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．     

剪切波的多级分裂——概念的提出与初步分析

通过对双层各向异性介质的简单理论推导,提出剪切波多级分裂的概念,对于多层各向异性介质,剪切波分裂的结果显示了一种等效情况,通过几种特殊的双层各向异性模型,讨论了二级分裂剪切波的特征。     

利用多层横波各向异性测量方法计算两层介质的分裂参数

对实际两层各向异性介质,在一层假设条件下利用Silver和Chan（1991）的等效单层各向异性测量方法,以及在两层假设条件下利用剥去法和反演法,计算模型的分裂参数.首先利用理论雷克子波得到经过两层各向异性的观测数据,然后加入噪声之前和之后,分别计算不同反方位角覆盖条件下数据的各向异性,并与理论模型的分裂参数进行比较.结果发现在上层分裂特征已知的基础上,剥去法适用于任何模型,不管是否存在分裂,或者分裂特征在两层中如何分布;而反演法更适用于两层各向异性较强且不同的模型,其结果受噪声和方位角分布的影响.选取不同方位角分布的高信噪比数据,比较剥去法和反演法对下层分裂参数的计算结果,发现当入射方位角在两层快波方向之间时,反演结果比较可靠.最后利用这三种测量各向异性的方法,计算青藏高原东南缘CEArray台站观测到的SKS数据中记录的各向异性.除了云贵高原的台站YN.CUX表现出较明显的两层分裂特征,大部分台站下的岩石圈各向异性呈现一层或者较弱的各向异性.于是针对该台站,用反演法同时对这两层的分裂参数进行估计,上层的结果与接收函数计算的地壳分裂参数一致;下层的结果与剥去法计算的上地幔分裂参数一致,说明反演法同剥去法一样,都能有效的分析具有两层各向异性特征的介质.     

地壳介质剪切波分裂研究的部分进展

剪切波穿过各向异性介质传播时会发生分裂现象,而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。通过剪切波分裂参数可以研究地壳介质的特性、地壳应力状态及应力场的变化,并可用于地震预测。利用地壳介质各向异性特征研究断层性质也是一个新的动向。     

含流体裂缝介质中地震波场数值模拟

油气勘探开发实践证明,裂缝常常是油气藏存储的空间或运移的通道,因此,裂缝各向异性介质中地震波场的研究越来越倍受关注,国内外很多岩石物理学者、地球物理专家等对裂缝信息的描述提出了很多理论认识与方法技术.本文根据Eshelby-Cheng各向异性裂缝介质模型理论,求取各向异性裂缝介质的弹性参数,并建立Eshelby-Cheng各向异性裂缝介质的波动方程,利用时间错格伪谱法对含流体裂缝介质进行数值模拟,模拟结果表明,采用时间错格伪谱法能有效解决各向异性介质的波场传播,利用时间错格有限差分算子替代普通的差分算子来求解时间导数,利用快速傅氏变换求解空间导数,大大提高了正演模拟的计算精度与计算效率.并且与各向同性介质相比,地震波在含流体裂缝各向异性介质中的传播要复杂得多,各向同性介质层中的波是纯的,其横波不会发生分裂,而在各向异性介质层中,横波将发生分裂.     

地壳剪切波分裂研究及地震定位误差对剪切波分裂分析的影响

地壳介质的各向异性主要是由大量充满液体的微裂隙的定向排列引起的, 剪切波穿过这种含有微裂隙的介质时会产生分裂。 剪切波分裂参数与地壳介质的物理性质有关, 与区域应力场有关。 在地壳剪切波分裂研究中, 地震的定位误差对剪切波分裂参数有影响。 本文简单介绍了几种影响定位精度的因素; 并对定位误差特别是深度方向的误差所引起的时间延迟变化进行了讨论, 比较了不同大小的深度误差对归一化后的时间延迟的影响, 定量分析结果显示, 深度定位误差对慢剪切波时间延迟影响很大。 剪切波分裂分析方法有多种, 本文还对不同的剪切波分裂分析方法做了简介。     

