性存在差异,表明该处的剪切波各向异性可能来自地幔更深处,有待进一步研究。      

俄克拉何马州Conoco井孔试验室跨井测量和逆垂直地震剖面检测破裂

本文对在俄克拉何马州Conoco井孔试验室的剪切波组合跨井测量(CHSs)和逆垂直地震剖面测量(RVSPs)进行分析以研究剪切波传播和天然裂隙之间的关系。该测量覆盖了全部入射角和入射方位,使其能较为详细地研究破裂诱发的方位各向异性。资料显示出地震各向异性的几种特征即源一检距小于50m,固有时滞达7ms时,剪切波分裂提示有高破裂密度存在。快速剪切波偏振和时滞的估算结果证实了由其它地质的的和水文的观测结果所推断的N75°±10°裂隙走向.CHS资料的分析,包括用合成地震图模拟认为裂隙,至少是优势裂隙组.从垂直方向旋转了20°该研究最重要的成果之一是在CHS剖面上明确无误地确认井间沿界面传播的导波具有足够的速度差.CHSs和RVSPs联合解几乎是评估浅层破裂参数的唯一可能途径.这对于水文调查中研究浅层流体是很重要的.     

秦岭及周边地区瑞雷波方位各向异性

除了使用前人提取的面波频散曲线外, 还从秦岭及周边地区布设的59个宽频流动地震台的数据和中国地震局及各省局台网的数据中筛选出的地震事件波形和台站间噪声互相关格林函数中提取瑞雷波群速度频散曲线. 利用二维面波层析成像反演获得了瑞雷波周期为10—50 s的各向同性群速度及方位各向异性分布. 结果显示: 周期为10 s的各向同性群速度和方位各向异性分布与各构造单元存在明显的对应关系; 周期为10—50 s的面波在四川盆地和鄂尔多斯盆地内的快波方向多为近NS向. 与前人研究结果不同的是, 本文得到的秦岭、 大巴山构造带周期为10—50 s的面波快波方向均与山脉走向近似平行, 且与SKS波分析得到的快波方向一致. 这表明秦岭和大巴山之下整个岩石圈的快波方向都与山脉走向平行, 预示着秦岭和大巴山整个地壳, 甚至岩石圈发生了类似的变形. 由于四川盆地和鄂尔多斯盆地面波快波方向与SKS波结果差别较大, 推测青藏高原隆升扩展对这两个盆地的地壳基本无影响, 但对其岩石圈上地幔却产生了重大影响.      

各向异性介质中剪切波振幅-炮检距比值研究的可行性

剪切波分裂的研究可以取得原生岩体的裂隙走向、裂隙密度、裂隙组及其排列成行的微裂隙群区等其它参数的信息。这类信息对研究储集层特征和其它烃类开采的应用是重要的,裂隙密度通常由剪切波各向异性的百分率导出,百分率是由两分裂剪切波之间的时滞测出的。储集层对可检测出的由它造成的时滞可能太薄,因而在一个储集层内的时滞(和裂隙密度)用传统的反射测量法或垂直地震剖面的走时分析法都可能分辨不出来。研究剪切波振幅一炮检距比值(AvO)技术为的是弄清它们能否提供确定薄油储层各向异性参数更为可行的方法.用简单的双层模型研究具有入射角的反射剪切波振幅的特性,对第二层(代表一储层)内充水裂隙和干裂隙就剪切波各向异性百分率的范围内计算了前切波Avo的变化,为的是弄明白能否用剪切波AvO特征波形提取关于储层特性的特征信息.对于细裂隙,剪切波AVO曲线图形对各向异性和裂隙容积的变化是敏感的.广角偏移距反射资料中有着关于裂隙容积的大部分信息,它可以用于增加采油的跨井监测.剪切波AVO的变化可以被采集系统畸变.关于百分率各向异性的大部分信息都包含在以近垂直入射的反射剪切波的振幅之中.本文回顾了垂直入射反射振幅法,提出了一个简单的编图程序用来确定它们在不同储集环境中使用的可行性.     

