基于CPML边界条件的水下地质雷达数值模拟

水下的地质雷达探测与常规的地质雷达探测具有显著的不同点。文中对CPML吸收边界条件的公式进行推导,并通过数值模拟对均匀介质以及非均匀介质中吸收边界条件的吸收效果进行了验证,数值模拟的波场快照证明了CPML吸收边界条件在水下的地质雷达数值模拟中具有很好的吸收效果。通过对水平层状介质模型以及倾斜层状介质模型开展数值模拟,并结合实际探测的雷达图像,证明地质雷达对于水下地层的探测能够取得良好的效果;通过对空洞体位于不同深度时的数值模拟,证明了地质雷达对于水下的空洞探测也能对其位置及规模进行较为准确的判断。这为水下地质灾害的探测提供了理论依据及指导。     

蘑菇状火山岩模型的二维地震正演模拟分析

为了研究蘑菇状火山岩储层的地震响应特征,根据地质资料构建蘑菇状火山岩地质模型,分别采用物理模拟和数值模拟方法对蘑菇状火山岩模型进行正演模拟。结果表明,蘑菇状火山岩的地震响应特征总体趋势一致,即火山岩上部外形为蘑菇头状,与其结构形态类似;火山岩下部产生"蘑菇无根"现象,在细节上存在差异。物理模拟方法得到的地震波信息更加丰富,且在模拟过程中地震波的传播方式更符合地下实际情况;数值模拟方法没有噪音干扰,资料品质好,且可以得到波场快照信息。两种正演模拟方法具有互补性,为研究复杂地质情况下的火山岩地震响应特征提供更好的支持。     

基于正交贴体网格的VTI介质地震波数值模拟

为了解决规则网格有限差分法在处理起伏地表自由边界条件时需进行复杂坐标转换和插值运算的问题,以及对起伏地表进行阶梯状离散近似所产生的虚假散射波问题,将计算流体力学中的正交贴体网格生成技术引入到起伏地表下VTI介质的网格剖分中,采用基于同位网格的DRP/opt MacCormack有限差分法模拟起伏地表下VTI介质中的地震波场。网格的正交性使实施自由边界条件时无需做复杂的坐标转换和插值运算。数值算例表明,本文提出的网格剖分法能够有效消除阶梯状网格产生的虚假散射波,从而提高起伏地表下VTI介质地震波数值模拟精度。     

有限元法与伪谱法混合求解弹性波动方程

在地震波场数值模拟中,有限差分法、有限元法和伪谱法都是常用的基本方法,但它们各有不同的适应性和优缺点,如有限差分法、有限元法都存在减弱网格频散和提高计算效率的矛盾,而伪谱法的网格频散小且计算效率高.有限差分法和伪谱法在处理地表结构复杂或地表剧烈起伏以及地下结构复杂的情况时存在较大的难度,而有限元法可较为理想地拟合起伏地表和任意弯曲界面,且可方便地处理自由边界条件和界面边界条件.尝试将有限元法和伪谱法相结合,形成地震波场数值模拟的一种混合方法,利用二者的优点,克服二者的缺点,达到既减弱网格频散又提高计算精度和效率的目的.并采用所谓的‘过度区域‘技术解决两种不同算法的衔接问题.模拟实例表明,给出的混合模拟方法不失为弹性波场数值模拟的一种有效方法.     

地震勘探全波形反演的应用与发展分析

本文首先对20世纪80年代发展起来的全波形反演应用及其在勘探地球物理领域的发展进行了分析;其次,面对定量化、精细化的地震勘探要求,提出了将地震勘探全波形反演与其他数据处理环节或处理技术相结合的研究设想,并展望了全波形反演的发展趋势;最后,论述了全波形反演研究中地震波场数值模拟、反演初始速度模型获取、目标函数形式选择、寻优算法启用及各向异性介质中的应用等关键问题,并总结了通过Laplace域的全波形反演获取反演初始速度模型、结合射线追踪并充分发挥并行计算之于波动方程方法来模拟地震波场的巨大优势,及灵活选用反演目标函数形式和寻优算法更新速度模型参数来加快全波形反演方法的实用化进程。     