中国大陆及邻区上地幔各向异性研究

为了深化对中国大陆及邻区上地幔介质形变强度和方向的空间变化图象、各向异性和剪切波分裂、各向异性以及应变、应变和构造过程关系的认识，我们以剪切波在分层各向异性介质中的传播理论为指导，以分裂剪切波观测为基础，借助数字化地震资料和高分辨率的信号处理技术，给出了对136次地震的分析结果，得到了20个台站下面的上地幔各向异性介质的变形强度和方向的空间变化图象；并结合已有研究结果，对中国大陆及邻区上地幔各向异性特性及其起源问题进行了讨论．      

对常用分裂剪切波识别方法之间的相关性和误差定量评估方法的研究

根据剪切波在各向异性介质中传播特性的理论研究结果,对几种分裂剪切波震相识别方法的相关性进行了理论探讨。在假定噪声和有用信号数据的方差近似于服从正态分布的前提下,给出了客观估计分裂剪切波震相及其可信度的方法。为了说明方法的有效性,列举了一个含噪声的模拟信号,给出了一定信度水平上的识别结果及误差。     

基于深度卷积神经网络的剪切波分裂质量检测

剪切波分裂是分析地震各向异性的一种重要手段,常规方法是利用网格搜索获取分裂参数,再通过不同方法的测量结果对比测量结果进行质量检测,这一过程会耗费大量计算时间。本文针对这一问题提出了一种利用深度卷积神经网络对剪切波分裂进行质量检测的新方法,对使用了Resnet残差结构的深度神经网络进行训练,直接对二分量剪切波波形数据的质量进行分类。整个过程为:神经网络通过卷积层提取波形特征,计算损失函数后反向传播训练模型参数,完成迭代训练后的模型对输入波形数据正向计算自动输出类型。本文利用川西台站接收到的实际数据以及随机生成的合成数据分别对该网络进行训练,均可以获得准确的分类结果。相比于通过多种剪切波分裂方法对比测量结果的质量检测方法,基于神经网络的方法可以省略网格搜索的计算过程直接判断质量类型,在运算速度上的优势明显,并可继续通过训练提高模型的精度,为提升剪切波分裂方法在数据处理过程中的操作效率提供帮助。     

利用多种横波分裂分析方法评估确定各向异性参数

横波分裂分析是探测地球内部各向异性参数的重要方法.但数据的噪声水平、观测方位分布以及介质复杂程度均会影响横波分裂分析结果的稳定性,从而降低最终解的可靠性,甚至影响介质分层情况的判别.本文首先通过一系列理论测试,分析了旋转相关、最小能量和最小特征值三种横波分裂分析方法所得解随噪声水平、观测方位和介质分层情况的变化规律,发现三种方法分析结果既存在相似性也存在差异性;然后提出了利用这种相似性和差异性对最终解进行评估和确定的方案;最后将该方案应用于理论数据和南美实测数据的分析中.分析结果证明本文提出的方案不仅提高了单层或多层中的顶层介质各向异性参数的可靠性,而且可以有效鉴别介质的分层情况(单层或双层).     

正交各向异性介质P波走时分析及Thomsen参数反演

对于包含有垂向裂缝的横向各向同性地层或含有多组正交裂缝的各向同性地层，正交各向异性介质模型是最简单的与实际地层相符的方位各向异性模型.本文对单层水平反射界面正交各向异性模型采用射线追踪法计算了全方位角变化的P波走时，时距曲线表现出强方位各向异性.采用小生境遗传算法，对三条成一定角度的测线的走时信息进行速度和各向异性参数反演.模型算例表明，此方法可以得到高精度的裂缝方位角、P波垂直速度和较高精度的Thomsen各向异性参数.     

