南海东北部东沙海域海水层反射特征分析

本文基于对南海东北部东沙海域近期采集的多道反射地震资料进行重新处理获得新的地震海洋学数据,分析了该海域内孤立波/内孤立波包、沙丘上方和陡坎附近特殊反射结构特征,从而提供了新的海水层与海底相互作用依据.研究结果表明,除之前已发表文章中地震海洋学资料显示存在的第一模态内孤立波/波包和沙丘上方常见的反射样式-披毛状发射外,地震海洋学资料上还发现了第二模态内孤立波、陡坎上方的上抬型波动反射结构样式.在新的地震海洋学数据中,第一模态内孤立波振幅均小于50 m,宽度上都小于5 km,单个内孤立波的最大振幅约为45 m.内孤立波包的内孤立波振幅都相对较小,均小于40 m,并且与之前不同的是,彼此之间振幅相差不大,没有明显的排列规律.此次地震海洋学数据记录到的第二模态内孤立波,形态较为完整,上层和下层反射的振幅相差不大,在30 m左右;中间层大约在水深130 m位置处,垂向结构的整体大小大于200 m.沙丘上方反射结构普遍存在弱反射层,可能是湍流边界层,并且存在特殊反射样式-披毛状反射.但并不是沙丘上方都存在披毛状反射样式,本文分析它出现在地震海洋学资料上可能是受测线与沙丘走向之间夹角的影响.陡坎区域的水层反射结构则表现为上抬型波动,并常常伴随着同相轴连续性的变化.该波动的大小及反射同相轴的连续性可能取决于陡坎的高度/坡度及水层动力的强度,新数据中出现的一个上抬型波动,高度达20~30 m,它的附近水层还存在一个形态不完整的内孤立波.陡坎附近的水层反射也常常出现弱反射带和小的波动.     

天然源面波技术在城市工程勘察中的应用效果分析

天然源面波勘探技术具有无需震源、勘探深度大、抗干扰能力强等特点。目前天然源面波法的应用研究主要以空旷的远郊区为主,在城市勘察中的应用效果研究较少。本文分别以北京冬奥会综合管廊工程岩体接触带勘察、南水北调配套工程断层破碎带勘察、北京深部排蓄廊道工程覆盖层厚度勘察为例,分析天然源面波技术在城市工程勘察中的应用效果,说明天然源面波技术在中深部勘探中的应用潜力,在城市地球物理勘探中,尤其是地下空间勘探中更有着不可替代的重要作用。      

一种模拟非均匀介质中弹性波传播新的k-space方法

传统的伪谱(PS)方法,采用傅里叶变换(FT)计算空间导数具有很高的精度,每个波长仅需要两个采样点,而时间导数采用有限差分(FD)近似因而精度较低.当采用大时间步长时,由于时空精度不平衡,PS法存在不稳定性问题.原始的k-space方法可以有效地克服这些问题但是却无法适用于非均匀介质.为了提高原始k-space方法模拟非均匀介质波动方程的精度,我们提出了一种新的k-space算子族.它是用非均匀介质的变速度代替原k-space算子中的常数补偿速度构造得到,引入低秩近似可以高效求解.我们将构造的新的k-space算子应用于耦合的二阶位移波动方程,而不是交错网格一阶速度应力波动方程,使模拟弹性波的计算存储量减少.我们从数学上证明了基于二阶波动方程的k-space方法与基于一阶波动方程的k-space方法是等价的.数值模拟实验表明,与传统的PS、交错网格PS和原始的k-space方法相比,我们的新方法可以在时间和空间步长较大的均匀和非均匀介质中,为弹性波的传播提供更精确的数值解.在保持稳定性和精度的同时,采用较大的时空采样间隔,可以大大降低数值模拟的计算成本.     