多波波场分离的τ~p频域变换方法及影响因素分析

多波多分量地震勘探技术近年逐渐发展,但多波记录中各种波场混杂交叠,处理和利用这些信息较困难,所以需要对地震记录中的各类波形进行分离处理。使用有限差分波动方程数值模型进行时间域τ-p变换与频率域τ~p变换的对比,采用了不同模型进行多波波场分离尝试并对τ-p变换中出现的问题进行了讨论和参数比较。证实了频率域中τ-p变换算法在提高计算速度的基础上能够更好地保持τ-p域形态收敛和能量聚集,有效地将t-x域内的复杂波形分离开来并进行波形提取;加高斯窗边界处理可以抑制τ-p变换中出现的端点效应和截断效应,但对于记录数据恢复有影响;延伸外加边界加窗及反加窗可以保证边界能量恢复效果,减少实际信息损失,取得更好的波场分离效果;同时讨论了τ-p变换过程中需要根据记录确定范围的参数,对这些参数的范围选取原则以及影响因素作出了比较和分析,为后续处理及其他研究者的使用提供参考意见。      

面波频散反演的数值模拟

大量的数值模拟表明,SVD和LSQRD在面波频散网格反演两步法中的应用效果都很好.但SVD可以用分辨矩阵、信息矩阵和协方差矩阵对解估计进行数学上客观有效的评价;而对于大型稀疏方程组的求解,LSQRD确是一种内存需求小、计算速度快以及分辨抗噪能力都较强的算法 .在现有计算机运算速度较快、内存可以扩充较大的条件下,实测数据量不很大时,应采用SVD算法进行线性反演.     

地铁隧道地表变形小波去噪及灰色-时序组合预测模型研究

以青岛地铁3号线地表变形横向观测线实测数据为例,开展小波去噪及时序组合预测模型的研究。首先,采用小波理论对观测值进行粗差剔除与去噪处理,根据均方误差最低、信噪比最高的原则,证实dmey小波1层分解、rigrsure软阈值小波去噪方法是最优的。其次,给出地铁隧道地表变形灰色-时序组合预测模型表达式,选用等维新息GM(1,1)模型和残差时间序列模型进行地表变形叠合预测。最后,通过小波去噪后时间序列预测模型、小波去噪前灰色-时序组合预测模型、小波去噪后灰色-时序组合预测模型进行计算分析,结果表明小波去噪后灰色-时序组合模型预测精度最高,并分析了各模型预测精度差别的成因。     

利用濮阳地震集中区丛集地震P波走时差观测地壳介质的微动态变化

基于地震波及震相到时数据,经地震精定位及震中位置归一处理,给出了冀鲁豫交界地区地壳介质的微动态变化过程.结果显示,该区中等地震前部分台站记录丛集地震P波走时差滑动平均值出现中短期负异常,即地壳介质速度升高,显示出不同方位地壳介质承压状态存在差异.     

沂沭断裂带深反射地震资料处理

地震时间剖面可以对地质目标进行精细刻画,但由于变质岩、侵入岩地区存在地质体不规则、地质界线间波阻抗差异不明显、断裂构造倾角高陡等特征,导致地震原始资料具有波场复杂、干扰波发育、资料信噪比低等特点。为获得客观反应实际地质情况的沂沭断裂带深反射地震剖面,通过对研究区原始地震资料细致分析,针对各种干扰波的不同特性特征,分别采取针对性压制措施,进行组合去噪,在压制干扰的同时最大限度保护了有效信号。本次地震资料处理以高保真和高信噪比为目标,通过边处理边解释不断优化处理流程和处理参数。在处理过程中对静校正、叠前去噪、速度场建立以及波场空间归位等关键工作进行了重点研究,最终获得了高品质地震叠加和偏移时间剖面。反射剖面首次揭示了沂沭断裂带及其两侧岩石圈精细结构,为研究沂沭断裂带深部结构及对资源、环境的影响提供了可靠的地震学依据。     

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青藏高原东南缘壳幔耦合强震孕育模型研究

结合青藏高原东南缘软弱带的分布及地震活动性的深度空间特征，提出强震孕育的壳幔耦合模型。利用中国国家数字地震台网和四川云南区域数字地震台网及布设在青藏高原东南缘的地震台站所记录的远震SKS波形资料，通过剪切波分裂得出上地幔各向异性结果数据，描绘出青藏高原东南缘的上地幔各向异性图像；再分别同该地区GPS观测的速度场数据、区域构造应力场数据和13 km深度的介质密度数据进行相关性处理与分析，并针对本文提出的孕震模型进行一定程度的验证。对形变场和应力场耦合特征的研究表明，各向异性的快慢波时间延迟、快波偏振方向总体分别与GPS 测量的地壳运动速度场方向变化和水平最大应力方向相关性较大，壳幔各圈层相互作用及软流圈的流动所展示的地震各向异性都与应力传递机制息息相关。通过相关分析可以得到壳内软弱带（低速高导体）在壳幔耦合运动研究中的关键作用，而该类耦合运动与地震孕育息息相关。     

