微动探测技术在隧道工程勘察中的应用

微动探测技术是一种天然源面波勘探方法,具有绿色环保、探测效率高、抗干扰性强等特点,在工程勘察中应用越来越广泛。本文以隧道勘察为例,通过布置“一”字型台阵采集微动数据,借助ESPAC法提取微动数据的面波频散曲线,通过对面波频散曲线进一步反演,获取地层的速度结构,划分隧道围岩类别。结果表明,微动探测技术在隧道勘察中具有一定效果和实际应用价值。     

微动物探方法探测采空区

采空区探测通常采用瞬变电磁法与地震勘探方法,前者采用人工电场,后者采用人工震源,但二者施工难度大,数据采集也困难.微动探测是从台阵微动记录的垂直分量中提取瑞利波相速度频散曲线,再通过对频散曲线的反演估算地下介质S波速度,利用其低速异常解释采空区.以铜川东坡煤矿某区的探测为例,在煤层埋深50m左右、微动探测深度100m的情况下,即解释的采空区与地面电法解释的结果高度一致.     

Rayleigh面波各阶模式频散曲线对横波速度和层厚的敏感性探讨

Rayleigh面波勘探的目的在于有效利用频散曲线反演地层厚度及横波速度,而不同模式的频散曲线对横波速度和层厚的敏感性不同。通过求取介质参数变化10%后与参数不变化时的二组频散曲线的差值,得到各阶模式的频率～相速度差曲线,分析了Rayleigh面波各模式频散曲线对横波速度、层厚的敏感性。试验结果表明,基阶模式对于浅层的横波速度和层厚比较敏感,敏感区域主要集中在较窄的频带范围内。而高阶模式对于相对较深层的横波速度和层厚比较敏感,且频率范围分布较大,敏感性强的频段分布比较分散。研究结果可以为Rayleigh面波多模式联合反演提供理论依据。     

密集线性台阵地震背景噪声速度成像及其在湖南沃溪金钨锑矿勘探中的应用

多道面波分析技术在近地表勘探领域有着广泛应用,准确的提取频散曲线成为面波勘探成像的关键。文章介绍了一种新的地震背景噪声互相关面波频散成像方法——拓距相移法。该方法在传统相移法的基础上,利用阵内相移对小孔径范围的面波中高频信号进行提取,并利用阵外相移对大孔径范围的面波中低频信号进行提取,然后将两部分频散曲线融合从而得到更宽频带的面波频散曲线用于地下速度结构的反演。该方法在保证对近地表结构进行较高分辨率成像的同时,大大增加对深部结构的有效约束。2019年9月到10月期间,作者在湖南沃溪布设了8条密集测线,进行了1个月的地震背景噪声数据采集,并利用上述拓距相移法提取了0.1~2 s的瑞利面波宽频带相速度频散曲线。通过初步反演其中3条测线的背景噪声数据,获得了该矿区深度2.5 km以浅的地震横波速度结构。经与已知地质资料比对,160测线的地震横波速度反演结果与断层、岩性分界面及矿脉有着较好的对应关系,表明获得的沃溪矿区地震横波速度结构较好地反映了控矿构造、岩性分界以及矿体的分布位置等信息,为该区中—深部找矿提供了重要依据。该研究利用实际数据检验了拓距相移法的有效性,为今后深部找矿提供了一个有效的高精度成像方法。     

基于Python语言的瑞利面波频散反演实行方案

本文基于Python语言构建了瑞利面波频散反演工作流程：(1)通过pysurf96软件包实现水平层状模型的频散曲线正演;(2)建立描述频散曲线拟合度的目标函数;(3)利用scikit-opt软件包中的启发式算法实现频散曲线反演。提出并解决了调用函数过程中所遇到的问题,实验测试表明反演结果可靠,同时具备一定的计算效率。由此实现了搭建基于Python语言的面波频散反演地下层状结构研究平台,为其他研究者依靠开源软件进行反演运算提供了方法支持。最后,通过利用彭一波研究海拉尔盆地背景噪声时提取的频散曲线对地壳以及上地幔结构进行了反演,得到不错的效果。     

利用瑞雷波法评价既有铁路路基

根据瑞雷波频散相速度能够反演地层的剪切波速度结构 ,瑞雷波的特性使得瑞雷波法具有良好的场地适应性 ,在望京至和平里的既有铁路路基探测中 ,结合反射波法的CDP技术和瑞雷波谱分析技术 ,获得了 2 -D剪切波速度剖面 ,根据剪切波速度与轻型动力触探击数的一致性 ,从而能够在垂直和水平两个方向上对铁路路基进行评价     

频率-贝塞尔变换方法在巢湖滩涂浅层勘探上的应用

目前常用的基于背景噪声的面波方法反演地下速度结构,存在频率范围较低,对浅部不够敏感,无法有效提取高阶面波频散曲线的缺点。研究表明,高阶面波包含丰富的地下介质结构信息,在反演时加入高阶提供更多的约束,可降低反演非唯一性,提高反演结果准确性。这里用频率-贝塞尔变换方法对从安徽巢湖滩涂采集到的背景噪声数据进行处理,并使用拟牛顿法进行反演。对比了只用基阶频散信息和基阶、1阶频散曲线联合反演两种情况,结果表明,在结合了1阶频散信息后,得到了更为准确的浅部速度结构,说明频率-贝塞尔变换方法在浅层勘探中的应用是行之有效的。     