东南亚下方核幔边界D″层地震各向异性

本文利用中国国家数字地震台网(CDSN)和国际数字地震台网(FDSN)的宽频带远震资料,采用S和ScS震相剪切波差异分裂方法对东南亚下方核幔边界D″层地震各向异性进行研究.共获得了来自7个深震(400km)的24对高质量的S和ScS剪切波分裂参数,其中S震相的分裂参数与前人上地幔各向异性研究结果十分吻合,表明S震相观测结果反映了观测台站下方的上地幔各向异性.通过对上地幔各向异性校正后的波形数据进行进一步的分裂参数分析,最后得到了24个可靠的ScS剩余各向异性分裂参数.结果显示,在经度107°~112°范围内分裂参数均为空值(Null);而在该经度范围东西两侧区域,主要表现为明显分裂特征.这种分裂参数的分布指示了核幔边界D″层的各向异性特征的区域变化,我们推测这种变化可能与停滞在核幔边界的古特提斯和/或古太平洋俯冲板块相关.     

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.     

基于地壳介质各向异性分析青藏高原东北缘构造应力特征

青藏高原东北缘由于受到多个构造块体的共同约束,表现出复杂的地球物理特性和地质特性,本文利用甘肃数字地震台网(2001-2008年)的观测资料,采用系统分析方法(SAM),进行地壳剪切波分裂分析,获得研究区内18个台站共1005条记录的剪切波分裂参数.研究结果表明,青藏高原东北缘介质各向异性在空间上存在差异,慢剪切波延迟时间表明了地壳介质各向异性的强弱变化特征,快剪切波平均偏振方向则反映了本区区域构造应力的空间变化特征.分析认为,祁连山-河西走廊活动构造区直接受青藏地块与阿拉善地块间相互作用,与青藏地块构造应力一致;甘东南活动构造区的应力环境主要受到内部活动断裂的共同作用,具有局部构造应力的特征.     

裂隙型单斜介质中多方位地面三分量记录模拟

针对裂隙型储集层中更具代表性的各向异性介质模型,即在各向同性背景介质中含有两组斜交的垂直裂隙所构成的单斜各向异性介质模型,利用时间和空间上可达任意阶的高阶交错网格有限差分技术,对具有不同裂隙填充物性质的单斜介质中波的传播快照进行了模拟.结果证实各向异性介质中波的传播速度随传播方向的不同而产生明显的差异;裂隙填充物的性质对于速度各向异性具有很大的影响.另外,利用坐标旋转法,对水平层状各向异性介质中多方位地面三分量记录进行了模拟,结果表明了方位各向异性介质中,波的传播速度不仅随入射角的变化而变化,同时也随观测方位的不同而产生差异.数值模拟结果为进一步利用地面多方位地震属性进行各向异性参数的反演及裂隙参数的描述提供理论基础.     

山东及邻区地壳介质剪切波分裂研究

采用山东地震台网记录到的近场源地震波形数据,基于剪切波分裂研究,获得山东地区多个台站的剪切波分裂参数。研究结果表明,快剪切波偏振优势方向反映了该地区构造应力空间分布特征,CHD台和LIS台显示出两个优势偏振方向,揭示山东地区地壳介质各向异性受到区域背景应力及局部断裂构造的双重制约。     

基于地壳介质各向异性分析山东地区构造应力特征

利用山东地震台网记录到的近场源地震波形数据,基于剪切波分裂研究,获得山东地区多个台站的剪切波分裂参数。研究结果表明,快剪切波偏振优势方向反映了该地区构造应力空间分布特征,CHD台和LIS台显示出2个优势偏振方向,揭示山东地区地壳介质各向异性受到区域背景应力及局部断裂构造的双重制约。     

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.     

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.     

2000年姚安地震余震序列的剪切波分裂研究

2000年1月15日姚安MＳ6.5地震后,云南省地震局在余震区布设的流动数字台网接收到了大量余震序列的数字波形,这为研究姚安地震的性质提供了丰富的资料. 由于剪切波经过上地壳传播时的分裂现象反映了上地壳介质的各向异性,因此在对余震事件进行精确定位的基础上,文中应用互相关系数法计算了余震序列剪切波的分裂参数,并对不同台站和不同区域得到的结果进行了分析讨论. 主要得到以下结论:余震区的平均快波偏振方向受区域应力场控制,与主震最大水平主压应力方向一致;不同台站与不同区域事件的平均快波偏振方向是有差异的,与区域内的构造变化和应力场调整有关;延时大小受多种因素影响,与剪切波传播时经过介质的性质关系密切.