综合物探方法在栖霞中桥地区溶洞塌陷地质灾害调查中的应用

该文论述了在溶洞引发的地面塌陷地质灾害调查中,应用高密度电法、瞬变电磁法、地震频率谐振法进行综合物探勘查的效果,根据本区第四纪地层、灰岩及溶洞充填物质的物性差异,分析研究了岩溶溶洞及塌陷区的物探异常分布特征,并结合钻探验证,有效圈定了调查区岩溶溶洞及地表塌陷区的分布范围,为地质灾害调查与防治提供了科学依据。结合本次综合物探勘查效果,分析了高密度电法、瞬变电磁法及地震频率谐振法在探测溶洞及塌陷区的有效性及局限性。     

黑龙江地区上地幔各向异性研究

采用黑龙江数字地震台网2012-01～2014-07间23个宽频带地震台站记录的远震SKS波形资料,利用Splitlab 软件对黑龙江地区进行剪切波分裂的分析研究,使用最小能量法、旋转相关法和最小特征值法计算所有观测台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的延迟时间,最终得到黑龙江省上地幔各向异性图像。结果显示,黑龙江地区上地幔地震各向异性比较明显,快波偏振方向与主张应力方向基本一致,与GPS得出的速度场方向相符,说明该地区的壳幔耦合可能存在垂直连贯性。     

PS测井在机场隧道地基勘查中的应用

PS测井技术是地震勘探方法之一,也是一种简便、快速、准确的原位测试技术。该文介绍了单孔法PS测井的原理及其在铁路工程勘察中的应用,主要包括根据等效剪切波,进行建筑抗震场地类别划分,铁路工程抗震场地类别划分。根据岩土动力学参数,达到评价岩体质量和划分围岩类别目的,利用剪切波速法估算岩土的承载力基本值。通过青岛机场隧道场地的工程实例说明了PS测井技术在岩土工程勘察设计中的应用情况及应用效果。     

基于PCA的井间地震偏振分析方法及其应用

基于主成分分析(principal component analysis, PCA)方法构建理论模型进行三分量地震偏振分析试算,获得较准确的检波器的水平方位角和垂直倾角,然后对地震响应进行坐标旋转,从而校正检波器方向。将该方法应用于跨孔井间弹性波波速测试,对实测资料进行偏振分析可知,初至P波与初至S波分别在H_P分量和R分量中得到加强,不仅有利于初至起跳的拾取,还可以获得较准确的波速资料,为岩土工程设计提供更精确的动力学参数。     

Research on ray tracing in VTI medium based on different models

The study on seismic anisotropy is one of the difficult problems in the field of geophysics nowadays.As a method of ray theory,the seismic anisotropy ray tracing is an important means to study the anisotropic seismic wave propagation. The traditional ray tracing system formulated in terms of elastic parameters in the anisotropy is more complicated than that in the isotropic case. Considering the difficulty,a kind of ray tracing system formulated in terms of phase velocity and group velocity is introduced. The new method is similar to the expressions for isotropic media,and avoids the trouble of determining the eigenvalue vector at each time. Besides the ray tracing numerical simulation of different models of vertical transversely isotropic( VTI) medium is carried out,in order to verify the accuracy and applicability of the method and further study the characteristics of wave field propagation in different VTI mediums. The study is certainly valuable in reference for later processing of the anisotropic seismic data.     

茅山断裂带及邻区精细速度结构的双差层析成像研究

选取2008~2018年茅山断裂带及周边82个测震台站记录到的516个近震Pg、Sg到时数据,采用双差地震层析成像方法对茅山断裂带及邻区进行地震重定位和三维P波速度结构的联合反演,并分析溧阳历史上两次破坏性地震与速度结构的关系。结果表明,地震重定位后残差显著降低,研究区大部分地区横向分辨率可达0.2°。P波的速度结构横向差异变化比较明显,反演后的速度与初始速度模型之间的变化率基本在±10%左右。茅山断裂带两端呈现高速特征,中段表现为低速结构。溧阳震源区1974年MS5.5地震发生在深变质岩系内的低速层上,而1979年MS6.0地震发生在深变质岩系与浅变质岩系边界上,这两次地震的发震原因可能与具有塑性流变特性的低速体和速度梯度较大的转换复合位置容易产生应力集中有关。     

秦岭-大别及邻区S波速度及其在秭归地震定位中的应用

在秦岭-大别造山带及邻区背景噪声相速度成像的基础上，用近邻算法反演得到深度6～38 km范围内的S波速度分布图像。依据S波速度结构建立湖北分区速度模型，并将该模型应用到2017-02-23秭归3.8级地震和06-16秭归4.3级地震定位中。结果显示，分区模型得到的总体平均误差比一维模型的更小，与三峡台网定位结果相比分区模型得到的定位结果偏差也更小。