用接收函数方法研究华北克拉通中部造山带及其邻域地壳方位各向异性

华北克拉通是中国东部的重要组成部分,近年来众多研究结果表明,华北克拉通东部在中生代以来发生了明显的岩石圈减薄和破坏.深部岩石圈破坏过程必然伴随地壳构造变形.因此,详细的地壳变形信息可为认识华北克拉通东部的破坏过程和方式提供基本观测依据.文章采用远震接收函数集约束地壳方位各向异性结构的方法,对华北克拉通198个流动地震台站的莫霍面Ps转换波进行谐波分析,获得了其中23个台站下方稳定可靠的地壳平均方位各向异性结构信息,并进一步分析判断了这些台站所在的渤海湾盆地边缘、阴山-燕山造山带及太行山地区的地壳变形特征.研究结果显示,华北克拉通中部造山带邻域台站下方地壳的S波快慢波分裂时间从0.05到0.68s不等,平均值为0.23s,说明在研究区域存在明显的地壳方位各向异性.分析认为,华北克拉通破坏峰期中国东部强烈的NW-SE向伸展变形事件对该区域地壳方位各向异性的贡献很大.除此以外,渤海湾盆地边缘台站下方近E-W向的快波方向,说明该区域可能还受到ENE-WSW方向的现今地壳最大水平主压应力场的作用;阴山-燕山构造带附近地壳各向异性特征还受到侏罗纪到早白垩世多期主要为N-S向的缩短变形运动的影响;太行山地区的台站分裂时间较大,快波方向呈现一致的NW-SE向,与远震SKS波分裂方法得到的快波方向的一致性较好,推测该区域地壳变形可能主要与晚中生代到新生代以来的岩石圈改造和上地幔物质底侵有关.     

喜马拉雅东构造结及周边地区地壳各向异性特征

利用喜马拉雅东构造结及周边地区的48个宽频带地震台站记录的远震波形数据,通过Pms波分裂测量得到了 295对地壳各向异性横波分裂参数,获得了研究区的地壳各向异性图像.喜马拉雅东构造结的快波偏振方向主要为NE-SW方向,周边地区的快波偏振方向呈现出绕东构造结顺时针旋转的趋势.Pms波分裂的慢波延迟时间范围为0.11～0.30 s,平均值为0.24 s.对比分析研究区内Pms波分裂、近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的结果发现,上地壳各向异性对Pms波分裂影响有限,地壳各向异性主要来自于中下地壳矿物和熔体的定向排列;地壳各向异性对SKS波分裂影响较小,SKS波分裂主要反映了上地幔的各向异性特征;Pms波分裂的快波偏振方向与近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的快波偏振方向表现出较好的一致性,并且与地表构造和变形特征具有较好的相关性,反映了喜马拉雅东构造结及周边地区的岩石圈变形可能为垂直连贯变形模式.     

鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳各向异性特征

本研究使用内蒙古自治区数字测震台网2010年1月至2017年10月区域小地震的波形记录资料,采用SAM方法,进行了地壳剪切波分裂的分析,得到鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳介质地震各向异性的初步研究结果.根据15个台站161个有效地震记录的分析,鄂尔多斯块体北缘与西缘地区的快剪切波平均偏振方向为NE44.4°±38.4°,慢剪切波平均时间延迟为1.7±1.6ms·km~(-1).研究区域的快剪切波偏振显示出两个优势方向,一个是NE方向,另一个是近NS方向.区内的逆冲凸起与走滑正倾断层构造对剪切波分裂产生了直接的影响,造成了剪切波分裂参数的复杂分布,反映了剪切波分裂参数受到区域应力和构造共同作用的影响.鄂尔多斯块体北缘的快波偏振特征有NE和近NS两个优势偏振方向,其东区与西区的快剪切波偏振表现出明显不同的特征.东区的第一快剪切波优势偏振方向为NE,第二快剪切波优势偏振方向为近NS;西区的第一快剪切波优势偏振方向为近EW,第二快剪切波优势偏振方向为近NS.鄂尔多斯块体北缘的区域背景主压应力方向可能总体上为近NS方向,但空间分布有差异,东区NE方向的优势偏振与西区近EW方向的优势偏振更可能反映了断裂与构造的影响.鄂尔多斯块体西缘的快剪切波偏振特征显示出非常清楚的NE向的优势偏振方向,近NS向的优势偏振方向则不太明显,反映出该地区复杂构造对各向异性分布的影响.慢波时间延迟呈现出西低东高的特点,时间延迟的高值出现在鄂尔多斯块体北缘的东部,时间延迟的这种西低东高的各向异性强度变化,可能反映了区域构造活动西强东弱的特性.     

任意各向异性介质相(群)速度的计算

反映弹性波在各向异性介质中传播特性的两个基础的物理量是相速度和群速度.本文在总结前人工作的基础上,提出任意各向异性介质相(群)速度的计算方案:首先推导各自计算公式,其次考虑剪切波奇点的特殊性,再次令其遵循相应约束条件,最后,采用三个计算实例检验该方案的正确性和有效性.通过对计算结果的分析以及各向异性理论预测可以加深对各向异性特有性质(如剪切波奇点、群速度多值性)的理解,有助于增强我们对任意各向异性理论的基本认识.