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。      

横观各向同性场地中埋置衬砌隧道对qP波的散射

采用间接边界元法(IBEM)结合"分区契合"技术,研究qP波入射下横观各向同性(TI)场地中衬砌隧道的动力响应问题。方法充分利用半空间和全空间动力格林函数在分别构造含孔半无限空间域和闭合域内散射波场方面的优势,将含有衬砌隧道的层状弹性半空间分解为含孔半无限空间域和一个环形衬砌闭合域来分别进行波场构造,有效地降低了求解时间和存储量。文中验证方法的正确性,并以均匀TI半空间和基岩上单一TI土层为例,计算分析弹性半空间场地中隧道衬砌内表面动应力放大问题。结果表明qP波入射下,TI介质与各向同性介质场地中埋置衬砌隧道的动力响应差异显著,TI介质参数的变化导致场地动力特性的改变,进而改变场地与衬砌隧道的动力相互作用机制,显著影响着衬砌内表面动应力的大小及其空间分布。     

非饱和土中剪切S波的传播特性分析

基于对非饱和多孔介质的研究成果,考虑孔隙中的液相和气相的相互影响,研究非饱和土地基中剪切S波的传播特性。通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理,建立问题的弹性波动方程,经过理论推导给出非饱和土中剪切S波的弥散特征方程。通过数值算例分析剪切S波的波速和衰减系数随饱和度、频率和固有渗透系数等因素的变化规律。结果表明,剪切S波的波速几乎不受饱和度的影响,但其随着频率的增大而减小,随着固有渗透系数的增大先不变后增大;剪切S波的衰减系数随着饱和度和频率的增加均增大,而随着固有渗透系数的增大先不变后增大最后减小。     

鄂尔多斯地块北部及邻区Pn波速度结构与各向异性

利用鄂尔多斯地块北部及其邻区2008—2018年期间固定台网的地震波形记录,手动拾取出高质量的Pn波到时资料,反演获得了研究区上地幔顶部的Pn波速度结构及各向异性。结果表明:鄂尔多斯地块北部及其邻区上地幔顶部的Pn波速度存在明显的横向不均匀性,与区域地质构造和地震活动相关;研究区内平均Pn波速为8.18 km/s,鄂尔多斯地块内部表现出大范围的高速异常,阿拉善地块的高速异常体中存在低速异常现象,河套断陷带、阴山—燕山造山带、银川—吉兰泰断陷带和海原—六盘山弧形断裂带区域均表现为显著的低速异常,河套断陷带下方存在向鄂尔多斯地块内部延伸的明显低速异常条带,大同火山群下方存在强低速异常;多数历史强震均发生在低速异常区或高低速异常过渡带上;鄂尔多斯地块内部Pn波各向异性快波方向西部为近NE?SW向,而东部为近NW?SE向,河套断陷带和鄂尔多斯地块西缘、青藏高原东北缘与阿拉善地块的交界带以及阴山—燕山造山带的各向异性快波方向总体均呈现为NW?SE向,而阴山—燕山造山带东部则呈NE?SW向。      

含流体层的河谷场地对地震波散射的间接边界元法模拟

结合单相介质动力格林函数和流体域格林函数,将间接边界元方法拓展到含流体层河谷对地震波散射的求解,并结合具体算例进行大量参数分析。研究结果表明,含流体层河谷地形对平面P波、SV波入射时的地震响应受控于入射波频率、入射波角度及流体深度等多种因素。总体来看:① 在低频域内,含流体河谷底部及附近地表的频谱特性与不含流体的河谷反应基本一致;② P波入射时在水层体系共振频率处,河谷底部位移缩小效应显著,而此频率处流体表面位移达到最大;③ 流体层具有吸收地震波能量的作用,流体深度越大,河谷表面及附近地表的地震动位移越小。研究成果可在一定程度上为河谷地形附近地震动效应的评估及防震减灾工作提供理论依据。      

具有低频超宽衰减域的部分埋入式表面波屏障

针对低频Rayleigh表面波,设计了部分埋入式工字形截面周期波屏障。利用有限元方法计算了结构的频散曲线,分析了带隙的形成机理,讨论了屏障埋入土体深度和截面参数对带隙的影响,在此基础上设计了具有低频超宽衰减域的梯度及分段梯度波屏障并计算了其传输谱。结果表明:周期波屏障存在较宽带隙,板埋入深度和端部尺寸是影响带隙的关键参数,通过参数调节可实现不同频段Rayleigh波的调控。工字形变截面波屏障比等截面具有更优越的隔震性能且节省材料。梯度及分段梯度波屏障显著拓宽了衰减域的频率范围,对1.5~20 Hz范围内的Rayleigh表面波实现了全覆盖,用小尺寸控制了大波长。