煤层中瑞利型槽波的频散特性

频散是槽波的最大的特征,基于此推导三层对称模型的瑞利型槽波的频散特征方程并绘制出频散曲线,对频散曲线进行研究,讨论地层参数与埃里相频率的关系(影响频散的因素)。通过研究表明,利用已知频散曲线可以进行地层厚度、速度等参数的反演和估算。     

软弱夹层底层速度对瑞利面波频散曲线的影响

文章利用快速标量传递算法进行瑞利面波频散曲线的正演计算,系统研究软弱夹层底层速度对瑞利面波频散曲线的影响,分析和总结了频率与相速度(f-c)、频率与波数(f-k)、深度与相速度(h-c)等瑞利面波基阶模曲线随软弱夹层底层速度变化的规律.     

软弱夹层速度对瑞利面波频散曲线的影响

文章以弹性波横波速度为参数,利用瑞利面波频散曲线的快速标量传递算法进行正演模拟计算,系统研究软弱层速度对瑞利面波基阶模频散曲线的影响,分析和总结了频率与相速度（f-c）、频率与波数（f-k）、深度与相速度（h—c）等瑞利面波基阶模曲线随软弱层速度变化的规律。     

多模式面波非线性反演

利用高频面波反演横波速度一直是浅地表地震工程研究的热点。为深入认识利用高频面波（瑞雷波和勒夫波）评价横波速度的能力,本文首先采取高阶交错网格有限差分法实现两层模型的瑞雷波和勒夫波数值模拟,并应用τ-p变换形成频散能量图。相比瑞雷波,不同模式的勒夫波频散能量很接近,这说明易于实现多模式勒夫波反演。然后利用线性映射实现广义模式识别这种非线性反演方法对含软弱夹层的四层模型的基模式、多模式瑞雷波和勒夫波的变厚度反演。若初始模型很拙劣,相比勒夫波,瑞雷波基模式反演不能重建地层中含有软弱夹层这一特征,瑞雷波多模式反演则可以重建这一特征;勒夫波基模式和多模式反演都可以重建这一特征。即使在地层的泊松比与估计值相差很大时,瑞雷波多模式反演仍能重建地层结构,但其频散曲线总是存在"模式接吻"现象,容易模式误判;而勒夫波反演则不用估计地层泊松比,也不存在"模式接吻"现象。一系列算例表明：高模式瑞雷波的加入会显著提高横波速度评价结果的精度;而高模式勒夫波的加入会令反演系统对半空间以上异常层的参数过于敏感,造成参数过度估计,但也会显著提升对半空间横波速度的评价能力。最后,应用本文方法实现了对实测勒夫波数据的分析。     

交通荷载作用下地基中Love波的传播特性

Love波的传播特性对动力响应和工程勘探都具有重要意义。运用解析法建立了交通荷载作用下双层地基中Love波的特征方程和位移表达式,并对方程进行了求解,得到了不同交通荷载情况下地基中Love波的弥散特性和位移分布情况。结果表明,交通荷载作用下Love表面波的传播速度不仅与土层的剪切波速度有关,而且与土层的压缩波速度有关。     

Single-station ellipticity retrieval and its joint inversion with dispersion curve,for a borehole test site

To obtain the shear wave velocity profile for engineering application to near-subsurface, many geophysical techniques are used. The dispersion curve alone is unable to provide deeper shear wave velocity information for deep soil deposit; therefore, a joint inversion of dispersion curves with the horizontal over vertical (H/V) (i.e., apparently ellipticity) curve is recommended. The H/V curve obtained from the microtremor recording contains a major part of Love wave contribution to the noise wavefield horizontal component. Due to this presence of Love wave fraction, the H/V curve does not completely replicate the ellipticity of Rayleigh wave. In this study, we try to compare the Rayleigh wave ellipticity obtained from the borehole velocity model to the H/V curve obtained at the same locality from seismic ambient noise recording. Two different techniques available for the Love effect minimization are tested and compared with the borehole ellipticity. Finally, the joint inversion of H/V and dispersion curve is made, which shows great correspondence with the previous measurement at the site.     

表层土剪切波速的不确定性对地表设计谱平台值的影响

土层剪切波速对地表反应谱有重要的影响。选取构建了不同场地类别的235个场地地震反应模型,人工合成了12条强弱及频谱特性不同的加速度时程,运用一维土层地震反应的等效线性化波动方法,研究了不同地震动输入下表层土剪切波速的不确定性对设计谱平台值的影响,统计给出了表层土剪切波速的变异率与地表设计反应谱平台值间的经验公式。结果表明:地表设计反应谱平台值与表层土剪切波速的变异率呈负相关关系,即随表层土剪切波速变异率的增大而减小;不同地震波输入条件下各类场地类别地表设计谱平台高度与表层土剪切波速变异率的数学模型为一阶指数函数。     

声波测井技术在场地勘察及地震安评中的应用

声波测井属于地震勘探,也是原位测试技术,依据激发接收装置的不同分类也不同,目前广泛使用的是单孔检层法。这里对声波测井技术原理进行了详细说明,震源设置、测试方法和资料处理也较为详细地介绍说明,通过锤击的方式可以获取反相的剪切波记录,利用初至的时间差异,可以求取每层的剪切波速,进而获取等效剪切波速,为场地类别划分、动力学参数和卓越周期的求取提供数据,并通过实例进行了实际应用,该方法有待于进一步完善和发展。     

Propagation of Love wave in fiber‐reinforced medium lying over an initially stressed orthotropic half‐space

In this paper, the propagation of Love waves in a fiber‐reinforced layered medium lying over an elastic orthotropic half‐space under initial stress has been investigated. We have obtained the velocity equations for Love wave in this media. It is observed that propagation of Love wave is influenced by reinforced parameters and initial stressed parameter. The velocity of Love wave has been computed for three different cases. Our computed equation of Love wave coincides with the standard equation of Love wave for the case of homogeneous layer and homogeneous half‐space (AEH Love, 1911). To study the effect of reinforced and initial stressed parameters, we have computed the numerical values for phase velocity and plotted in several figures. It is observed that the phase velocity decreases with the increases of reinforced parameters and initial stressed parameter. Using MATLAB software, GUI has been developed to generalize the effect of various parameters. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

vp/vs Estimation in Tibetan Crust From Inversion of Surface Wave Dispersions

v_p/v_s ESTIMATION IN TIBETAN CRUST FROM INVERSION OF SURFACE WAVE DISPERSIONS     

基于土层常规参数的剪切波速液化概率计算公式

分析国际上现有液化场地剪切波速473组数据进行参数特征后,以此为基础,采用分区方法,利用成熟的Logistic模型,提出了以地表峰值加速度、剪切波速、地下水位、可液化层埋深等4个参数表达的土体液化概率计算公式和不同概率下液化临界值计算公式,研究了不同概率水平下公式的适用性,并与现有主要方法进行比较。研究表明:地震动强度为液化判别首要影响参数,液化层与非液化层剪切波速区分度不显著,采用以往一个公式构造液化判别公式的方式难以要达到基本要求;现有Andrus公式和石兆吉公式会将很多明显为非液化的场地误判为液化场地,违背了现有认识,达到了不可接受的程度,需要改进。文中公式取50%概率时液化点和非液化点回判成功率符合对等原则,不同烈度下成功率均在70%左右;总体看,公式表现良好,可为中国工程建设提供一个合理、可操作性强的剪切波速液化概率判别方法。     

Shear wave propagation in granular assemblies

Shear wave velocity is a fundamental property of a granular assembly. It is a measure of the true elastic stiffness of a bulk specimen of discrete grains. Shear wave velocity is typically measured in the laboratory (e.g., using bender elements) or in-situ (e.g., using a seismic cone penetrometer, sCPT). In the current work, shear wave propagation is modeled numerically using the discrete element method (DEM). First, an appropriate method for measuring wave velocity is identified. Then the effects of particle size and elastic properties are investigated. Specimen fabric is then quantified before and after wave excitation and the elasticity of the response at the scale of the particle contacts is investigated. The results show that shear wave velocity may be robustly measured for discrete numerical specimens. The ability to measure shear wave velocity using DEM simulations may provide another tool for researchers seeking to link results from physical and numerical experiments.     

S-wave velocity images of the Dead Sea Basin provided by ambient seismic noise

Based on passive seismic interferometry applied to ambient seismic noise recordings between station pairs belonging to a small-scale array, we have obtained shear wave velocity images of the uppermost materials that make up the Dead Sea Basin. We extracted empirical Green’s functions from cross-correlations of long-term recordings of continuous data, and measured inter-station Rayleigh wave group velocities from the daily correlation functions for positive and negative correlation time lags in the 0.1–0.5 Hz bandwidth. A tomographic inversion of the travel times estimated for each frequency is performed, allowing the laterally varying 3-D surface wave velocity structure below the array to be retrieved. Subsequently, the velocity-frequency curves are inverted to obtain S-wave velocity images of the study area as horizontal depth sections and longitude- and latitude-depth sections. The results, which are consistent with other previous ones, provide clear images of the local seismic velocity structure of the basin. Low shear velocities are dominant at shallow depths above 3.5 km, but even so a spit of land with a depth that does not exceed 4 km is identified as a salt diapir separating the low velocities associated with sedimentary infill on both sides of the Lisan Peninsula. The lack of low speeds at the sampling depth of 11.5 km implies that there are no sediments and therefore that the basement is near 10–11 km depth, but gradually decreasing from south to north. The results also highlight the bowl-shaped basin with poorly consolidated sedimentary materials accumulated in the central part of the basin. The structure of the western margin of the basin evidences a certain asymmetry both whether it is compared to the eastern margin and it is observed in north–south direction. Infill materials down to ∼8 km depth are observed in the hollow of the basin, unlike what happens in the north and south where they are spread beyond the western Dead Sea shore.